花园电厂气动执行机构应用情况概述

花园电厂 朱文超

1 花园电厂情况简介

花园电厂为坑口燃煤电厂，建设规模为4×660MW 直接空冷超临界机组，同步建设烟气脱硫、脱硝设施，并留有扩建的条件。上海锅炉厂超临界锅炉，型号：SG-2236/25.4-M6007，东方电气股份有限公司发电机，型号：QFSN-660-2-22，东方汽轮机厂汽轮机机，型号：NZK660-24.2/566/566-2。

锅炉型式：超临界参数变压直流炉、一次再热、四角切圆燃烧、平衡通风、紧身封闭、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构塔式炉。

2 锅炉二次风门气动执行机构分布情况

本文中的二次风门是一个统称，指二次风门附近的执行机构，分布在锅炉标高23.6～41.8m 区域，包括锅炉的燃烧器区域的二次风门（包括中心风、周界风和辅助风执行机构）和燃尽风区域的sofa 风门，以及锅炉的燃烧器摆角执行机构和燃尽风摆角执行机构。单台锅炉二次风门执行机构80台，燃尽风门执行机构24台，燃烧器摆角度执行机构共16台，合计120台气动执行机构。

3 二次风门执行机构的作用

二次风提供锅炉燃烧时所需的助燃空气，优化燃烧室内热力场的风量和煤粉量的配比，提高锅炉稳定燃烧能力和入炉煤的燃尽程度，减少物理和化学类的热损失，控制出口烟气含氧量，在控制稳定炉温、强化传热方面起到重要作用。

二次风门气动控制系统是控制火电机组锅炉二次风门挡板开度的气动控制设备，以其动作速度快、使用安全、维护简单、寿命长等优点得到广泛应用。其以标准仪用压缩空气为动力源，接收DCS 提供的4～20mA 电流信号，根据锅炉负荷情况通过控制二次风挡板，来调整二次风量来改善锅炉燃烧特性，适应负荷的变化[1]。

4 二次风门执行机构主要问题

二次风门执行机构定位器原设计为一体式双作用气动执行机构定位器，安装位置在执行机构的气缸上，位置靠近锅炉本体，周围环境温度高，定位器长期处于高温环境，定位器电子元件，执行器控制面板和电位器等容易出现老化[2]。

二次风门气动执行机构定位器原设计为意大利某品牌气动执行机构定位器，容易出现反馈指令不一致或拒动现象，特别是机组停运一段时间后再次进行启动时，而且此时往往出现问题的执行机构数量较多，一般在20台以上，为了消除定位故障，需要耗费较长时间和较多的人力，处理起来工作量较大。再者，机组运行期间，也容易出现定位器故障的问题，比如反馈波动，定位卡涩等情况。

由于空压机出来的压缩空气过滤设施设计不合理，导致压缩空气杂质较多。压缩空气进入气动定位后，容易在定位器压电阀通道内堆积。经过长时间运行后，定位器压电阀内油污、灰尘越来越多，就造成了定位器压电阀的动作异常，从而引起定位器波动或者卡涩、拒动等问题[3]。由于是煤粉炉，现场灰尘较大，锅炉冒出的粉尘容易在定位器附件妒忌。定位器一旦出现密封不良的情况，就容易使灰尘进入定位器，长期堆积后也容易导致定位器故障。

小部分情况由于锅炉“打水压”、疏放水等原因，容易出现排污管或阀门渗漏。如果此时定位器防护不到位或者密封不良，就容易进水，定位器进水后板件就非常容易出现故障。此外由于二次风门执行机构所在位置处在高空，大多无检修平台，检修作业时不太方，而且工作时危险系数也较大。如果安全意识强，会搭设好脚手架后再进行检修作业，但是这样会耽误很多检修时间。如果安全意识不强，或者说“胆子大”，往往就会踩着旁边的栏杆或管路来进行检修，但是这样就相对较危险。

由于单台定位器的价格相对较高，因此在出现数量较多的执行器故障时，维护费用成本也相对偏高。

5 问题简析

造成定位故障的原因有以下几种：

一是压缩空气杂质（油污、粉尘等）可能较多，导致气动执行机构定位器压电阀容易堵塞。再者，有些气源过滤净化装置安装不规范导致过滤精度下降，也在某种程度上加剧了定位器劣化的进度。

二是因为靠近锅炉炉，怀疑一体式气动执行机构控制单元环境温度相对较高，导致板件容易老化。现场灰尘较大，在一定程度上加剧了设备的老化。定位器防护不到位，进水导致定位器故障。

三是由于设计原因，基建期二次风门区域未搭设检修平台，导致执行机构维修不方便，危险性较大。

四是气动执行器的选型可能不太满足现场使用需求。加上单台执行器的价格相对较高，维护的备件不能及时进行补充，一定程度上加剧了故障消除的难度。

6 二次风门气动执行机构改造情况

一是为改善压缩空气质量，2015—2016年对二次风门区域的压缩空气净化装置进行简单改造，在原来气源净化箱的出口又增加了一套过滤装置，进一步对压缩空气进行过滤净化。改到了起到了一定的效果。但是这也在一定程度上对压缩空气压力有一定的消解弱化作用。

二是为改善控制单元环境温度较高的问题，2017—2021年陆续对1、3、4号炉部分气动执行机构定位器进行了分体式改造，且重新进行了选型。布置情况如图1所示。

图1 气动执行机构定位器分体式改造图

经调研，有电厂二次风门执行机构采用的是电动执行机构，但是由气动改为电动执行机构也不太现实（一是工作量较大，二是效果不一定比气动执行机构要好，三是动作响应速度上会变慢）。

综合考虑最终采用的气动执行机构，但是品牌进行了更改。采用了西门子和ABB 的分体式定位器，从改造后效果来看，故障率明显降低。此外通过改造，有一部分定位器被替换下来，作为其他未改造的执行器定位器的备件，在一定程度上也缓解了维护费用较高的压力。

三是为解无检修不方便的问题，对3、4号炉的二次风门制作了部分检修平台。从实际效果来看，确实对日常的检修维护起到了较大帮助，同时也降低了高处作业的风险。

7 仍存在的问题

一是2号机组二次风门气动执行机构未进行执行机构定位器的分体改造工作，故障率相对较高，维护量也偏多。

二是由于总体数量较大，除了2号机组意外，其他机组仍有较多的二次风门执行机构未进行分体改造。

三是燃烧器摆角执行机构和燃尽风摆角执行机构闭锁阀、流量放大器、气源管路和接头存在不同程度的劣化情况，故障率近两年有所上升。

四是1、2炉二次风门气动执行机构仍缺少合适的检修作业平台，不方便作业。

五是3、4号炉燃尽风门和燃烧器摆角执行机构区域仍有缺少检修平台的情况。

8 后续的初步解决方案

一是针对2号炉未进行定位器分体改造的情况，尽早将改造方案进行提报。待项目批复后进行改造。

二是针对其他机组仍有未改造的定位器的问题，由于改造所用的费用较高，不可能将所有定位一起进行改造，因此需要分批实施。

三是针对燃烧器摆角执行机构故障率上升的问题，首先要储备一定数量的备件，在出现问题时能及时进行更换。在将燃烧器摆角执行机构和燃尽风门执行机构的分体改造也提上日程。

四是针对1、2号炉二次风门执行机构未搭设合适的检修平台问题，要制定专项的整改计划和专门项目来实施。3、4号炉未搭设检修平台的问题也要排上日程。

9 后续的初步解决方案以往改造中出现过的问题

一是电缆问题。由于进行分体改造，原来的电缆长度会出现长度短缺的问题。在实施过程中多为中间短接，然后用胶带包裹。这种处理方式难免会出现线缆接触不良的情况。电缆在进行敷设完成时，或者在抽拽电缆后，电缆未进行及时的绑扎固定，就使得电缆在槽盒里布置比较混乱。加上检修技改的工期比较紧张，往往忽视了此类问题。电缆在敷设完成后，存在未及时对电缆粉刷防火涂料，进行防火封堵、加装防火隔断等问题。

二是样管路的弯管工作是一个相对要求较高的工作，所以就要求施工人员的技能水平要高。取样管路铺设完成后要横平竖直，且固定牢固。但是在以往的实施过程中，严格来说都未达到设计要求。有的取样管路还存在晃动、有磨损风险的情况。有的固定卡扣除存在未加装垫圈，螺丝处未加装弹簧垫片的情况。最近的一次取样管路在安装的过程中，出现了紧固螺丝购买的数量不够，且部分螺母和螺丝不匹配的情况，导致工期严重滞后。

三是现场设计和布置问题。3号机组控制箱的安装位置由于选取不合理，在此后的检修工作中影响了锅炉专业燃烧器的检修更换工作。因此不得不再对控制箱进行重新安装。

四是人员配置和工期问题。在人员的安排上，1号机组二次风门在改造过程中由于人手不够导致，施工质量欠佳。气源管路敷设不够规范，再者气源管路接头连接不够紧密，导致漏气处较多。漏气多就导致定位器在整定过程中故障就偏高。4号机组在施工过程中，由于人员人手不够，再加上施工人员水平欠佳，导致施工工期严重超期，原来1个月度工作拖至2个月才完工。

10 后续改造及运行中注意事项

一是在制定招标文件时候要把技术要求编写完整，将所需要的备件和材料种类、数量、规格要求等罗列清楚。

二是施工前准备备件、材料准备。在合同签订后要积极的跟踪中标方的备货情况，确认改造所用物资能如期到货，供货前要先与供货方沟通确认，以防所供货物缺失或遗漏。确认所供给货品具体的规格类型是否是实际所需的规格型号。以免到货后不合适再进行退换货，延误工期。

三是施工前人员准备。提醒施工方要及时联系具体到场施工人员，人员数量要能满足现场工期内的施工需求，并留有一定富余。人员的技能水平要能满足现场施工要求，比如说气源管路的敷设，是一个技术要求相对较高的工作，所以要提前联系好专门弯管的师傅，且是熟练工。再比如现场要进行控制柜的固定安装工作，因此要提前联系有熟练焊接技术的焊工师傅，且焊工要持证上岗。进入现场前，要对所有施工人员进行安全和技术交底，所有施工人员必须配备必要的安全防护用品（口罩、手套等），必要时进行事故演练。

四是施工过程中进度和质量严格把控。施工过程中会不可避免的出现各种问题，所以应提前制定出检修工期和具体的计划，每天要核对各个节点的完成情况，查看是超前计划节点还是滞后计划节点。一旦出现滞后情况及时进行分析，并积极采取补救措施。同时，要提前准备的一定要提前进行准备，比如某处施工需要搭设脚手架，在施工前就要联系并搭设好。如果未能提前进行安排，有可能会造成，实际需要时不能及时进行搭设的情况，这样往往会延误工期。

施工时，要派专人（专责监护人或工作负责人）进行盯守。避免施工过程中出现不按照要求施工的情况，比如电缆敷设过程中未进行绑扎工作，还有电缆敷设完成后未进行粉刷防火涂料和加装防火隔断，另外电缆长度不够时未进行焊接而是直接用胶带包裹等现象，如果施工时发现此类情况及时的提醒施工人员进行改正，也减少后面验收不合格再返工的情况。

现场专责监护人要做好监护，减少人员受伤等不安全的事件发生，如施工人员工作时未佩戴防护手套和口罩，以及高处作业时未正确佩戴合格的安全带时，现场监护人要及时进行提醒，降低事故发生的概率。

此外项目经理和其他管理人员在开工前要对当天的工作要点和注意事项，强调布置。如气源管路的铺设工作，路径怎么走，管路怎么固定，注意施工安全等问题。施工过程中要定期或不定期对现场施工情况进行查看，对出现的不规范作业及时进行纠正提醒。

五是安装后调试、验收。安装完成后要先对气源管路进行吹扫，以免遗留在管路中的杂质进入到定位器内。在现场调试完毕后要进行远方的传动工作，传动时要通知锅炉专业、运行人员现场见证确认，一是确认执行器动作情况良好，二是执行器开关作用和二次风门挡板实际开度相互匹配。传动完成后要各方签字进行确认。

11 总结

由于二次风门气动执行机构数量较多，需要的费用和人力也相对较多，因此不太可能短时间把所有的工作全部完成，后续还要持续的改进。