启动锅炉控制系统DCS改造及优化

启动锅炉控制系统 DCS 改造及优化

章振伟

广东粤电新会发电有限公司 广东 江门 529 1 00

摘要：启动锅炉为辅汽系统提供安全可靠稳定的气源，并在全厂机组停运情况下为供热系统提供紧急气源。启动锅炉应能适应启停频繁，负荷变化大，启动时间要求短，停炉保养时间长，能随时启动并保证安全运行。启动锅炉能在额定工况稳定运行，并应有良好的调节和快速启停功能。本文主要介绍了SZS15-1.3/310-Q（浙江特富锅炉）在生产中的DCS控制改造可行性以及改造方案，通过对启动锅炉控制模式的介绍，描述启动锅炉系统在机组运行过程中的控制过程，分析现有启动锅炉系统PLC控制逻辑存在的问题，并提出解决方案。

关键词：SZS15-1.3/310-Q（浙江特富锅炉）；启动锅炉系统；控制模式

随着经济的快速发展，我国的环保压力不断加大，因此，以天然气为燃料的燃气蒸汽联合循环发电厂在这个形式下有了长足的发展。启动锅炉作为燃机电厂的一个重要的辅助系统，也扮演着十分重要的角色。本文主要针对广东粤电新会发电公司GE9F燃气轮机配套的启动锅炉在实际运行过程中出现的一些控制系统的问题，提出改造以及优化方案，从而解决由于启动锅炉控制系统的问题造成的非计划停运甚至是燃机设备损坏的事故。

1 广东粤电新会发电公司启动锅炉现状及存在的问题

1.1 启动锅炉现状

广东粤电新会发电公司所使用的启动锅炉是由浙江特富锅炉厂制造的型号为：SZS15-1.3/310-Q的启动锅炉，配套燃烧器型号：GP-1200ME（芬兰奥林），燃烧器控制器型号：LFL1.322（西门子）。除燃烧器外汽水公用部分及其他部分均已接入DCS，燃烧器系统风机启停已接入DCS。

1.2 存在的问题

1. 燃烧器系统由于采用了西门子燃烧控制器，发生跳闸前无法监视参数的趋势，在发生跳闸后也没有跳闸首出记录和模拟量历史记录，需要就地检查燃烧器控制器方可看到报警图形标识，再进一步查阅说明书方可明确报警信息。

2. 电厂人员无法明确判断故障原因，运行人员一般采取多次重复复位点火的方式，从而导致启动锅炉较长时间处于启动点火状态，增加烟气超标排放的时间和几率，且多次点火失败可能导致启动锅炉安全隐患，将会导致启动时间和启动成本的增加，常常使电厂启动无法满足电网要求的并网时间点。

3. 因为燃烧控制器为黑盒子，热控人员无法快速准确的判断故障原因，无法准确排除故障，维护不变，可靠性低，将为紧急情况下启动锅炉的启动埋下隐患。

4. 目前燃烧器的调节方式为机械比例，调节螺丝压带那些位置容易发生改变，导致点火位风气配比发生改变，在点火容易造成火焰强度小，火检不能有效检测，或者不能成功点燃，每次发生故障需要拆开罩壳调整凸轮的机械位置处理缺陷。

1.3 改造及优化方向

从上述问题当中我们看到，由于燃烧器以及燃烧控制器的参数无法远方监测，导致启动锅炉容易出现一系列的隐患，且由于系统中只有燃烧器以及燃烧控制器未接入DCS，因此，改造及优化的方向将主要致力于解决如何将燃烧器以及燃烧控制器接入DCS，从而增加设备的可靠性以及稳定性。

2 燃烧器系统原理及控制功能

2.1 燃气燃烧器阀组分解原理

燃烧器系统当燃气进入燃烧器后当点火程序启动后经过：阀门检漏、送风压力检测、吹扫、预点火、二次点火等过程后，最终将整个系统启动起来。

2.2 阀门检漏

如图2所示，当系统进入检漏程序之后，先打开V2阀（下游主气阀）3S，此时检漏压力开关常开触点为0，然后关闭V2阀。V1阀和V2阀之间处于排空状态。计时22S后检漏压力开关仍然为0，进入下一步，否则显示V1泄漏，检漏不通过。第一步检测完成后打开V1阀（上游主气阀）3S，然后关闭V1阀。两阀之间处于充气状态，此时检漏压力开关常开触点为1。计时23S后检漏开关仍然为1，表示检漏通过，否则显示V2阀泄漏，检漏不通过。

检漏通过后方可进入吹扫程序，不通过则进入停机程序。

图2燃烧器内阀门检漏装置示意图

2.3 燃烧器吹扫程序

当阀门检漏通过后，燃烧器将进入吹扫阶段：

1）关风门至最小位：关风门至最小位（全关），延时4S；

2）启动风机：启动送风机，检测送风压力，延时3S；

3）前吹扫：将风门开至吹扫为（约为满负荷的130°），计时36S，计时结束后置风门点火位置（约30°），并计时4S，计时结束后进入点火程序。

2.4 点火程序流程

1. 预点火（4S）：开点火变压器，打开后安全计时6S；

2. 火检第一次安全时间（2S）：打开V1阀，开点火阀，火检有火进入下一步，无火故障停机；

3. 点火火焰正常燃烧8S，进入第二次安全计时；

4. 火检第二次安全计时（2S）：打开V2阀，火检有火进入下一步，无火故障停机；

5. 关闭点火阀，主火焰正常燃烧计时8S，火检有火进入下一步，异常熄火故障停机。

2.5 正常燃烧运行

正常燃烧运行时，在负荷自动模式下，根据蒸汽设定压力自动调节燃烧负荷，负荷手动模式下，根据负荷增大和负荷减小指令手动调节燃烧负荷。需要注意的是，在启动初期燃烧负荷需在手动模式下运行，以控制升压速度，当蒸汽压力接近设定值后，负荷模式可以切至自动模式。所需负荷通过PID函数给定到风门伺服电机控制风门开度。

2.6 停机

运行中按下停机按钮或运行中MFT后，关闭燃气阀组全部的阀门，风门开至吹扫位，并计时12S，确保燃烧器内燃气都吹扫干净后，进入待机状态。

3 启动锅炉燃烧器改造优化解决方案

3.1 将燃烧器本体设备接入DCS

1. 设备：通过对广东粤电新会发电公司启动锅炉存在的问题以及控制流程分析，需要将：主气阀V1、主气阀V2、火检探头、点火变压器、点火阀、送风压力开关、燃气检漏开关以及风门伺服电机接入DCS系统，从而实现远程对燃烧器的监测及控制。

2. 测点：

经过对燃烧器系统的分析，需要将燃烧器火检信号、主气阀V1、主气阀V2以及负荷增减等新增测点接入DCS卡件中，经过分析，为了确保系统的可靠性以及稳定性，还需要注意一下几点问题：

A）需要确认火检信号的设备类型，是否可以直接接入OVATION DI卡件；

B）由于负荷增减所需调节的送风风门由伺服马达控制开度，考虑到DCS卡件寿命以及频繁动作的特性，需要增加固态继电器；

C）由于新增了以下测点，为保证DCS系统的稳定性，需要增加一块DI卡件以及一块DO卡件。

3.2 燃烧器启动允许条件设计

根据对燃烧器的研究，设计了如下的启动允许条件：

1. 启动锅炉减温水调阀在自动位；

2. 启动锅炉除氧器进水调节阀在自动位；

3. 启动锅炉给水调节阀处于自动位；

4. 启动锅炉汽包水位正常（＞30mm）；

5. 启动锅炉给水母管压力正常（＞1Mpa）；

6. 无送风机综合故障；

7. 无虚假火焰；

8. 无燃气压力低；

9. 无燃气压力高；

3.3 燃烧器点火及停机逻辑设计

根据燃烧器点火停机的逻辑图，在DCS上需要进行以下几项组态以及设计工作：

1. 接入DCS设备按照单体设备驱动级设计组态；

2. 点火及停机步序按照顺序设计组态；

3. 按照燃烧器实际结构原理图设计组态上位机画面；

4. 燃烧器接入DCS后MFT主保护按照软逻辑及硬接线设计；

5. 启动锅炉负荷控制按照手动和自动两种控制方式设计。

3.4 燃烧器故障MFT设计

通过对燃烧器的跳闸条件分析，在DCS中需要设计燃烧器的MFT条件，具体如下：

1）送风机跳闸；

2）点火失败；

3）异常熄火，延时1S后跳闸；

4）燃气压力过低，延时3S跳闸；

5）燃气压力过高，延时3S跳闸；

6）启动及运行中送风压力低，延时3S跳闸。

3.5 燃烧器故障首出报警设计

为彻底解决燃烧器之前存在的无法快速判断故障的问题，在此次改造优化中应加入燃烧器故障首出报警设计，通过研究燃烧器的运行方式，设计如下报警：

1）送风机跳闸；

2）点火失败；

3）异常熄火；

4）燃气压力过低；

5）燃气压力过高；

6）启动及运行中送风压力低；

7）虚假火焰；

8）主气阀V1检漏失败；

9）主气阀V2检漏失败。

参考文献：

[1] 史宇强.火电厂热控自动化保护装置的维护方法研究[J].通信电源技术,2019,36(12):60+63；

作者简介：章振伟；男；助理工程师；从事燃机电厂热工控制工作。