浅析WNS型燃气蒸汽锅炉控制原理及维护实例

目录摘要关键词1引言12锅炉基本工作原理12.1锅炉主要技术参数2.2控制系统的组成12.3锅炉基本控制原理22.4燃烧器结构及点火控制流程33锅炉维护实例3.1水位控制工频上水时水泵启停频繁5水位电极逻辑错误6液位变送器测量值在固定范围内变化63.2负荷控制调节73.3燃烧器故障维护锅炉压力、液位、各种连锁信号等一切正常，但不能启炉8启炉过程中，风压无显示，无法启炉8风气配比不当，引起火焰燃烧状况不好8启炉时，主气阀打开的一瞬间，故障报警，点火失败93.4其他故障维护94结束语105答谢辞106.参考文献107.附录：10【1】故障显示窗口上的符号11【2】程控器接线原理图12摘要：介绍双良WNS型燃气蒸汽锅炉的技术参数，锅炉控制系统的组成、基本控制原理及各控制单元功能介绍；对水位控制的故障分析和负荷控制参数整定，作出详细的说明；燃烧器是锅炉控制的核心，对空燃比的调节，燃气阀、风阀的开度的调整，以及对故障点的分析、检查，是保障锅炉安全正常运行的必备条件。关键词：程序控制器；PLC；双室平衡容器；负荷控制；燃烧器-1-浅析WNS型燃气蒸汽锅炉控制原理及维护实例姓名：罗巧川单位：重庆市垫江县脱硫厂1引言重庆鼎发实业股份有限公司是国内首家集天然气开采、净化、输送于一体的地方性化工企业，作为其下属单位的垫江县脱硫厂主要负责原生天然气的脱硫、净化处理。因涉及脱硫、再生等工艺需要大量蒸汽，所以锅炉成为我厂必不可少的重要的生产设备。利用特有的天然气资源，我厂采用江苏双良全自动WNS型卧式、三回程、湿背式燃气蒸汽锅炉。锅炉采用德国机电一体化的威索燃烧器，本文主要介绍锅炉控制原理及常见维护实例。2锅炉基本控制原理2.1锅炉主要技术参数1、锅炉型号：WNS6-1.25-QT2、额定蒸发量：6t/h3、额定蒸汽压力：1.25MPa4、额定蒸汽温度：194℃5、燃料种类：天然气6、水位控制方式：位式或变频上水系统控制方式：全自动程序控制2.2控制系统的组成锅炉控制系统是一个大惯性、大滞后且互相影响的复杂系统，本系统由一次仪表、二次仪表、手自动切换操作部分、程序控制器、PLC、触摸屏、执行机构、燃烧器等组成。-2-2.3锅炉基本控制原理WNS型蒸汽锅炉在电控柜中同时配有PLC（可编程逻辑控制器）、触摸屏、程序控制器、水位控制器、压力控制器及负荷控制器等控制、监测、显示装置。控制原理如图1：图1锅炉控制原理图锅炉各控制元件及功能说明:(1)水位控制器（采用欧姆龙61F-G3型）在工频状态下，用于控制锅炉位式进水，以确保锅炉水位在正常范围内，同时，输出信号到PLC进行工频时水位显示，并输出水位极低连锁信号至程序控制器连锁停炉。(2)程序控制器（采用西门子LFL1.322型）用于控制和监测燃烧器工作状况，以实现整个燃烧过程的自动运行。程序控制器主要是对燃烧机的控制，对汽包液位不做控制，只作低液位连锁停炉，是锅炉控制系统的核心元件。(3)负荷控制器（采用西门子RWF40型数字调节器）用于不断检测压力传感器检测的锅炉压力，将压力信号与设定值进行比较，经运算输出开关信号到燃烧机，控制风门大小，调节空燃比，进行负荷调整，从而进行大小火的转换，达到锅炉蒸汽压力的平稳控制。压力传感器采用西门子QBE2002型，三线制，量程为（0-2.5Mpa）,传输信号为0-10V。压力变送器水位电极液位变送器燃烧机负荷调节器水位控制器液位调节器压力控制器程序控制器变频器水泵故障报警可编程序控制器（PLC）触摸屏汽压极高检测燃烧机测试、手动控制风门数据监测待机汽压检测高低正常水位检测正常水位检测变频上水水工频上水低水位连锁控负荷控制水泵启停检测双金属温度计开关信号温度检测-3-(4)压力控制器用于实时监测锅炉蒸汽压力，设置汽压超高报警，采用常开触点，报警时触点闭合，以配合程序控制器、PLC及时控制锅炉启停，保障锅炉的安全运行。同时，压力控制器的设定值要在安全阀设定值以下，以确保在超压情况下，安全阀作为最后一道保护屏障，不需经常起跳，减少故障的发生。（5）液位调节器（采用欧姆龙E5EK型数字控制器）将液位变送器检测的实时水位模拟信号（4-20mA）与给定值进行比较，经PID运算，输出4-20mA的电流信号给变频器，控制水泵的运行频率。同时，变频器输出两组触点信号给PLC完成变频器故障和水泵启停的检测。液位变送器采用EJA110A与双室平衡容器配套检测。（6）PLC（采用欧姆龙SYSMACCPMZAH型号）以上各控制元件同时都有信号传入PLC，PLC对接收的信号不断进行分析、判断，对以上各控制元件有监控作用，将处理信号传给触摸屏，通过触摸屏将锅炉的运行状态及时显示出来。同时，可通过触摸屏进行人机对话，对锅炉进行控制操作。(7)触摸屏（采用欧姆龙NT31-ST122-EV2型）是锅炉当前所处状态的实时显示装置，也是对锅炉实施操作控制的面板。2.4燃烧器结构及点火控制流程我厂WNS型燃气锅炉采用德国机电一体化威索G50/2-A型燃烧器，与之配套的有DMV-D型双重电磁阀、FRS燃气稳压阀、W-DK3/01型气密性检漏装置、ORA2型紫外线监测仪、风压、气压检测开关、SQM10.16562型伺服机构、点火变压器、点火电极、风气配比凸轮机构等。在燃烧器点火之前，首先必须进行炉膛吹扫，在满足各种连锁条件下，吹扫完毕后，燃烧器进入点火程序，点火程序为：电子打火—燃气点火阀开、点辅火—燃气主火阀开、点主火—火焰稳定检测、关闭点火装置—进入连续自动控制。点火控制流程如图2所示：-4-空气压力是否正常启动鼓风机燃气压力是否正常开始吹扫送风是否已到吹扫位等待时间超过600sN连锁安全条件是否满足检查设备NNYYNYY开始柜面启动或触摸屏吹扫60s后下降吹扫完成，开启点火变压器点火变压器得电后2s打开点火阀3s内是否检测到火焰关闭点火阀，3s内关闭点火变压器延迟10s后进入连续自动控制点火失败，报警，执行后吹扫送风是否已到吹扫位10s内是否检测到火焰等待时间超过600s开主燃气阀NNNYYYY-5-3锅炉维护实例我厂的这套WNS燃气蒸汽锅炉自2007年运行以来，在运行过程中时有出现水位逻辑错误和负荷调节混乱、空燃比不匹配等故障。3.1水位控制我厂的水位监测，主要采取了现场玻板显示、液位变送器显示及水位电极控制三种方式。双色、平板玻璃液位计，主要用于司炉工及现场巡检直观观察。由于锅炉进水使用了装置上回来的冷凝水，含杂质较多，经常导致液面计结垢脏污，需经常排污和清洗。故障一：在工频上水时水泵启停频繁汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数：水位过高或急剧波动，会破坏汽水分离器的正常工作，严重时会导致蒸汽带水过多，增加在管壁上的结垢进而影响蒸汽质量。水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁管的破裂，严重时更可能导致干锅，损坏锅炉，造成人员伤亡或重大安全事故。水位控制器通过检测水位电极信号判断锅筒内水位状态，并据此控制水泵的启停。控制原理如下表所示：序号水位水位电极状态控制输出高报警高水位低水位低报警1高水位报警1111关闭给水泵、报警提示2高水位0111关闭给水泵3中水位0011给水泵保持原工作状态4低水位0001启动给水泵5低水位报警0000关闭给水泵、报警、连锁停炉注：上表中水位电极状态栏中的“1”表示水位达到或超过该电极；“0”表示水位未达到该电极。-6-经仔细检查，水位测量、电极逻辑都正常，将电极棒整体取出发现，“低水位”与“高水位”两支电极棒长度相差只有1厘米，因低液位电极棒不可能调整，根据工况考虑后将高水位电极棒截短，泵的频繁启停得到有效解决。故障二：水位电极逻辑错误故障原因分析及处理措施：水位控制器工作原理：水位控制器加在电极棒上的是AC8V的交流电源，接地线与锅壳相连，当水电极两端的电阻低于50KΩ时，控制器即认为水面已高于电极，当水电极两端的电阻升至200KΩ以上时，控制器即认为水面已高于电极。由于锅炉进水使用了装置上回来的冷凝水，含杂质较多容易结垢，经停炉取出电极棒发现，电极棒上果然结垢严重从而导致了电阻值升高，使水位检测精度降低，出现电极水位逻辑错误，经清洗电极棒后，故障消除。故障三：液位变送器测量值在固定范围内变化我厂的汽包液位检测采用了目前比较常见的双室平衡容器配差压变送器的原理。双室平衡容器是一种结构巧妙具有一定自我补偿能力的汽包水位测量装置，它能最大限度的削弱汽水密度变化对常规运行水位差压的影响，其工作原理如图3所示：Δp=P1-P2=(ρw-ρs)Hg-(ρw-ρs)L1-ρ0L2g表达式中，L1——负压端接口与平衡容器内管顶部之间的垂直高度；L2——负压端接口与锅炉水接口之间的垂直高度；ρ0——环境温度下冷凝水密度；当ρw-ρs受到温度、压力的影响发生变化时，由于正负压侧的密度变化相同，可以在一定程度上抵消密度变化对差压产生的影响。当H与L1越接近，这个补偿效果越明显。实践证明，该系统运行良好，测量精度高，效果明显。我厂的锅炉在运行的过程中，出现变送器检测的液位在固定的范围内变化，与现场-7-玻板液位计的显示偏差很大的现象。结合双室平衡容器的工作原理，经分析、检查发现此故障为双室平衡容器穿漏，导致正、负压侧差压发生变化所致。经停炉更换双室平衡容器，投运后，液位显示正常，与现场玻板液位计相符，故障得到解决。图3双室平衡容器测量原理3.2负荷控制调节我厂的负荷控制器采用的是西门子RWF40控制器。RWF40接收压力传感器西门子QBE2002传输的0-10V信号，对应量程为0-2.5Mpa，通过运算，输出开关量信号去控制燃烧器阀门开度，进而控制火焰大小，达到负荷调节的目的。在实际运行中，因数显表控制参数的设置不当，导致燃烧器阀门开度频繁变化，火力变化也就很大，导致汽包压力波动大，装置蒸汽供气不平稳，对后工段工艺控制造成不稳定。经查阅使用说明书，根据现场工况采用经验法和实践跟踪法，对部分控制参数进行了如下调整：饱和蒸汽……………………………………………………饱和水……………L1L2H水位正常水位H0ρs锅炉汽包ρwρ0P1P2-8-参数意义显示范围原设定值现设定值接触间隔db0-9999s0.30.5驱动时间tt10-3000s6045经修改设定值后，燃烧器运行平稳，锅炉的压力、负荷也相对很平稳。3.3燃烧器故障维护燃烧器是锅炉控制系统的核心部件，燃烧器故障引起的锅炉不能启炉、故障停炉，是锅炉运行中最常见，也是较为复杂的难点问题。故障一：锅炉压力、液位、各种连锁信号等一切正常，但不能启炉在启炉时出现故障报警，不能启炉，根据程序控制器上的故障停留位置，并对照附录1：程序控制器故障显示窗口上的符号，发现如果在启动至点火之间发生一未用任何符号说明的故障停机，那么通常是由于超前的（即错误的）火焰信号所致。经认真细致的排查，发现火焰检测电眼有烧坏痕迹，更换火焰检测电眼后，恢复正常。故障二：启炉过程中，风压无显示，无法启炉由于我厂的动力电采用双电源形式，在一次切换电源之后，启运锅炉发现，风机正常运转却无风压显示，导致无法启炉。参照附录2：电路图对“风压开关S10”电位点检查，硬件是良好的，线路也无故障。经查，发现在切换电源时，电源相序接反了，导致风机反转，无风量进入回路。更正后，恢复正常。故障三：风气配比不当，引起火焰燃烧状况不好只有燃料和空气的比例良好匹配时，才能达到完全燃烧。既可以提高锅炉的燃烧效率，达到节能降耗的目的，对锅炉本体也有很好的保护作用。燃气锅炉正常的燃烧状况判断：（1）火焰呈红黄色，烟囱冒黑烟，表示空气量过小；-9-（2）火焰中心带红黄色，边缘带蓝色，炉内充满火焰，烟无色透明，表示燃烧充分；（3）火焰呈明显蓝色，烟囱冒白烟，表示空气量过大。我厂的锅炉在运行一端时间后，通过后视镜观察火焰燃烧状况，发现第（1）种状况。，经停炉将风机过滤网拆下彻底清洗，并调整伺服机构的风、气阀配比开度外，使火焰的燃烧状况达到了最佳状态。因风机离地面高度不到60cm,长期运行，过滤网容易堵塞，导致风量减小，影响燃烧效果，所以要定期清除燃烧器里面的灰尘。故障四：启炉时，主气阀打开的一瞬间，故障报警，