锅炉燃烧机控制系统的改进

1、收稿日期 :2008 06 23(修改稿 。作者简介 :高进 (1977 , 男 , 湖南桃 源人 , 2000年 毕业 于 (华 东 石油大学工业电气自动化专业 , 主要 从事仪表维修 和技术管理 , 锅炉燃烧机控制系统的改进高 进(中国石油股份有限公司 西南油气田分公司重庆天然气净化总厂 , 重庆 404307摘要 :锅炉在天然气净化装置中具有举足轻重的作用 , 其运行状况直接影响到净化天然气质量指标是否合格。而锅炉燃烧机的运行状况直接决定锅炉运行的好坏。主要介绍忠县天然气净化厂锅炉燃烧 机控制系统运行 以来存在的主要 问题 , 通过 分析故障原因并提出相应的改进措施 , 以提高锅炉运行的

2、可靠性 , 从而确保天然气净化装置的平稳运行。关键词 :锅炉 ; 燃烧机 ; 措施中图分类号 :T P273 文献标识码 :B 文章编号 :1007 7324(2008 05 0095 031 引 言锅炉对于天然气净化装置生产具有举足轻重 的作用 , 它的运行状况直接影响到净化天然气质量 指标是否合格 , 一旦锅炉出现故障停炉 , 必然导致 净化天然气 H 2S 的含量超标 , 原料天然气大量放 空 , 造成能源浪费和环境污染。重庆天然气净 化总厂 忠县分 厂于 2005年 5月 20日建成 投产 , 处理量 为 600 104m 3/d(标 准状况 。该厂设置 有锅炉 2台 (X 3201A

3、/B , 一用一备 , 每 台锅 炉额定 的蒸 汽 负荷 为 15t/h 。 设备主要参 数见表 1所列 (锅炉 X 3201A/B 的 参数相同 。表 1 设备主要参数锅 炉燃 烧 机 (型号 :W NS15 1. 25 Y Q 型号 :T G 640ZM RT 额定蒸发量 15t/h 燃气类型 天然气 额定蒸汽压力 1. 25M P a 燃烧器功率 11300kW 额定蒸汽温度193! 燃气最小入 口压力 86kP a 额定天然气耗 量 (标准状 况 1083m 3/h燃烧机电机 功率26kW2 存在问题及解决措施 2. 1 燃烧机 大马拉小车 #问题 2. 1. 1 问题描述考虑到该厂地

4、方供电电源质量较差 , 当雷雨 天气时极易出现电网电压波动 或瞬间停电 , 导致 锅炉熄火。为保 证锅 炉平 稳运行 和停 炉后 尽快 的恢复蒸汽供应 , 该厂 2台锅炉没有 实现一用一 备 蒸汽量较小 , 仅为 8t/h 左右 , 即每台锅炉的蒸汽 量仅为 4t/h 左右 , 对于额定蒸汽量为 15t/h 的锅 炉而言 , 存在严重的 大马拉小车 #现象。同理 , 锅 炉燃烧机也存在严重的 大马拉小车 #现象 , 导致的 问题主要有 :电机轴承超温、 变形 , 甚至导致电机 线圈烧毁 ; 造成能源浪费 ; 燃烧机产生的噪声、 振动 较大。2. 1. 2 原因分析燃烧机主要 由电 机 (水 平

5、安 装 、 风门 (由外 风筒和内风筒组成 、 闭式叶轮 (悬 臂安装 、 出口 导叶 (蜗壳 四部 分组成 (如图 1所 示 。 燃烧机 工作时 :空气经风门进 入叶轮入 口后 , 叶片驱动 产生的受压空气 沿叶轮周向进 入出口导叶 , 导叶 片将压缩空气沿叶轮轴向送出燃烧机进入锅炉燃 烧炉膛。分析燃烧机叶轮的受力情况可知 , 其叶轮 轴向两侧将受到两个相反方向的作用力 , 即出口侧 叶轮面承 受压力 p 2, 入 口侧叶 轮面承 受压力 p 1(负压引起 , 因此 , 叶轮受到的轴向推力应为 :F =S p (S 叶轮的圆盘面积 4240. 77cm 2, p =p 2-p 1 。由于电机

6、轴承与叶轮相连 , 根据力的传 递原理 , 电机 轴承也 受到轴 向推力 , 其 大小也 为 F =S p 。2006年 8月 11日 , 该厂配合锅炉燃烧机厂家 技术人员对 2台运 行中 的锅 炉进行 性能 参数 测 试 1, 其中 X 3201B 测试参数见表 2所列。锅炉 实际蒸汽负荷 为 4t/h 时 , 需要 的燃料 气量约 为 300m 3/h(标准状况 , 由表 2可知其风门开度约为过程控制实施技术石 油 化 工 自 动 化 , 2008, 5 95AU TOM AT ION IN PET RO CHE M ICAL INDUST RY10. 5%, 叶轮两侧的压力差为 49.

7、6kPa, 燃烧机电机 轴承轴向受力为 2103. 526N(1kgf=9. 80665N , 远大于电机轴承轴向受力设计正常值 980. 665N (设计最大值为 2598. 761N 。由于燃烧机电机长 时间处于该工况运行 , 易引起轴承超温、 变形 , 甚至 电机线圈烧毁 , 导致锅炉故障次数增多 , 燃烧机检 修频繁 , 严重影响天然气净化装置的正常生产。自 2005年 5月 20日锅炉投用以来到 2006年 8月 , 2台锅炉共发生 5次电机轴承损坏事故。由于造成燃烧机故障的主要原因为锅炉燃烧 机 大马拉小车 #, 导致电机轴承受轴向推力过大 , 由表 2可以看出 , p 随着负荷的

8、增加而减小 , 也就 是说叶轮受到的轴向推力随着负荷的增加而减小。 要减小电机轴承的轴向受力 , 必须减小 p , 在锅炉 低负荷的情况下 , 只有采用变频调速使燃烧机的电 机转速降低 , 保证风门处于较大的开度 , 减小 p , 从而减小电机轴承的轴向受力。图 1 锅炉燃烧机结构2. 1. 3 改进内容对锅炉燃烧机电机增设变频器 , 通过变频器根 据锅炉实际需要的空气量来控制燃烧机电机的转 速 , 从而控制燃烧机产生的空气量 , 避免锅炉燃烧 机出现 大马拉小车 #现象。锅炉 X 3201B 加变频 器后的参数测试见表 3所列。表 2 X 3201B 加变频器 前的参数测试序号 风门阀位开度

9、 /(%燃料气量 (标准状况 K /m 3&h -1p 1/kP a p 2/kP a p /kP a 轴向推力 F /kgf15. 5135-56. 90. 457. 3247. 827. 0178-53. 21. 354. 5235. 7310. 0243-48. 52. 751. 2221. 4410. 5299-46. 03. 649. 6214. 5512. 0340-47. 54. 248. 7210. 6614. 0359-46. 54. 848. 3208. 9715. 5456-43. 06. 947. 9207. 1818. 0648-40. 18. 547. 62

10、05. 8920. 0810-37. 811. 247. 0203. 21020. 5897-35. 014. 546. 5201. 11122. 0900-36. 01545. 0194. 6注 :轴向推力根据公式 F =S p 9. 80665计算得出。表 3 X 3201B 加变频器 后的参数测试序号 风门阀位开度 /(%燃料气量 K /N m 3&h -1p 1/kP a p 2/kP a p /kP a 轴向推力 F /kgf130210-4. 0 7. 011. 047. 6240335-1. 39. 010. 947. 1350460-0. 710. 311. 047.

11、6465580-0. 611. 011. 650. 2576690-0. 0511. 912. 453. 6680810-0. 0712. 913. 658. 8784870-0. 0713. 714. 462. 396石油化工自动化 2008 年2. 1. 4 改进后的运行效果整改后 , 锅炉燃烧机的故障次数明显降低 , 再 也没有出现上述故障 , 从而大大降低了燃烧机检修 次数 , 保证了锅炉的正常生产。a 解决电机轴 承变形、 超 温等故障。由表 3可见 , 燃烧机电机加变频器后 , 与改进前相比 , 在相 同负荷下风门开度明显增大 , 燃烧机叶轮两侧的压 力差值明显降低 , 电机轴承的

12、轴向受力明显减小。 当锅炉蒸汽负荷约为 4t/h 时 , 需要的燃料气量约 为 300Nm 3/h, 由表 3可知其风门开度为 30%40%之间 , 叶轮两侧的压力差值约为 11kPa, 燃烧机电 机轴承轴向受力约为 460. 913N, 远小于电机轴承 轴向受力设计正常值 980. 665N 。b 解决锅炉燃烧机 大马拉小车 #的问题 , 节 能效果明显。当锅炉蒸汽负荷为 4t/h 时 , 电机转 速由 2950r/min 降至 1300r/min 左右 , 运行电流 由 32A 降至 8A 左右 , 年节省电量 24. 6156万度。 c 改进后锅炉 , 在相同负荷下 , 风门开度明显 较

13、大 , 燃烧机进口压力明显降低 , 电机转速明显降 低 , 因此 , 燃烧机产生的噪声明显降低、 振动显著减 小。当锅炉蒸汽负荷为 4t/h 时 , 燃烧机运行时机 体振动幅度由整改前的 0. 3mm 降至 0. 018mm , 产生的噪声由 90dB 降至 70dB 左右。2. 2 锅炉点火参数设置问题2. 2. 1 问题描述锅炉控制柜采用非 UPS 供电。每次供电电网 波动或瞬间停电时易导致锅炉熄火 , 锅炉控制柜掉 电。当锅炉恢复生产时 , 需要重新对比调仪进行点 火参数设置。2. 2. 2 原因分析由于控制 锅炉 燃烧 机点 火的 比调 仪也 为非 UPS 供电 , 比调 仪程序已 经

14、固化 , 一旦比 调仪掉 电 , 设置的点炉参数丢失 , 每次点炉时需重新设置 , 且无法实现锅炉自动点火 , 需进行手动点炉 , 且步 骤较多 , 需设置的参数也较多 , 操作复杂 , 因此极易 出现点炉不成功 , 有时需多次点炉 ; 延长了锅炉恢 复供蒸汽的时间 , 导致产品天然气 H 2S 含量超标 , 装置放空。2. 2. 3 改进后的运行效果将锅炉控制柜由非 U PS 改为 U PS 供电后 , 可 以保证在电网波动时比调仪不掉电 , 设置的点火参 数不会丢失 , 实现锅炉恢复时的自动点火。2. 3 进炉燃气超压故障2. 3. 1 问题及原因分析当锅炉因电网电压波动或瞬间停电熄火后再

15、 点火时 , 经常出现燃气压力超高故障 , 导致锅炉点 火不成功。原因是锅炉熄火期间 , 由于自力式调压 阀存在微泄露 , 调压阀的阀后压力 (即进炉燃气压 力 必然超过设定压力 (12kPa 。当锅炉再次点火 时 , 出现燃气压力超高故障 , 导致锅炉点火不成功。 2. 3. 2 改进后的运行效果进锅炉的燃气管线上安装微压表 , 在微压表的 取样管线上接一根手动泄压管线。经过改进后 , 当 燃气管线压力超过 12kPa 时 , 在锅炉点火前可以 通过手动打开泄压阀对进炉燃气压力进行泄压 , 确 保燃气压力为 12kPa, 避免锅炉点火期间出现燃 气压力超高故障的发生。与整改前相比 , 避免了

16、燃 气压力超高故障 , 同时提高锅炉点火的成功率。 3 结束语该厂锅炉燃烧机控制系统经过改进后 , 大大降 低了锅炉因电网供电质量问题或燃烧机故障导致 的停炉次数 ; 同时提高了锅炉点火的成功率 , 降低 操作人员的劳动强 度 , 缩短锅 炉恢复供蒸汽 的时 间 , 减少装置天然气放空的时间 , 甚至可以避免因 电网电压波动或瞬间停电造成的锅炉熄火而导致 装置天然气放空 , 从而减少天然气的放空量 , 取得 较大的经济效益。参考文献 :1 刘克平 , 贾英超 . 变频控制技术在锅 炉燃烧系统中的应用 . 石油 化工自动化 , 2008(3 :3437(上接第 94页 由 Boo lean Fan Out 模块完成对 R30001寄存器的16位的数据分配。2 ROUT 1:采用 Internal Read Parameter, Boo lean Fan In 和 Internal Write Parameter 模块 , 由 Bo olean Fan In 模块 合成 16个 Internal Read Parameter 模块数