鍋爐燃燒機(jī)控制系統(tǒng)的改進(jìn)

1、收稿日期 :2008 06 23(修改稿 。作者簡(jiǎn)介 :高進(jìn) (1977 , 男 , 湖南桃 源人 , 2000年 畢業(yè) 于 (華 東 石油大學(xué)工業(yè)電氣自動(dòng)化專業(yè) , 主要 從事儀表維修 和技術(shù)管理 , 鍋爐燃燒機(jī)控制系統(tǒng)的改進(jìn)高 進(jìn)(中國(guó)石油股份有限公司 西南油氣田分公司重慶天然氣凈化總廠 , 重慶 404307摘要 :鍋爐在天然氣凈化裝置中具有舉足輕重的作用 , 其運(yùn)行狀況直接影響到凈化天然氣質(zhì)量指標(biāo)是否合格。而鍋爐燃燒機(jī)的運(yùn)行狀況直接決定鍋爐運(yùn)行的好壞。主要介紹忠縣天然氣凈化廠鍋爐燃燒 機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行 以來存在的主要 問題 , 通過 分析故障原因并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施 , 以提高鍋爐運(yùn)行的

2、可靠性 , 從而確保天然氣凈化裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。關(guān)鍵詞 :鍋爐 ; 燃燒機(jī) ; 措施中圖分類號(hào) :T P273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :B 文章編號(hào) :1007 7324(2008 05 0095 031 引 言鍋爐對(duì)于天然氣凈化裝置生產(chǎn)具有舉足輕重 的作用 , 它的運(yùn)行狀況直接影響到凈化天然氣質(zhì)量 指標(biāo)是否合格 , 一旦鍋爐出現(xiàn)故障停爐 , 必然導(dǎo)致 凈化天然氣 H 2S 的含量超標(biāo) , 原料天然氣大量放 空 , 造成能源浪費(fèi)和環(huán)境污染。重慶天然氣凈 化總廠 忠縣分 廠于 2005年 5月 20日建成 投產(chǎn) , 處理量 為 600 104m 3/d(標(biāo) 準(zhǔn)狀況 。該廠設(shè)置 有鍋爐 2臺(tái) (X 3201A

3、/B , 一用一備 , 每 臺(tái)鍋 爐額定 的蒸 汽 負(fù)荷 為 15t/h 。 設(shè)備主要參 數(shù)見表 1所列 (鍋爐 X 3201A/B 的 參數(shù)相同 。表 1 設(shè)備主要參數(shù)鍋 爐燃 燒 機(jī) (型號(hào) :W NS15 1. 25 Y Q 型號(hào) :T G 640ZM RT 額定蒸發(fā)量 15t/h 燃?xì)忸愋?天然氣 額定蒸汽壓力 1. 25M P a 燃燒器功率 11300kW 額定蒸汽溫度193! 燃?xì)庾钚∪?口壓力 86kP a 額定天然氣耗 量 (標(biāo)準(zhǔn)狀 況 1083m 3/h燃燒機(jī)電機(jī) 功率26kW2 存在問題及解決措施 2. 1 燃燒機(jī) 大馬拉小車 #問題 2. 1. 1 問題描述考慮到該廠地

4、方供電電源質(zhì)量較差 , 當(dāng)雷雨 天氣時(shí)極易出現(xiàn)電網(wǎng)電壓波動(dòng) 或瞬間停電 , 導(dǎo)致 鍋爐熄火。為保 證鍋 爐平 穩(wěn)運(yùn)行 和停 爐后 盡快 的恢復(fù)蒸汽供應(yīng) , 該廠 2臺(tái)鍋爐沒有 實(shí)現(xiàn)一用一 備 蒸汽量較小 , 僅為 8t/h 左右 , 即每臺(tái)鍋爐的蒸汽 量?jī)H為 4t/h 左右 , 對(duì)于額定蒸汽量為 15t/h 的鍋 爐而言 , 存在嚴(yán)重的 大馬拉小車 #現(xiàn)象。同理 , 鍋 爐燃燒機(jī)也存在嚴(yán)重的 大馬拉小車 #現(xiàn)象 , 導(dǎo)致的 問題主要有 :電機(jī)軸承超溫、 變形 , 甚至導(dǎo)致電機(jī) 線圈燒毀 ; 造成能源浪費(fèi) ; 燃燒機(jī)產(chǎn)生的噪聲、 振動(dòng) 較大。2. 1. 2 原因分析燃燒機(jī)主要 由電 機(jī) (水 平

5、安 裝 、 風(fēng)門 (由外 風(fēng)筒和內(nèi)風(fēng)筒組成 、 閉式葉輪 (懸 臂安裝 、 出口 導(dǎo)葉 (蝸殼 四部 分組成 (如圖 1所 示 。 燃燒機(jī) 工作時(shí) :空氣經(jīng)風(fēng)門進(jìn) 入葉輪入 口后 , 葉片驅(qū)動(dòng) 產(chǎn)生的受壓空氣 沿葉輪周向進(jìn) 入出口導(dǎo)葉 , 導(dǎo)葉 片將壓縮空氣沿葉輪軸向送出燃燒機(jī)進(jìn)入鍋爐燃 燒爐膛。分析燃燒機(jī)葉輪的受力情況可知 , 其葉輪 軸向兩側(cè)將受到兩個(gè)相反方向的作用力 , 即出口側(cè) 葉輪面承 受壓力 p 2, 入 口側(cè)葉 輪面承 受壓力 p 1(負(fù)壓引起 , 因此 , 葉輪受到的軸向推力應(yīng)為 :F =S p (S 葉輪的圓盤面積 4240. 77cm 2, p =p 2-p 1 。由于電機(jī)

6、軸承與葉輪相連 , 根據(jù)力的傳 遞原理 , 電機(jī) 軸承也 受到軸 向推力 , 其 大小也 為 F =S p 。2006年 8月 11日 , 該廠配合鍋爐燃燒機(jī)廠家 技術(shù)人員對(duì) 2臺(tái)運(yùn) 行中 的鍋 爐進(jìn)行 性能 參數(shù) 測(cè) 試 1, 其中 X 3201B 測(cè)試參數(shù)見表 2所列。鍋爐 實(shí)際蒸汽負(fù)荷 為 4t/h 時(shí) , 需要 的燃料 氣量約 為 300m 3/h(標(biāo)準(zhǔn)狀況 , 由表 2可知其風(fēng)門開度約為過程控制實(shí)施技術(shù)石 油 化 工 自 動(dòng) 化 , 2008, 5 95AU TOM AT ION IN PET RO CHE M ICAL INDUST RY10. 5%, 葉輪兩側(cè)的壓力差為 49.

7、6kPa, 燃燒機(jī)電機(jī) 軸承軸向受力為 2103. 526N(1kgf=9. 80665N , 遠(yuǎn)大于電機(jī)軸承軸向受力設(shè)計(jì)正常值 980. 665N (設(shè)計(jì)最大值為 2598. 761N 。由于燃燒機(jī)電機(jī)長(zhǎng) 時(shí)間處于該工況運(yùn)行 , 易引起軸承超溫、 變形 , 甚至 電機(jī)線圈燒毀 , 導(dǎo)致鍋爐故障次數(shù)增多 , 燃燒機(jī)檢 修頻繁 , 嚴(yán)重影響天然氣凈化裝置的正常生產(chǎn)。自 2005年 5月 20日鍋爐投用以來到 2006年 8月 , 2臺(tái)鍋爐共發(fā)生 5次電機(jī)軸承損壞事故。由于造成燃燒機(jī)故障的主要原因?yàn)殄仩t燃燒 機(jī) 大馬拉小車 #, 導(dǎo)致電機(jī)軸承受軸向推力過大 , 由表 2可以看出 , p 隨著負(fù)荷的

8、增加而減小 , 也就 是說葉輪受到的軸向推力隨著負(fù)荷的增加而減小。 要減小電機(jī)軸承的軸向受力 , 必須減小 p , 在鍋爐 低負(fù)荷的情況下 , 只有采用變頻調(diào)速使燃燒機(jī)的電 機(jī)轉(zhuǎn)速降低 , 保證風(fēng)門處于較大的開度 , 減小 p , 從而減小電機(jī)軸承的軸向受力。圖 1 鍋爐燃燒機(jī)結(jié)構(gòu)2. 1. 3 改進(jìn)內(nèi)容對(duì)鍋爐燃燒機(jī)電機(jī)增設(shè)變頻器 , 通過變頻器根 據(jù)鍋爐實(shí)際需要的空氣量來控制燃燒機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn) 速 , 從而控制燃燒機(jī)產(chǎn)生的空氣量 , 避免鍋爐燃燒 機(jī)出現(xiàn) 大馬拉小車 #現(xiàn)象。鍋爐 X 3201B 加變頻 器后的參數(shù)測(cè)試見表 3所列。表 2 X 3201B 加變頻器 前的參數(shù)測(cè)試序號(hào) 風(fēng)門閥位開度

9、 /(%燃料氣量 (標(biāo)準(zhǔn)狀況 K /m 3&h -1p 1/kP a p 2/kP a p /kP a 軸向推力 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 :軸向推力根據(jù)公式 F =S p 9. 80665計(jì)算得出。表 3 X 3201B 加變頻器 后的參數(shù)測(cè)試序號(hào) 風(fēng)門閥位開度 /(%燃料氣量 K /N m 3&h -1p 1/kP a p 2/kP a p /kP a 軸向推力 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石油化工自動(dòng)化 2008 年2. 1. 4 改進(jìn)后的運(yùn)行效果整改后 , 鍋爐燃燒機(jī)的故障次數(shù)明顯降低 , 再 也沒有出現(xiàn)上述故障 , 從而大大降低了燃燒機(jī)檢修 次數(shù) , 保證了鍋爐的正常生產(chǎn)。a 解決電機(jī)軸 承變形、 超 溫等故障。由表 3可見 , 燃燒機(jī)電機(jī)加變頻器后 , 與改進(jìn)前相比 , 在相 同負(fù)荷下風(fēng)門開度明顯增大 , 燃燒機(jī)葉輪兩側(cè)的壓 力差值明顯降低 , 電機(jī)軸承的

12、軸向受力明顯減小。 當(dāng)鍋爐蒸汽負(fù)荷約為 4t/h 時(shí) , 需要的燃料氣量約 為 300Nm 3/h, 由表 3可知其風(fēng)門開度為 30%40%之間 , 葉輪兩側(cè)的壓力差值約為 11kPa, 燃燒機(jī)電 機(jī)軸承軸向受力約為 460. 913N, 遠(yuǎn)小于電機(jī)軸承 軸向受力設(shè)計(jì)正常值 980. 665N 。b 解決鍋爐燃燒機(jī) 大馬拉小車 #的問題 , 節(jié) 能效果明顯。當(dāng)鍋爐蒸汽負(fù)荷為 4t/h 時(shí) , 電機(jī)轉(zhuǎn) 速由 2950r/min 降至 1300r/min 左右 , 運(yùn)行電流 由 32A 降至 8A 左右 , 年節(jié)省電量 24. 6156萬度。 c 改進(jìn)后鍋爐 , 在相同負(fù)荷下 , 風(fēng)門開度明顯 較

13、大 , 燃燒機(jī)進(jìn)口壓力明顯降低 , 電機(jī)轉(zhuǎn)速明顯降 低 , 因此 , 燃燒機(jī)產(chǎn)生的噪聲明顯降低、 振動(dòng)顯著減 小。當(dāng)鍋爐蒸汽負(fù)荷為 4t/h 時(shí) , 燃燒機(jī)運(yùn)行時(shí)機(jī) 體振動(dòng)幅度由整改前的 0. 3mm 降至 0. 018mm , 產(chǎn)生的噪聲由 90dB 降至 70dB 左右。2. 2 鍋爐點(diǎn)火參數(shù)設(shè)置問題2. 2. 1 問題描述鍋爐控制柜采用非 UPS 供電。每次供電電網(wǎng) 波動(dòng)或瞬間停電時(shí)易導(dǎo)致鍋爐熄火 , 鍋爐控制柜掉 電。當(dāng)鍋爐恢復(fù)生產(chǎn)時(shí) , 需要重新對(duì)比調(diào)儀進(jìn)行點(diǎn) 火參數(shù)設(shè)置。2. 2. 2 原因分析由于控制 鍋爐 燃燒 機(jī)點(diǎn) 火的 比調(diào) 儀也 為非 UPS 供電 , 比調(diào) 儀程序已 經(jīng)

14、固化 , 一旦比 調(diào)儀掉 電 , 設(shè)置的點(diǎn)爐參數(shù)丟失 , 每次點(diǎn)爐時(shí)需重新設(shè)置 , 且無法實(shí)現(xiàn)鍋爐自動(dòng)點(diǎn)火 , 需進(jìn)行手動(dòng)點(diǎn)爐 , 且步 驟較多 , 需設(shè)置的參數(shù)也較多 , 操作復(fù)雜 , 因此極易 出現(xiàn)點(diǎn)爐不成功 , 有時(shí)需多次點(diǎn)爐 ; 延長(zhǎng)了鍋爐恢 復(fù)供蒸汽的時(shí)間 , 導(dǎo)致產(chǎn)品天然氣 H 2S 含量超標(biāo) , 裝置放空。2. 2. 3 改進(jìn)后的運(yùn)行效果將鍋爐控制柜由非 U PS 改為 U PS 供電后 , 可 以保證在電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)比調(diào)儀不掉電 , 設(shè)置的點(diǎn)火參 數(shù)不會(huì)丟失 , 實(shí)現(xiàn)鍋爐恢復(fù)時(shí)的自動(dòng)點(diǎn)火。2. 3 進(jìn)爐燃?xì)獬瑝汗收?. 3. 1 問題及原因分析當(dāng)鍋爐因電網(wǎng)電壓波動(dòng)或瞬間停電熄火后再

15、 點(diǎn)火時(shí) , 經(jīng)常出現(xiàn)燃?xì)鈮毫Τ吖收?, 導(dǎo)致鍋爐點(diǎn) 火不成功。原因是鍋爐熄火期間 , 由于自力式調(diào)壓 閥存在微泄露 , 調(diào)壓閥的閥后壓力 (即進(jìn)爐燃?xì)鈮?力 必然超過設(shè)定壓力 (12kPa 。當(dāng)鍋爐再次點(diǎn)火 時(shí) , 出現(xiàn)燃?xì)鈮毫Τ吖收?, 導(dǎo)致鍋爐點(diǎn)火不成功。 2. 3. 2 改進(jìn)后的運(yùn)行效果進(jìn)鍋爐的燃?xì)夤芫€上安裝微壓表 , 在微壓表的 取樣管線上接一根手動(dòng)泄壓管線。經(jīng)過改進(jìn)后 , 當(dāng) 燃?xì)夤芫€壓力超過 12kPa 時(shí) , 在鍋爐點(diǎn)火前可以 通過手動(dòng)打開泄壓閥對(duì)進(jìn)爐燃?xì)鈮毫M(jìn)行泄壓 , 確 保燃?xì)鈮毫?12kPa, 避免鍋爐點(diǎn)火期間出現(xiàn)燃 氣壓力超高故障的發(fā)生。與整改前相比 , 避免了

16、燃 氣壓力超高故障 , 同時(shí)提高鍋爐點(diǎn)火的成功率。 3 結(jié)束語該廠鍋爐燃燒機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)過改進(jìn)后 , 大大降 低了鍋爐因電網(wǎng)供電質(zhì)量問題或燃燒機(jī)故障導(dǎo)致 的停爐次數(shù) ; 同時(shí)提高了鍋爐點(diǎn)火的成功率 , 降低 操作人員的勞動(dòng)強(qiáng) 度 , 縮短鍋 爐恢復(fù)供蒸汽 的時(shí) 間 , 減少裝置天然氣放空的時(shí)間 , 甚至可以避免因 電網(wǎng)電壓波動(dòng)或瞬間停電造成的鍋爐熄火而導(dǎo)致 裝置天然氣放空 , 從而減少天然氣的放空量 , 取得 較大的經(jīng)濟(jì)效益。參考文獻(xiàn) :1 劉克平 , 賈英超 . 變頻控制技術(shù)在鍋 爐燃燒系統(tǒng)中的應(yīng)用 . 石油 化工自動(dòng)化 , 2008(3 :3437(上接第 94頁 由 Boo lean Fan Out 模塊完成對(duì) R30001寄存器的16位的數(shù)據(jù)分配。2 ROUT 1:采用 Internal Read Parameter, Boo lean Fan In 和 Internal Write Parameter 模塊 , 由 Bo olean Fan In 模塊 合成 16個(gè) Internal Read Parameter 模塊數(shù)