10t/h蒸汽锅炉自动点火、燃烧及控制系统电仪改造
王凤军
大庆油田化工有限公司轻烃分馏分公司 黑龙江省大庆市
163411
摘要：大庆油田化工有限公司轻烃分馏分公司现有10t/h蒸汽锅炉4台，其自动点火、燃烧及控制系统存在许多问题，运
行不稳定，经常出各类事故，经过全面电仪改造，达到操作方便，运行稳定，使用效果较好。
关键词：自动点火；
燃烧系统 ； 电仪； 改造；
1
引言
目前，国内生产燃烧器行业的产品有很多还是以生产传统火嘴为主，这种火嘴从燃烧和安全角度讲存在着一些弊病，人工点火，安全系数比较低，没有熄火自动保护装置，没有燃气压力检测，这都会产生安全隐患；燃料的利用率低，不能根据被加热介质温度或压力的变化，随时自动调节燃气和空气量的配比，这样不仅浪费了燃料，也会因燃烧不好而产生有害气体污染环境。
国外产品对燃烧条件的要求很高，一旦燃烧条件不满足，就不能正常燃烧，甚至不能使用，这对国内的具体情况来说适应性较差。另外，国外燃烧器多以段火式为主，频繁的启停燃烧器，实现比例调节的产品价格过高，在国内很少应用。
从国内外燃烧器行业的发展趋势上看人们需求的是自动化程度高，安全性越好的产品，因此燃烧器也需要更加智能化，以降低劳动强度，满足节能和环保要求。
2
锅炉全自动燃烧器系统功能要求
2.1
阀组泄漏检测
每次启动前，系统都要对智能顺序控制器进行泄漏检测，保证其严密性，确保可燃气体不能进入炉膛，如果智能顺序控制器出现泄漏，系统报警，停止点火程序，只有泄漏检测通过，才进行下一步自动程序。
2.2
自动预吹扫
阀组泄漏检测通过后，自动启动风机，对炉膛进行吹扫，确保安全，吹扫时间到达后，调风档板自动开到点火位。
2.3
自动点火
预吹扫结束后，系统自动电子打火，燃气调节阀、风阀自动到达预定位置，主火焰点燃。
2.4
熄火保护功能
自动点火成功后及锅炉运行过程中，系统始终进行火焰检测，判断燃烧是否正常，如果不正常，系统报警并有相应文字显示，同时切断燃料气供应，关闭智能顺序控制器、燃气调节阀。
2.5
燃烧负荷自动调节
系统根据锅炉出口蒸汽压力，自动调节燃气调节阀的开度，控制燃料气量的大小，使锅炉出口压力保持在工艺要求范围内，保证正常生产，节约燃料气。
2.6
风、气自动配比
系统调节燃料气量的过程中，根据燃气量的大小，自动调节助燃空气量的大小，保证燃烧充分，节约能源，烟气排放符合国家标准。
2.7
风压检测
在风机运行过程中，系统进行风压检测，如果检测不到风压，则风机出现故障，系统自动停机并发出报警及相应文字显示。
2.8
气压检测
锅炉运行过程中，系统进行燃料气压力检测，若燃料气压力过低，系统自动停机并发出报警及相应文字显示。
2.9
系统失电，自动切断燃料气
在电网发生停电情况下，系统自动关闭燃气阀，切断燃料气供应，保证锅炉安全。
2.10
自动后吹扫
锅炉停止运行后，系统将自动启动风机，对炉膛进行后吹扫，确保安全，吹扫时间到达后，风机停止运行。
3
改造后系统构成及工作原理
3.1
自动点火及燃烧系统
全自动燃烧器由燃烧器主体、燃气阀组、控制系统、优化配风系统四部分组成。该燃烧器可由控制盘上的一个拨档控制开关简单地实现“烘炉”和“运行”的切换(如图1)。每次启炉前，首先进行燃气阀组检漏，如泄漏检测通过，则启动风机预吹扫5—15分钟，吹扫结束后，系统将按程序自动执行燃烧室内可燃气体浓度检测程序。正常点火前，触屏上显示文字“开始检测气体浓度”，检测过程中，系统首先打开排空电磁阀，排空时间为5min（排空时间可调），排空后，电磁阀关闭后，采样电磁阀打开，同时泵开始从炉膛内抽取样气。在采样时间5min如气体浓度持续超高（采样时间可调），则系统发出可燃气体浓度超高报警，采样电磁阀、泵停止工作，程序停止执行并吹扫。排空时间和采样时间可在参数修改画面设定，若采样通过后，再次排空，排空后测控装置自动切断电源，风机吹扫5分钟后执行燃烧器点火程序。
之后配风系统自动调整到点火风量，自动电子点火。在此期间火焰检测装置自动检测火焰信号，实现熄火联锁保护，燃烧器可根据需要自动调节火焰大小自动控制被加热介质温度（或压力），同时可自动实现风和燃气的优化配比，使燃烧效率达到99.9%以上。
燃烧器在运行过程中，一旦出现燃气压力低、火焰熄灭、燃气泄露、风压低、温度（或蒸汽压力）超高等故障，智能控制器均会联锁停机，以确保设备和人身安全。烘炉时，首先启风机吹扫5—15分钟，停风机用手动按钮控制点火电极拉弧，手动开启气阀，完成点火过程，烘炉期间，火焰监测系统仍投入使用，一旦熄火系统会发出铃声报警，提示工作人员及时处理。
3.1.1
燃烧器主体部分：
燃烧器主体由1）火检、2）连接法兰、3）烘炉副线、4）观火孔、5）主壳体、6）进风口、7）燃气进气孔、8）点火电极、9）稳燃盘等部分组成
3.1.2燃气阀组部分：
燃气阀组由智能顺序控制器（如图2），检漏装置，气压检测开关、燃气调节阀组成。
智能顺序控制器的检漏原理：关闭V1、V2，接收到系统发出的检漏指令后，阀体上自带的泵打压，停泵5秒后，泄漏检测开关进行燃气泄漏检测，若燃气压力变化值小于20mbr，则发出泄漏检测通过信号。
控制系统（实物图如图3所示，原理图如图4所示）是以智能控制器PLC为核心，由人机交互、输入检测、输出控制报警三部分组成。
其中控制系统采用德国西门子PLC和触摸屏。人性化编制了启动、运行程序，改善了工作环境（降低噪音，减轻劳动强度），同时又具有控制准确、调节方便、使用寿命长、自动化程度高，操作简便、可靠等特点。
 3.1.4优化配风系统
配风系统（如图5）由调风挡板、风阀执行机构和风压开关组成。
其中风阀执行机构与燃气调节阀相同，压力开关为德国Krom原装产品。
3.1.5.检测系统
全自动燃烧器在每次启炉前进行预吹扫，清除了炉膛内残留的可燃气体，保证点炉时的安全。自动点火，消除了人为点火安全系数低的隐患。燃烧器在运行过程中，火焰检测装置全程检测，出现熄火，系统声光报警、文字提示，自动切断燃料气的供应，确保安全。燃烧器在运行时，设立全范围火焰调节，满足生产的实际需要。
锅炉（加热炉）防爆在线测控装置，主要为泵吸采集样气自动进行检测方法的原理。该装置主要由系统控制器、气体采集室、传感器、可燃气体变送器、显示器、信号输出接口等组成。
主要功能：该装置既能与全自动燃烧器配套使用，又能单独使用。单独使用时，炉前操作该装置对启炉前进行自动检测炉内可燃气体浓度，并显示气体浓度值和气体浓度值超高报警。
该装置与全自动燃烧器配套使用时，可实现启炉前全自动检测炉内可燃气体浓度，并实现联锁保护控制。通过该装置信号输出接口送入燃烧器控制系统，燃烧器控制系统接受到信号后，屏幕显示“可燃气体浓度过高禁止启炉”，燃烧器系统自动启动风机吹扫后，系统停止运行，等待处理。
3.1.6控制室远程操作
全自动燃烧器控制系统设在控制室，操作工人可以通过友好、直观的操作界面，即简单又方便地进行任何操作。同时，系统具备声光报警提示系统，达到了真正意义上的方便和安全。
3.1.7
自动上水控制系统简介
利用现场仪表（差压变送器）采集现场信号（4～20mA），由设备或仪表工程师给定高、低、超低水位报警值。当水位高、低报警时触摸屏上出现文字并报警提示；当水位超低时，触摸屏上出现文字并报警，燃烧器联锁停机。
水阀控制（如图6）：水阀控制方式分为“手动”与“自动”两种控制方式。手动就是在手动控制方式下输入的水阀开度值；自动就是在自动控制方式下输入的水位设定值。
3.2控制室仪表盘改造方案
轻烃分馏分公司锅炉房控制室内有3面仪表控制柜，安装了二次表用来显示现场采集回来的现场数据，共采集了数字量输入信号9点，模拟量输入信号49点，模拟量输出信号4点。控制柜占用了很大一部分控制室内的空间，已无法添加全自动燃烧器改造项目所需增加的新的仪表控制柜（新仪表控制柜需安装在原有电缆沟上面），并且根据轻烃分馏分公司锅炉房安全改造提出的要求，安全疏散通道口也没有位置增加（预定在控制柜后面的墙上增加），同时由于二次表数量多，平时的校验与维护也存在着诸多不便。因此提出以下改造方案：
拆除原有3面仪表控制柜，新增1面仪表控制柜。通过安装3块触摸屏及相应的PLC控制模块实现3台10吨蒸汽锅炉燃烧器的全自动控制。新增一面上位机接口柜，一个电脑操作台，一个打印机柜。
采用ME控制系统，ＭＥ控制系统是由美国引进的一套功能先进、应用广泛的集散控制系统。ＭＥ控制系统技术先进、性能可靠、操作便捷、界面友好，完全可以满足用户的生产需求。
可实现如下显示：参数总貌显示，各工段显示，实时细目显示，历史报警显示，状态显示，历史趋势显示，流程图画面，各种报表功能。
ME控制系统特点：
1）可靠性好
控制系统硬件产品符合美国CLASS
1，DIVISION
2，GROUP
A.B.C.D认证标准，能达到危险领域的控制要求。系统的冗余功能也很强，可以实现主控制器、单元处理器、通讯链路冗余热备，还可实现监控层服务器的备份。
2）可扩展性好
整个系统运行时是多CPU并行处理，系统的增容和扩展不存在CPU负载问题。主控制器的强大通讯功能和网络功能，又为系统的扩展提供了便捷的途径。
新型ME控制系统的控制器采用OptoControl编程，控制器的控制能力只与内存的大小有直接的关系，即使系统扩容需要更换控制器，也无需重新编程，只需将程序重新下载到新的控制器中就可以了。
3）I/O点的智能化
对于新型ME控制系统系统，它的每个I/O点都可以完成智能化的功能，这是它与PLC和DCS的主要区别所在。
4）通信功能强，开放性好
新型ME控制系统的主控制器支持以下通信及网络方式：
RS232/422/485、ARCNET网、以太网（TCP/IP或NETBIOS）
5）分布式、现场化
新型ME控制系统借助于RS485及以太网、ARCNET网的能力，系统可做到控制单元的现场全分布，通过单元处理器做到就地实时控制
。
6）可维护性高
系统硬件采用模块化的设计，并且模块和接线端子是分开的，哪一点有故障只需简单的换个模块，并不牵涉到现场信号接线
。系统软件可实现在线维护，在不停机的情况下，可对控制策略进行修改、
4
应用效果
4.1改造后提高了硬件的可靠性，实现了锅炉系统的本质安全。
4.2实现一键式自动点炉，避免了人工误操作存在的安全隐患。
4.3改造后提高了锅炉点火、燃烧和控制系统的科技含量，降低工人劳动强度。
4.4提高了锅炉的热效率，节约节要了天然气和电能。
4.5应用变频调速技术可根据温度的变化，随时调整风机的转速，减少了噪音对环境的
污染（电机均运行于额定转速以下，风的噪音随之下降），对提高工业卫生水平起到一定的作用。
4.6由于风机长期低于额定转速的状态之下运行，电机及风机的轴承不易损坏，延长了使用寿命，电机的发热量也减少了，维修量下降，停机时间减少，节约了大量的维修费用。
5
结论
大庆油田化工有限公司轻烃分馏分公司轻烃锅炉点火、燃烧及控制系统电仪改造后使用方便、运行稳定、可靠性高，取得较好效果。随着改产品技术进步，价格的降低，其性能价格比十分突出，容易被用户所接受，是化工企业锅炉系统提高自动化水平、节能降耗的首选，具有较好的应用前景。
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