回轉(zhuǎn)預(yù)熱器漏風(fēng)控制系統(tǒng)在黃島660MW超臨界鍋爐的成功應(yīng)用

1、回轉(zhuǎn)預(yù)熱器漏風(fēng)控制系統(tǒng)在黃島660mw超臨界鍋爐的成功應(yīng)用大唐黃島發(fā)電有限公司 張元生 丁 浩【摘 要】 黃島電廠三期工程2660mw超臨界機組鍋爐回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器采用漏風(fēng)自動控制系統(tǒng)（lcs），從投產(chǎn)至今運行穩(wěn)定，漏風(fēng)率控制良好，漏風(fēng)率一般維持在45之間，應(yīng)用非常成功，最小只有約3，從而保證了鍋爐效率及煤耗指標(biāo)。本文對該系統(tǒng)及使用維護情況作詳細介紹，以供新機組選型或老機組技術(shù)改造參考?！娟P(guān)鍵詞】 黃島 660mw鍋爐 回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器 漏風(fēng)控制 應(yīng)用 成功abstract: huangdao power plant phase iii 2 660mw supercritical boiler

2、 unit with rotary air preheater leakage control system (lcs), from the production has stable operation and good control air leakage rate, air leakage rate is normally maintained at 45%, application of a very successful ,the smallest only about 3%, thus ensuring the efficiency and the coal boiler tar

3、get. this article of the system and its maintenance of a detailed description for the selection of new units or the technical transformation of old units for reference.key words: huangdao 660mw boiler rotary air preheater leakage control application success一、 綜 述黃島電廠三期工程2660mw超臨界機組，#5、#6機組分別于2006年10

4、月和2007年11月投產(chǎn)。鍋爐選用上海鍋爐廠生產(chǎn)的超臨界變壓運行螺旋管圈直流鍋爐，單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、型露天布置、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，型號為sg-2102/25.4-m953，設(shè)計燃用兗州地區(qū)煙煤。爐后尾部布置兩臺轉(zhuǎn)子直徑為14236mm的三分倉容克式空氣預(yù)熱器。空氣預(yù)熱器型號2-32.5vi（t）-2185smrc，一、二次風(fēng)分隔布置，一次風(fēng)開度為50。預(yù)熱器換熱元件包總高度2185mm，冷、熱端各布置一套蒸汽吹灰器。為解決預(yù)熱器漏風(fēng)問題，將引進的美國技術(shù)和國內(nèi)的實踐結(jié)合起來，采用熱端徑向密封漏風(fēng)自動跟蹤控制系統(tǒng)，以保證預(yù)熱器的低漏風(fēng)率。預(yù)熱器漏風(fēng)率設(shè)計保證值是在投產(chǎn)第一年

5、內(nèi)不高于6，一個大修期內(nèi)不高于8。自投產(chǎn)以來，預(yù)熱器經(jīng)過一次脫硝改造，設(shè)備運行穩(wěn)定，漏風(fēng)控制系統(tǒng)運行良好，漏風(fēng)率一般維持在45之間，故障狀態(tài)下可能到6，最小只有3左右，真正保證了鍋爐效率及機組煤耗指標(biāo)。以下是#5、#6爐預(yù)熱器漏風(fēng)率情況統(tǒng)計：#5爐預(yù)熱器漏風(fēng)率（%）#6爐預(yù)熱器漏風(fēng)率（%）168h后性能考核試驗5.35/4.224.92/2.392008年大修前4.89/6.124.82/6.472008年大修后3.76/2.634.26/3.452009年小修前5.33/5.304.88/4.31（2010年小修前）2009年小修后3.27/3.05未試驗 從統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，預(yù)熱器漏風(fēng)率總體運行

6、在45之間，最高時為6左右，最低3左右，指標(biāo)良好。二、 空氣預(yù)熱器漏風(fēng)控制系統(tǒng)介紹1、空氣預(yù)熱器漏風(fēng)介紹空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)包括二部分：直接漏風(fēng)和攜帶漏風(fēng)，預(yù)熱器的轉(zhuǎn)子與殼體之間存在間隙。預(yù)熱器中空氣與煙氣由惰性區(qū)密封分開。轉(zhuǎn)子密封片與殼體密封板之間的密封間隙總是大于零。壓力較高的空氣必然要穿過密封間隙漏向壓力較低的煙氣中，這是直接漏風(fēng)。轉(zhuǎn)子倉格中所包容的風(fēng)量隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，會不斷地轉(zhuǎn)移到煙氣側(cè)，被煙氣帶走，這是攜帶漏風(fēng)。攜帶漏風(fēng)是預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)型式本身決定的，無法減小。直接漏風(fēng)與密封間隙成正比，與壓差的平方根成正比。在運行后就不可能減小預(yù)熱器中氣流間的壓差值了。因此，減小漏風(fēng)的唯一途徑是將密封間隙

7、控制在最小限度。空氣預(yù)熱器密封裝置的關(guān)鍵就在于按照預(yù)熱器變形的規(guī)律，使密封裝置能夠有效地控制各種工況下、主要是bmcr工況下密封間隙處在最小限值。參考已有的研究結(jié)果表明，在引起漏風(fēng)的各種因素中，熱端徑向密封漏風(fēng)是空氣預(yù)熱器漏風(fēng)的最主要因素，占總量的30%50%，這是由于預(yù)熱器轉(zhuǎn)子在熱態(tài)運行時產(chǎn)生的“蘑菇狀”變形導(dǎo)致徑向密封間隙增大造成的，轉(zhuǎn)子變形量與轉(zhuǎn)子半徑的二次方成正比，變形如圖所示：轉(zhuǎn)子熱端蘑菇狀變形曲線熱端徑向自動漏風(fēng)控制系統(tǒng)就是實現(xiàn)這一目標(biāo)的一個有效手段，如下示意圖：預(yù)熱器熱態(tài)蘑菇狀變形及漏風(fēng)間隙示意圖轉(zhuǎn)子在運行中受熱膨脹，由于轉(zhuǎn)子冷熱端存在溫度差，一般在250左右，使得冷熱端的膨脹量

8、不同，造成轉(zhuǎn)子產(chǎn)生蘑菇狀變形。因此，空預(yù)器其他部位的密封是按照預(yù)先計算的結(jié)果在安裝、檢修中設(shè)置（如下密封間隙表數(shù)據(jù)所示）；漏風(fēng)控制系統(tǒng)是針對控制熱端徑向密封間隙設(shè)計。盡可能地減小熱端徑向密封間隙，以達到減小漏風(fēng)的目的。位置設(shè) 置 值徑 向 密 封 設(shè) 置 （ mm）冷端內(nèi)側(cè) a0冷端中間ic6jc13.5kc23.5冷端外側(cè)b37熱端內(nèi)側(cè)c2熱端中間ih8jh9kh7熱端外側(cè)d2軸 向 密 封 設(shè) 置 （mm）熱端 g13.5冷端 h7旁 路 密 封 設(shè) 置 （mm）熱端 m7冷端 b37可調(diào)式的扇形板設(shè)計在其內(nèi)側(cè)端吊于導(dǎo)向端軸過渡套上，在近外側(cè)端連接到有電動機的漏風(fēng)控制驅(qū)動系統(tǒng)。外側(cè)端只是按

9、控制系統(tǒng)的要求下調(diào)或回復(fù)。扇形板平面是平面的密封表面。扇形板的內(nèi)側(cè)端，隨轉(zhuǎn)子中心筒的膨脹而上移。扇形板的外側(cè)端利用跟蹤系統(tǒng)，在熱端膨脹狀態(tài)（啟動或增負荷時）隨轉(zhuǎn)子移動以減少內(nèi)側(cè)端徑向密封與扇形板的摩擦。2、漏風(fēng)自動跟蹤控制系統(tǒng)空氣預(yù)熱器漏風(fēng)控制系統(tǒng)（leakage control system以下簡稱lcs）的原理是：使扇形密封板與熱變形的轉(zhuǎn)子形狀緊密吻合。在各種工況下，扇形板定時向下跟蹤轉(zhuǎn)子的熱態(tài)變形使漏風(fēng)面積在各種過渡工況和bmcr運行時期都減小了。預(yù)熱器漏風(fēng)控制系統(tǒng)lcsii結(jié)合溫度數(shù)據(jù)采集技術(shù)、可編程序控制器（plc）和觸摸屏的一體化控制，具有技術(shù)含量高、設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)簡便、操作、維護

10、、保養(yǎng)方便、穩(wěn)定可靠等特點。3、lcs系統(tǒng)組成介紹當(dāng)預(yù)熱器中溫度升高，其中轉(zhuǎn)子的圓周產(chǎn)生下垂彎曲，系統(tǒng)將控制扇形板外側(cè)端跟蹤向下位移使扇形板底面的密封面與轉(zhuǎn)子上的徑向密封片始終保持理想的間隙，以達到控制漏風(fēng)取得節(jié)能的目的。 lcsii部分的組成：加載機構(gòu)、傳感器、熱電偶溫度輔助控制裝置、轉(zhuǎn)子測速停轉(zhuǎn)報警裝置和電氣控制五部分。 加載機構(gòu)：間隙調(diào)整裝置現(xiàn)場圖每塊扇形板配一套加載機構(gòu)，每臺預(yù)熱器三套。電動機通過減速器降速后，與二只螺旋千斤頂連接。螺桿千斤頂中裝有螺桿間隙調(diào)整裝置，保證系統(tǒng)的靈敏度，使螺桿千斤頂中螺桿準(zhǔn)確上下運動，施力于扇形板不可彎曲面外側(cè)。為了使二只千斤頂同步調(diào)節(jié)，扇形板始終處在水平

11、位置，采取了一齒輪箱同時驅(qū)動二只螺桿千斤頂?shù)牟贾梅绞健Ｐ谐讨甘窘M件可顯示扇形板的準(zhǔn)確位置。加載機構(gòu)配有力矩保護裝置。當(dāng)傳動機構(gòu)過載時，力矩保護裝置動作，觸發(fā)提升信號。系統(tǒng)將自動提升至“完全回復(fù)”位置。 傳感器：為了探測鍋爐各運行狀態(tài)下轉(zhuǎn)子位置的變化，從而使扇形板的密封面能準(zhǔn)確地跟蹤轉(zhuǎn)子，保持熱端徑向密封間隙處在最佳值，lcsii中采用了一個能探測密封面到熱變形轉(zhuǎn)子外側(cè)端的相對位置的傳感器，傳感器將測量的結(jié)果轉(zhuǎn)換成電的信號發(fā)出，觸發(fā)加力傳動裝置動作，調(diào)節(jié)扇形板的位置，實現(xiàn)調(diào)節(jié)密封間隙的目的。如圖所示，傳感器中心有一根探桿，探桿的下端裝著一只探測頭，該探測頭與裝在轉(zhuǎn)子圓周角鋼上的傳感瓣保持0.81

12、.2 mm間隙，熱態(tài)轉(zhuǎn)子下垂后，扇形板向下跟蹤，裝在扇形板側(cè)部的探測頭隨之向下，直到與傳感瓣接觸，屆時扇形板與轉(zhuǎn)子之間的間隙處在最小允許值，這時探桿向上移動，觸發(fā)上面探測頭組件中的初級限位開關(guān)，此開關(guān)使電動機停轉(zhuǎn)2秒鐘，然后倒轉(zhuǎn)，使扇形板回升到扇形板與轉(zhuǎn)子密封片的最佳間隙。為了確保傳感器正常工作，采用清潔的壓縮空氣進行溫度控制，壓縮空氣通過管路接頭，一路通向傳感器上部，使限位開關(guān)正常工作，另一路通向傳感器套管中，吹掃探測頭，使之保持一定的工作溫度。為了延長使用壽命，探測頭端部與傳感瓣均采用硬度較高的合金材料。 熱電偶溫度輔助控制裝置lcsii在自動跟蹤過程中，當(dāng)傳感器的初級限位開關(guān)失效而觸發(fā)次

13、級限位開關(guān)動作時，系統(tǒng)將自動轉(zhuǎn)入溫度控制模式。該裝置由安裝在煙氣進口處的熱電偶來負責(zé)采集溫度信號，再送至plc進行數(shù)據(jù)處理。根據(jù)當(dāng)前煙氣進口處溫度來控制扇形板的位置，溫度與位置的對應(yīng)值預(yù)先設(shè)定。 轉(zhuǎn)子測速停轉(zhuǎn)報警裝置實時監(jiān)測空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，每臺空氣預(yù)熱器有3路獨立測速裝置，該轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)報警傳感器裝在空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子下端軸承處。當(dāng)轉(zhuǎn)子低于設(shè)定轉(zhuǎn)速時，由它發(fā)出轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)信號，使扇形板強制回復(fù)，確保預(yù)熱器安全。 電氣控制部分空氣預(yù)熱器有a側(cè)和b側(cè)兩臺,每臺預(yù)熱器各有三塊扇形板,共用一個主控箱和六個分控箱控制每塊扇形板的漏風(fēng)量。每塊扇形板的控制系統(tǒng)都是相同的，由主控箱和分控箱來完成，主控箱安裝在平臺上

14、，分控箱為掛箱形式，通過焊接支架就近安裝在千斤頂附近，這樣便于調(diào)試時的現(xiàn)場操作。三、 冷態(tài)調(diào)試與熱態(tài)調(diào)試由于扇形板與轉(zhuǎn)子密封片在預(yù)熱器安裝時可能存在偏差，所以在正式投入lcsii運行前及密封系統(tǒng)大小修后必須先進行冷態(tài)與熱態(tài)調(diào)試。在調(diào)試中根據(jù)現(xiàn)場實際狀況來調(diào)節(jié)傳感器探測頭的上下位置，以便獲得徑向密封與熱端扇形板外側(cè)之間最佳的運行間隙。冷態(tài)調(diào)試重點檢查系統(tǒng)零位、測試電氣控制系統(tǒng)正常與否，一般需12天時間。熱態(tài)調(diào)試主要設(shè)定調(diào)整裝置的最大行程，需在90以上負荷進行，1天即能夠完成。四、 系統(tǒng)運行該系統(tǒng)采用觸摸屏作為人機界面, plc作為主控設(shè)備,通過觸摸屏上的顯示按鈕和開關(guān)可以直接控制電機,驅(qū)動扇形板

15、完成對預(yù)熱器轉(zhuǎn)子的定時自動跟蹤。同時本系統(tǒng)在觸摸屏上還可以同步實時地顯示和設(shè)定各種系統(tǒng)參數(shù),自動輸出各種報警信息,與集控室dcs系統(tǒng)進行同步通訊。正常運行無需操作。漏風(fēng)控制系統(tǒng)故障報警頁面當(dāng)lcsii系統(tǒng)正常投運后，自動跟蹤系統(tǒng)立刻就開始自動跟蹤。啟動電動機，使扇形板以1 .6毫米分的速度下行，直到傳感器探測頭與預(yù)熱器轉(zhuǎn)子密封角鋼上的傳感瓣相碰，傳感器的推桿向上移動，使“初級限位開關(guān)”動作，此時電動機停轉(zhuǎn)，2秒后上升，回復(fù)設(shè)定的距離(設(shè)定為3毫米)，這時扇形板與轉(zhuǎn)子徑向密封片之間的間隙為正常間隙。完成跟蹤后，主控箱觸摸屏上“跟蹤間隔時間”開始顯示，等定時器時間到，系統(tǒng)進行下一次跟蹤。鍋爐穩(wěn)定投

16、運時一般設(shè)定為每6小時跟蹤一次，也可以設(shè)置為其他時間間隔。若機組發(fā)電負荷下降時，預(yù)熱器轉(zhuǎn)子由于溫度降低而向上還原，傳感瓣與傳感器探測頭接觸，探桿向上移動使初級限位開關(guān)動作，此時電動機就回復(fù)設(shè)定的距離。如果轉(zhuǎn)子不斷往上回升，這一過程就會反復(fù)進行，直到扇形板回升到轉(zhuǎn)子的“完全回復(fù)”位置。五、 維護及故障處理1、 日常維護 螺旋千斤頂：千斤頂每隔三個月要用耐高溫二硫化鉬復(fù)合鈣基脂添加一次。 二級減速器：潤滑油為半年更換一次。 過濾減壓閥：定期清洗過濾芯，一般為半年。 電動機：電動機每隔一年做一次二級保養(yǎng)。2、 故障處理：系統(tǒng)主要故障概述及排除方法故障類型故障起因現(xiàn)象與動作排除方法預(yù)熱器轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)系統(tǒng)檢

17、測到預(yù)熱器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于0.6轉(zhuǎn)/分觸摸屏畫面停轉(zhuǎn)報警指示,同時主控箱發(fā)出聲報警,系統(tǒng)中斷轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)側(cè)三塊扇形板的工作模式,將扇形板提升到完全回復(fù)位置。檢測線路，觀測故障側(cè)轉(zhuǎn)子是否停轉(zhuǎn)，對觸摸屏報警畫面予以確認，并按下“報警消聲”按鈕消除聲報警，當(dāng)轉(zhuǎn)子重新正常運轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)報警信號消失后可重新啟動系統(tǒng)。熱電偶故障a、b側(cè)熱電偶斷偶，不能正常測溫觸摸屏畫面熱電偶故障指示，同時主控箱發(fā)出聲報警，系統(tǒng)自動將備用熱電偶投入使用。根據(jù)觸摸屏報警信息提示，檢測故障熱電偶。待停爐維修時更換故障熱電偶傳感器異常初級限位開關(guān)失效，扇形板下行時碰到次級限位開關(guān)觸摸屏畫面?zhèn)鞲衅鳟惓缶甘?，同時主控箱發(fā)出聲報警，系統(tǒng)中斷原

18、來的工作模式，自動切換到溫控運行，在將扇形板提升到完全回復(fù)位置的同時采集檢測煙氣進口溫度，并判斷其屬于哪個負荷溫度段，再驅(qū)動扇形板按“溫控設(shè)定”所對應(yīng)的扇形板下降值下降，到達指定位置后停機。此外當(dāng)發(fā)電機組負荷發(fā)生變化，超出原先的負荷溫度段時，系統(tǒng)會按預(yù)設(shè)定的扇形板下降值再次進行自動運行跟蹤一次。進入相應(yīng)的故障扇形板分控畫面，將“緊急停機”開關(guān)置“on”，中斷溫控運行模式，在將“緊急停機”開關(guān)置“off”后按“強制提升”開關(guān)，將扇形板提升至“完全回復(fù)”位置后停機。此時可維修跟換失效的初級限位開關(guān)，更換完畢后可重新啟動系統(tǒng)。電機力矩保護負載過大，電機力矩保護限位開關(guān)動作(大于280nm)觸摸屏畫面

19、力矩保護報警指示，同時主控箱發(fā)出聲報警，系統(tǒng)中斷原來的工作模式，上行力矩保護時就地停機，下行力矩保護時先停機兩秒，然后將扇形板提升到完全回復(fù)位置處停機。檢查機械驅(qū)動各部件是否有卡死現(xiàn)象，及時排除。上行力矩保護時手工將扇形板提升至“完全回復(fù)”位置，待力矩保護故障報警信號消失后可重新啟動系統(tǒng)電機過載負載過大，電機主回路熱繼電器斷開觸摸屏畫面電機過載報警指示，同時主控箱發(fā)出聲報警，系統(tǒng)中斷原來的工作模式，就地停機檢查機械驅(qū)動各部件是否有卡死現(xiàn)象，及時排除。檢查電機主回路，確認熱繼電器已斷開，手工將扇形板提升到“完全回復(fù)”位置，待熱繼電器恢復(fù)常態(tài)，過載報警信號消失后重新啟動系統(tǒng)plc故障plc內(nèi)部故障

20、主控箱聲報警檢查確認plc是否處于正常工作狀態(tài)，若無法馬上排除。手工將扇形板提升到“完全回復(fù)”位置主電源斷電，由主電源切換到備用電源主電源非正常斷電觸摸屏畫彈出報警指示，同時主控箱發(fā)出聲報警，此時六塊扇形板依次被強制提升至完全回復(fù)位置后停機。檢測電源電路。若使用備用電源，可重新投入運行當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時都會報警，除了plc故障、電機過載等故障外，都會引起相應(yīng)的扇形板強提至“完全回復(fù)”位置。此時，先把發(fā)生故障的扇形板切換到“手動控制” 狀態(tài)，然后查看故障的原因，對癥處理，排除故障，故障狀態(tài)復(fù)位，最后投入“自動跟蹤”運行。3、 特殊故障處理：#5爐在2008年出現(xiàn)過一次因扇形板被圓弧板卡住不能下行，造成螺旋千斤頂破壞的情況。分析原因是基建安裝時安裝尺寸不準(zhǔn)確造成，在停爐時調(diào)整圓弧板位置，更換螺旋千斤頂后恢復(fù)正常運行。2010年剛剛進行的#6爐小修中發(fā)現(xiàn)扇形板內(nèi)積灰嚴(yán)重，造成