淺析鍋爐三分倉空預(yù)器漏風問題

1、淺析鍋爐三分倉空預(yù)器漏風問題1 鍋爐空預(yù)器結(jié)構(gòu)和漏風問題容克式空氣預(yù)熱器因其卓越的性能目前已經(jīng)成為主流的空氣預(yù)熱器形式，但是這種空 預(yù)器存在一個特殊的漏風問題。容克式空氣預(yù)熱器的基本結(jié)構(gòu)是一個裝滿蓄熱元件的巨型轉(zhuǎn)子 （如圖1所示）。通過使蓄熱元件交替通過煙道和風道將煙氣中的余熱傳遞給助燃空氣。然而 旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子與靜止的外殼之間不可避免的存在縫隙，這就使部分空氣直接泄露進煙道造成能源 的損失。圖1空預(yù)器結(jié)構(gòu)圖容克式空氣預(yù)熱器的漏風可以分為徑向漏風、周向漏風和攜帶漏風，而徑向漏風又有上部徑向漏風和下部徑向漏風的分別。由于空預(yù)器轉(zhuǎn)子工作時下部溫度低上部溫度高，中間溫 度高四周溫度低，致使空預(yù)器轉(zhuǎn)子工作

2、時呈一種特殊的“蘑菇狀”變形（如圖2所示）?？諝忸A(yù)熱器下部徑向變形間隙是隨負荷的增加而減小的，而且下部扇型板泄露的是“冷 風”，只影響送引風機的出力，一般采取預(yù)留間隙的方法。但上部變形間隙是隨負荷的增大而 增大的，這是與高負荷下需要更大送風量的要求相矛盾的，而且上部扇型板泄露的是經(jīng)過預(yù)熱 后的熱風，熱風的大量泄露將直接降低鍋爐的燃燒效率，增加煤耗。如果不采取措施，滿負荷下將有大約60%的漏風通過上部徑向變形間隙泄露。圖2 空預(yù)器轉(zhuǎn)子變形圖以360MW機組為例，轉(zhuǎn)子上部邊沿的極限變形量為30mm，轉(zhuǎn)子半徑為5m，按三角型面積公式近 似計算一塊扇型板就可以形成0.075m2的漏風面積，如果能測量空

3、預(yù)器轉(zhuǎn)子外沿的變形量，并根據(jù)測量 的變形量控制機械升降機構(gòu)提升扇型板上下動作來補償變形間隙，這樣就可以大幅度降低空預(yù)器的漏風 率（如圖3所示），空預(yù)器上部漏風的減小可明顯減小單位千瓦的燃煤消耗。變形間ar圖3 密封原理示意圖2 鍋爐三分倉空預(yù)器主流密封方式目前電廠對空預(yù)器徑向采用較多的密封方式，主要分機械密封和采用控制系統(tǒng)控制的密封擋板方 式的動態(tài)密封。機械密封方式多采用柔性的密封片分別布置在轉(zhuǎn)子徑向的隔柵分欄上，通過空預(yù)器的轉(zhuǎn)動，依靠柔性密 封片和密封擋板之間的摩擦來達到密封效果。這種密封方式密封效果好，一般密封效果可以達到空預(yù)器 漏風率5%6%，但對柔性密封片的要求很高，同時具有磨損性，在

4、機組運行一段時間后，將更換柔性密 封片，增加經(jīng)濟成本，也存在設(shè)備一次性投入高的問題。采用控制系統(tǒng)控制的密封擋板的動態(tài)密封方式，一般采用工控機加PLC來控制密封擋板的密封間 隙，通過跟蹤對密封擋板和轉(zhuǎn)子之間的間隙測量，以閉環(huán)控制的方式，實時控制空預(yù)器的密封間隙，使 密封擋板和裝子之間的間隙達到最小。由于投入少，密封效果好，采用控制系統(tǒng)的空預(yù)器密封擋板動態(tài) 密封方式成為常用的控制空預(yù)器漏風的手段。空預(yù)器密封控制系統(tǒng)以測量原理分以下幾種控制方式：通過機械探針周期性測量密封擋板和轉(zhuǎn)子間隙的方式。這種方式較早應(yīng)用于空預(yù)器密封控 制，缺點是存在機械磨損，對探針的要求較高，而且不是完全的連續(xù)測量；采用測量空

5、預(yù)器內(nèi)部噪音音譜來實現(xiàn)間隙的測量，實際應(yīng)用較少；采用耐高溫腐蝕和磁感應(yīng)線圈的方式來測量密封擋板和轉(zhuǎn)子的間隙，優(yōu)點是測量較準，但 對探頭要求較高；采用對空預(yù)器轉(zhuǎn)子的電流的測量來實現(xiàn)對空預(yù)器密封的控制。還有其他的控制方式，如采用跟蹤機組鍋爐負荷的變化，在不同負荷下，計算出的空預(yù)器轉(zhuǎn)子的 變形量，根據(jù)這種變形量，通過函數(shù)曲線的方式設(shè)定密封擋板的下降幅度，達到空預(yù)器密封的效果。這 種方式由于是開環(huán)控制，實際應(yīng)用中，考慮到每次檢修后和長時間運行后，轉(zhuǎn)子的變形量不一，往往設(shè) 計有較大的間隙余量，因此效果不是太好。3 鍋爐空預(yù)器密封控制系統(tǒng)應(yīng)用實例及分析華能珞璜電廠機組采用法國ALSTOM公司引進的360M

6、W火力發(fā)電機組，空預(yù)器采用容克式三分倉 空預(yù)器，一期工程兩臺360MW機組的空預(yù)器密封控制系統(tǒng)在引進時采用的是機械探針式的密封控制方式。 二期工程兩臺360MW機組的密封控制系統(tǒng)采用的是開環(huán)控制方式，即根據(jù)鍋爐負荷的變化，固定密封擋 板的密封行程的方式，實際密封效果均不理想。2002年，華能珞璜電廠對空預(yù)器密封控制系統(tǒng)進行了改造，采用的是耐高溫腐蝕和磁感應(yīng)線圈 的方式來測量密封擋板和轉(zhuǎn)子的間隙的方案?？疹A(yù)器漏風間隙控制系統(tǒng)原理空預(yù)器漏風間隙控制系統(tǒng)是在空預(yù)器上部扇型板上固定一個變形間隙測量探頭，由該探頭連續(xù)的 測量扇型板與空預(yù)器轉(zhuǎn)子外沿法蘭之間的漏風間隙。如果漏風間隙因熱變形發(fā)生變化，則測量探

7、頭就可 以將這個變化反饋給控制計算機，由計算機控制執(zhí)行機構(gòu)上電機的動作來調(diào)節(jié)扇型板的位置使漏風間隙 始終維持在不使扇型板與轉(zhuǎn)子發(fā)生激烈摩擦的最小間隙值?？疹A(yù)器漏風間隙控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)空預(yù)器間隙控制系統(tǒng)采用工業(yè)計算機和高可靠的PLC作為控制器。由扇型板上安裝的密封間隙測 量裝置將測量的信號傳送到主控制柜，由柜內(nèi)的計算機和PLC根據(jù)間隙測量值和設(shè)定值比較產(chǎn)生扇型板的調(diào)節(jié)信號驅(qū)動機械提升結(jié)構(gòu)的電機產(chǎn)生動作，達到穩(wěn)定漏風間隙的目的。圖4空預(yù)器密封控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)的間隙調(diào)節(jié)原理控制系統(tǒng)對預(yù)熱器轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周的間隙信號進行實時測量，從中找出最小值（即轉(zhuǎn)子法蘭面與扇 形板之間的最小間隙值）作為調(diào)節(jié)依據(jù)。將測量的

8、最小值與間隙給定值進行比較，當測量值大于給定值0.3mm時，輸出間隙大信號；當測量值小于給定值0.2mm時，給出間隙小信號；當測量值在給定值上0.3mm, 下0.2mm之間時輸出間隙正常信號。例如：當給定值為7.0mm時，間隙信號在6.8mm7.3mm之間為正常， 在7.3mm以上為間隙大，在6.8mm以下為間隙小。在測量信號與給定值相比大或小時，如果系統(tǒng)處于自 動狀態(tài)，系統(tǒng)會自動調(diào)整扇形板到正常狀態(tài)。系統(tǒng)每60s根據(jù)測量的間隙最小值進行一次調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時 間與間隙偏差的大小有關(guān)，偏差越大調(diào)節(jié)時間越長，但每次最大調(diào)節(jié)時間均小于12s，對應(yīng)調(diào)節(jié)距離為 1mm。為提高系統(tǒng)間隙調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性，防止干擾引

9、起的執(zhí)行機構(gòu)頻繁動作，調(diào)節(jié)規(guī)律中增加了調(diào)節(jié)的滯 后啟動功能。當回路狀態(tài)由“正常”變?yōu)椤按蟆被颉靶　钡牡谝粋€周期并不立即進行調(diào)節(jié)，等待第二個 周期的狀態(tài)，如果第二個周期的狀態(tài)恢復(fù)為“正?！眲t認為第一個周期“大”或“小”狀態(tài)是由干擾引 起的，如果第二個周期的狀態(tài)與第一個周期的狀態(tài)一致則按照相應(yīng)的規(guī)律進行調(diào)節(jié)。這樣做既可以有效 的防止干擾又不會降低調(diào)節(jié)的響應(yīng)速度。由于防止了干擾引起的執(zhí)行機構(gòu)頻繁動作，因此提高了系統(tǒng)調(diào) 節(jié)的穩(wěn)定性，減小了機械機構(gòu)的磨損，有效延長了機構(gòu)的使用壽命。系統(tǒng)的過電流調(diào)節(jié)原理系統(tǒng)還可以根據(jù)空預(yù)器主電機電流的大小自動設(shè)定間隙信號的給定值。確定給定值時系統(tǒng)依次分 別下放同一個空預(yù)器

10、上的扇型板，在下放某塊扇型板的過程中當空預(yù)器主電機驅(qū)動電流大于正常工作值 3A且持續(xù)時間超過0.5s時，系統(tǒng)將提升該扇形板，直到電流恢復(fù)到設(shè)定值以下，再延時提升0.5mm停 止。然后以此時的間隙信號測量值作為間隙信號給定值使系統(tǒng)投入自動。這樣就可以使密封間隙始終維 持在0.5mm左右，達到減小漏風的目的，這就是“過電流調(diào)節(jié)”。過電流調(diào)節(jié)不但可以自動確定間隙給 定值還可以修正來自測量信號的漂移。這項功能結(jié)合了非接觸式調(diào)節(jié)與接觸式調(diào)節(jié)的優(yōu)點，提高了系統(tǒng) 的安全性，而且可最大限度的減小預(yù)熱器的漏風量，使系統(tǒng)達到最佳的漏風控制效果?？刂葡到y(tǒng)的特點由于在工作過程中扇型板與轉(zhuǎn)子之間無磨損，探頭與轉(zhuǎn)子之間也

11、無磨損，所以在一個檢修周期內(nèi) 漏風率可以始終維持在最低值，沒有漏風率隨設(shè)備磨損而增加的問題（如圖5所示）。同時由于無磨損扇型板和密封片的使用壽命成倍增加，減少了機械設(shè)備的維護費用。使用時間圖5 漏風控制趨勢圖空預(yù)器密封控制系統(tǒng)投入前后效果根據(jù)權(quán)威測試單位對電廠空預(yù)器漏風測試數(shù)據(jù)，空預(yù)器密封控制系統(tǒng)投入前，左側(cè) 空預(yù)器漏風率為16.4%，右側(cè)空預(yù)器漏風率為14.1%，空預(yù)器密封控制系統(tǒng)投入后，左側(cè)空預(yù) 器漏風率為9.04%，右側(cè)空預(yù)器漏風率為8.92%，鍋爐空預(yù)器漏風率從投入前的15.25%下降到 8.98%，顯著的控制了鍋爐空預(yù)器的漏風情況，極大的降低了能源消耗，提高了鍋爐效率。存在的問題和優(yōu)化控制系統(tǒng)對磁感應(yīng)探頭的要求較高，一旦磁感應(yīng)探頭出現(xiàn)問題，空預(yù)器的密封效果 無法實現(xiàn)。因此在空預(yù)器密封控制中，建議采用神經(jīng)元方式，結(jié)合風溫、風壓、煙溫、煙壓、 鍋爐負荷等現(xiàn)場的參數(shù)，建立具有自學習功能的密封擋板控制系統(tǒng)的數(shù)學模型，與帶密封擋板 間歇測量的控制系統(tǒng)相接合，消除當測量元件不可靠時的控制空白，實現(xiàn)空預(yù)器密封的全程智 能可靠的控制。現(xiàn)場采用較多的電纜，結(jié)合目前現(xiàn)場總線的發(fā)展，建議采用現(xiàn)場總線的控制方式，實現(xiàn)智能的現(xiàn)場控制，同時也實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)的在線檢測，將空預(yù)器控制系統(tǒng)同DCS系統(tǒng) 集成在一起，實現(xiàn)一體化控制，