淺析鍋爐三分倉空預(yù)器漏風(fēng)問題

1、淺析鍋爐三分倉空預(yù)器漏風(fēng)問題1 鍋爐空預(yù)器結(jié)構(gòu)和漏風(fēng)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(gè)特殊的漏風(fēng)問題。容克式空氣預(yù)熱器的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)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(fēng)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(jìn)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(fēng)可以分為徑向漏風(fēng)、周向漏風(fēng)和攜帶漏風(fēng)，而徑向漏風(fēng)又有上部徑向漏風(fēng)和下部徑向漏風(fēng)的分別。由于空預(yù)器轉(zhuǎn)子工作時(shí)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(shí)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(fù)荷的增加而減小的，而且下部扇型板泄露的是“冷 風(fēng)”，只影響送引風(fēng)機(jī)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(fù)荷的增大而 增大的，這是與高負(fù)荷下需要更大送風(fēng)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(fēng)，熱風(fēng)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(fù)荷下將有大約60%的漏風(fēng)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(jī)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(jì)算一塊扇型板就可以形成0.075m2的漏風(fēng)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(jī)械升降機(jī)構(gòu)提升扇型板上下動作來補(bǔ)償變形間隙，這樣就可以大幅度降低空預(yù)器的漏風(fēng) 率（如圖3所示），空預(yù)器上部漏風(fēng)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(jī)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(jī)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(dá)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(dá)到空預(yù)器 漏風(fēng)率5%6%，但對柔性密封片的要求很高，同時(shí)具有磨損性，在

4、機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后，將更換柔性密 封片，增加經(jīng)濟(jì)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(jī)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(shí)時(shí)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(dá)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(fēng)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(jī)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(diǎn)是存在機(jī)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(shí)現(xiàn)間隙的測量，實(shí)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(diǎn)是測量較準(zhǔn)，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(shí)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(jī)組鍋爐負(fù)荷的變化，在不同負(fù)荷下，計(jì)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(dá)到空預(yù)器密封的效果。這 種方式由于是開環(huán)控制，實(shí)際應(yīng)用中，考慮到每次檢修后和長時(shí)間運(yùn)行后，轉(zhuǎn)子的變形量不一，往往設(shè) 計(jì)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(shí)例及分析華能珞璜電廠機(jī)組采用法國ALSTOM公司引進(jìn)的360M

6、W火力發(fā)電機(jī)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(jī)組的空預(yù)器密封控制系統(tǒng)在引進(jìn)時(shí)采用的是機(jī)械探針式的密封控制方式。 二期工程兩臺360MW機(jī)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(fù)荷的變化，固定密封擋 板的密封行程的方式，實(shí)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(jìn)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(fēng)間隙控制系統(tǒng)原理空預(yù)器漏風(fēng)間隙控制系統(tǒng)是在空預(yù)器上部扇型板上固定一個(gè)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(fēng)間隙。如果漏風(fēng)間隙因熱變形發(fā)生變化，則測量探

7、頭就可 以將這個(gè)變化反饋給控制計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)上電機(jī)的動作來調(diào)節(jié)扇型板的位置使漏風(fēng)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(fēng)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jī)械提升結(jié)構(gòu)的電機(jī)產(chǎn)生動作，達(dá)到穩(wěn)定漏風(fēng)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(jìn)行實(shí)時(shí)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(jìn)行比較，當(dāng)測量值大于給定值0.3mm時(shí)，輸出間隙大信號；當(dāng)測量值小于給定值0.2mm時(shí)，給出間隙小信號；當(dāng)測量值在給定值上0.3mm, 下0.2mm之間時(shí)輸出間隙正常信號。例如：當(dāng)給定值為7.0mm時(shí)，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(shí)，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(jìn)行一次調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時(shí) 間與間隙偏差的大小有關(guān)，偏差越大調(diào)節(jié)時(shí)間越長，但每次最大調(diào)節(jié)時(shí)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(jī)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(dāng)回路狀態(tài)由“正常”變?yōu)椤按蟆被颉靶　钡牡谝粋€(gè)周期并不立即進(jìn)行調(diào)節(jié)，等待第二個(gè) 周期的狀態(tài)，如果第二個(gè)周期的狀態(tài)恢復(fù)為“正?！眲t認(rèn)為第一個(gè)周期“大”或“小”狀態(tài)是由干擾引 起的，如果第二個(gè)周期的狀態(tài)與第一個(gè)周期的狀態(tài)一致則按照相應(yīng)的規(guī)律進(jìn)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(jī)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(jī)械機(jī)構(gòu)的磨損，有效延長了機(jī)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(jī)電流的大小自動設(shè)定間隙信號的給定值。確定給定值時(shí)系統(tǒng)依次分 別下放同一個(gè)空預(yù)器

10、上的扇型板，在下放某塊扇型板的過程中當(dāng)空預(yù)器主電機(jī)驅(qū)動電流大于正常工作值 3A且持續(xù)時(shí)間超過0.5s時(shí)，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(shí)提升0.5mm停 止。然后以此時(shí)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(dá)到減小漏風(fēng)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(xiàng)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(diǎn)，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(fēng)量，使系統(tǒng)達(dá)到最佳的漏風(fēng)控制效果?？刂葡到y(tǒng)的特點(diǎn)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(gè)檢修周期內(nèi) 漏風(fēng)率可以始終維持在最低值，沒有漏風(fēng)率隨設(shè)備磨損而增加的問題（如圖5所示）。同時(shí)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(jī)械設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。使用時(shí)間圖5 漏風(fēng)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(fēng)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(fēng)率為16.4%，右側(cè)空預(yù)器漏風(fēng)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(fēng)率為9.04%，右側(cè)空預(yù)器漏風(fēng)率為8.92%，鍋爐空預(yù)器漏風(fēng)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(fēng)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(shí)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(fēng)溫、風(fēng)壓、煙溫、煙壓、 鍋爐負(fù)荷等現(xiàn)場的參數(shù)，建立具有自學(xué)習(xí)功能的密封擋板控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，與帶密封擋板 間歇測量的控制系統(tǒng)相接合，消除當(dāng)測量元件不可靠時(shí)的控制空白，實(shí)現(xiàn)空預(yù)器密封的全程智 能可靠的控制?，F(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(shí)現(xiàn)智能的現(xiàn)場控制，同時(shí)也實(shí)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(shí)現(xiàn)一體化控制，