空氣預熱器密封間隙控制系統技術改造

陳 勇，蘇玉虹，袁曉鵬

(華能上安電廠，石家莊 050310)

空氣預熱器(簡稱“空預器”)是火力發電機組主要動力設備之一，其主要作用是利用機組排放的高溫煙氣加熱新鮮空氣，送給磨煤機系統和鍋爐系統使用。出口煙氣溫度的高低直接影響整個發電機組的發電效率，其密封間隙的大小直接關系到空預器的出力，即一、二次風的出力，同時亦對磨煤機系統的出力和鍋爐系統的熱效率等有直接影響。隨著發電機組容量的不斷增大，空預器密封間隙的大小對機組的正常運行所起的作用越來越重要，因此對空預器密封間隙的控制質量提出了更高要求。

1 概述

在空預器中有煙氣通道、一次風通道和二次風通道，這三路氣體從理論上應隔離分開，但在空預器中，由于換熱器的轉動，使得扇開板和換熱器之間或風罩和換熱器之間存在一定的密封間隙，此間隙將隨金屬熱變形而有所變化，并直接影響漏風率，因此，必須使用空預器密封間隙控制系統，對密封間隙進行動態實時自動控制，以實現最合理的密封間隙，并且保證不產生較大的密封磨損以至過電流保護掉閘而影響正常發電。國產和進口空預器，在機組安裝時均裝有密封間隙自動控制系統，由于其技術滯后，密封間隙傳感器工作穩定性差，幾乎無法實現自動控制，甚至退出自動控制系統，導致漏風率較高，直接影響機組的發電效率。某火電廠3號鍋爐原空氣預熱器密封間隙控制系統采用機械探針式開關定時檢測間隙，由于探針式檢測要求定時下探，在高溫下磨損大，造成探測失準，一直未投入運行，為此對3號鍋爐空預器密封間隙控制系統進行改造，具體改造情況如下。

2 控制系統改造方案

2.1 硬件改造

空預器密封間隙控制系統主要由火電廠原有的DCS系統，非接觸式空預器密封間隙傳感器，A、B側就地控制盤，有扇形板提升執行機構四部分組成，總體結構如圖1所示。

圖1 空氣預熱器密封間隙控制系統總體結構

將空預器原有的探針更換為密封間隙傳感器，密封間隙傳感器采用非接觸式電渦流測量原理而設計，具有雙線圈溫度補償功能，溫度穩定性好、靈敏度高、測量范圍大(0～16 mm)，經過間隙信號變送器后輸出4～20 mA模擬信號，為空預器密封間隙控制系統提供可靠的間隙測量信號[1]。

現場空預器A、B兩側分別安裝就地控制盤，盤內安裝間隙變送器、間隙指示表、扇形板控制回路，對每個扇形板的就地和遠程控制，通過遠程授權后，可以在就地操作扇形板的升降，實現扇形板的就地操作，以便在檢修和調試時使用。

2.2 軟件改造

2.2.1 系統I/O配置

a. 模擬量輸入信號：A、B側扇形板間隙信號各3個，A、B側空預器主馬達電流信號各1個，共計8點，輸入信號均為4～20 mA。

b. 開關量輸入信號：A側主馬達停轉信號，B側主馬達停轉信號，A側主馬達啟動器故障信號、B側主馬達啟動器故障信號、A側3個扇形板上限位信號，A側3個扇形板下限位信號，B側3個扇形板上限位信號，B側3個扇形板下限位信號，A側3個扇形板驅動裝置電機過載信號，B側3個扇形板驅動裝置電機過載信號，A側3個扇形板驅動裝置過力矩信號，B側3個扇形板驅動裝置過力矩信號，A側就地方式信號，B側就地方式信號，共計30點。

c. 開關量輸出信號：A側3個扇形板上升命令，A側3個扇形板下降命令，B側3個扇形板上升命令，B側3個扇形板下降命令，A側就地允許命令，B側就地允許命令，共計14點。

2.2.2 軟件邏輯設計

a. 測量方式：探頭采樣2次/s，采滿120次后，系統進行最小值、平均值計算，0.5 s更新一次。

b. 控制方式：設定值可以單獨設定，系統對設定值與最小值進行比較，如在死區范圍以外(±0.5 mm)且空預器已運轉，系統無故障報警，系統在自動方式，則允許扇形板調整，在上升及下降之間有2 s間隔。

c. 自動方式條件：扇形板驅動裝置無故障，測量值在有效區(≤80%滿量程)，系統在遙控方式。

d. 跳手動方式條件：傳感器故障(欠量程或過量程，延時2 s)，模擬量模件故障(延時2 s)，測量值不在有效區(≥80%滿量程)，驅動裝置過力矩，驅動裝置電機過載，馬達啟動器故障，系統在就地方式。

e. 跳就地方式條件：驅動裝置過力矩，驅動裝置電機過載，馬達啟動器故障。

f. 緊急上升條件：傳感器測量故障(欠量程或過量程)，模擬量模件故障，主電機過電流，空預器停轉。

根據現場設備運行要求，系統軟件控制邏輯示意見圖2。

圖2 系統軟件控制邏輯示意

間隙控制由INFI-90控制系統完成，每個扇形板的控制調整是獨立的，將測量的間隙電流信號進行線性化處理，再與間隙設定值進行比較，測量值和設定值的差距大于0.5 mm時，調整扇形板；差值在0.5 mm以內不調整。控制邏輯有緊急提升功能，當空預器主馬達過流時、傳感器故障時、空預器停轉時緊急提升到上限位。

3 改造效果分析

將原有的探針更換為密封間隙傳感器，實現無接觸間隙測量，降低了機械磨損，提高了系統的穩定性，延長了傳感器的更換時間(大于4年)，減輕了工作人員的勞動強度。采用原有的DCS系統控制，既減少了硬件成本投入，又提高了控制系統可靠性，并且可以根據現場實際情況在EWS上修改控制邏輯。改造后的系統投入率達100%，減少了空預器漏風，2004年技改前后3號爐空氣預熱器漏風率的測試數據對比見表1。

由表1可知，改造后空預器A、B的平均漏風率分別減少7.13%、8.12%。由于空預器漏風量的減少，3號鍋爐風機電耗平均每噸蒸汽降低約0.3 kWh，2004年蒸發量為3 275 325 t，若發電成本按0.24元/kWh計算，3號鍋爐2004年節省廠用電費約為235 823.4元，取得了較好的經濟效益。

表1 3號鍋爐空預器漏風率測試數據對比

項 目日 期負荷/MW空預器A漏風率/%空預器B漏風率/%改造前2003-09-2725018.2219.432003-10-2923017.8318.352003-11-1919016.2117.31平均漏風率17.4218.36改造后2004-03-3021010.069.882004-04-191708.988.902004-05-2830011.8211.93平均漏風率10.2910.24

4 結束語

通過實際的運行結果證實，改造后空預器密封間隙控制系統設計合理，實現模擬量測量，運行安全穩定，符合設計要求，解決了空預器密封間隙控制系統長期不能投運的問題，改善了漏風率。因此，采用非接觸式密封間隙傳感器，有效利用原有DCS系統，對火電廠的空預器密封間隙控制系統進行改造是一種有效的途徑和方法。

參考文獻：

[1] 樊尚春.傳感器技術及應用[M].北京：北京航空航天大學出版社,2004.