空氣預熱器自動漏風控制系統優化

李新建，王少偉

(華電濰坊發電有限公司，山東 濰坊 261204)

1 機組概況

華電濰坊發電有限公司Ⅱ期2×670 MW超臨界發電機組的三分倉回轉式空氣預熱器為上海市東方海事工程技術有限公司生產的容克式空氣預熱器，自動漏風控制系統LCS(Leakage Control System)采用觸摸屏作為人機界面，西門子PLCS7－200型可編程控制器作為主控設備，通過操作觸摸屏對空氣預熱器熱端扇形板與轉子徑向密封片的間隙進行控制。圖1為A側空氣預熱器#1扇形板控制畫面，另外有LCS故障、LCS－PLC故障等綜合信號送至集控室光字牌報警。

圖1 空氣預熱器A－1扇形板控制畫面

2 工作原理

為了減少空氣預熱器熱端的漏風，冷態時LCS傳感器探頭與裝在轉子圓周角鋼上的傳感瓣保持0.8～1.2 mm的間隙，在機組投運熱態時，該系統使扇形板定時向下跟蹤轉子的熱態變形，減少扇形板與轉子徑向密封面之間的間隙(減少漏風面積)，漏風面積隨著溫度梯度的增大而增加。當轉子的一端(熱端)比另一端(冷端)熱時，轉子會不均勻地膨脹，使轉子產生蘑菇狀變形，于是，轉子的熱端徑向密封的間隙增大引起漏風面積增大，扇形板向下跟蹤，裝在扇形板側部的探測頭隨之向下，直到與傳感瓣接觸，屆時扇形板與轉子之間的間隙為最小允許值;陏后探桿向上移動，觸發初級限位開關，此開關使電動機停轉2 s，然后倒轉，扇形板回升到扇形板與轉子密封片的最佳間隙(觸摸屏中可設定，一般為2～3 mm)。LCS工作原理圖如圖2所示，傳感器示意圖如圖3所示。

3 空氣預熱器電流越限，增加LCS強制提升功能

3.1 故障過程

2006－11－24 T 21:31，#3機組負荷370 MW，發出“空氣預熱器漏風控制系統故障”報警信號，10 min后，3 A空氣預熱器電流不斷升高，21:53，3 A空氣預熱器主電動機因過流而跳閘，輔電動機聯啟后跳閘，投氣動馬達不成功。運行人員立即投油、停磨煤機減負荷，因分離器水位難以控制，水位達到跳閘值14.5 m，觸發鍋爐主燃料跳閘 MFT(Main Fuel Trip)。

3.2 原因分析

當運行人員發現3A空氣預熱器報警后，立即到就地觸摸屏檢查，發現A3提升器故障報警，自動跟蹤已經解除。按下A3“強制提升”按鈕后發出故障報警，即到就地控制箱處檢查，發現A3地控制箱上“下行”燈亮，扇形擋板機械標尺下行，指示偏低，運行人員將控制箱的就地開關撥至“上行”位，而“上行”燈不亮。作者判斷A3扇形擋板已經下落，3A空氣預熱器電流增大報警是由于上部扇形擋板下落過大且與3A空氣預熱器轉子密封片摩擦引起的。

調閱歷史曲線發現，3A空氣預熱器于21:31發出“空氣預熱器間隙傳感器異常”報警，根據其內部邏輯，控制方式由自動控制轉為溫度控制，且自動將扇形擋板調整至“0”位，扇形擋板的上、下間隙為－10～35 mm，1個行程耗時約30 min。從20:40開始，#3機組負荷由550MW逐步下降，到21:40減至370 MW。在此期間，3 A空氣預熱器轉子密封片四周由向下變形改為向上，而扇形擋板在自動控制下已逐步提高到上部位置。當控制方式改變且要求到“0”位時，扇形擋板是處于向下運動狀態的，由此加劇了與轉子扇形擋板的摩擦，電流大報警，在4 min內造成3A空氣預熱器主電動機跳閘，由于摩擦嚴重，造成主、輔電動機及氣動馬達均無法投入。當3 A空氣預熱器主電動機跳閘后，扇形板自動提升至“完全回復”，說明空氣預熱器停轉聯鎖動作正常，就地可編程控制(PLC)系統沒有死機。

3.3 暴露的問題

3 A空氣預熱器A3控制器的“空氣預熱器間隙傳感器異常”報警發出后，過一段時間又消失的現象說明:初級限位開關失效，扇形板下行時碰到次級限位開關，系統中斷原來的工作模式，自動切換到溫控運行。將扇形板提升到完全回復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，再驅動扇形板按“溫控設定”所對應的扇形板下降值下降，到達指定位置后停止驅動電動機。此外，當發電機組負荷發生變化且超出原先的負荷溫度段時，系統會按預設定的扇形板下降值再次自動運行跟蹤一次。傳感器的初級限位開關為接近開關，次級限位開關為微動開關，用紅外線測溫儀測量后發現，開關附近環境最高溫度達50℃是初級限位開關失效的次因，防護罩內布滿灰塵是初級限位開關失效的主因。要精確測量一個轉動體的位置，接近開關位移飄忽不可避免，這是此次事件發生的起因。

空氣預熱器密封控制系統的控制方式轉換后，無論當時處于何種位置均要調整至“0”位且無空氣預熱器過流保護，說明該系統的保護邏輯還不完善，這是造成3 A空氣預熱器跳閘的主要原因。

3.4 防范措施

(1)加強對空氣預熱器密封控制系統的維護，特別是傳感器測量部件要定期檢查、校驗，確保顯示正常。對該系統的保護邏輯進行修改，在空氣預熱器間隙控制系統中加入A，B空氣預熱器主馬達電流越限信號(2副無源干接點信號由分散控制系統(DCS)送出至就地LCS)，作為“緊急提升”的條件之一，當電流越限時系統中斷原來的工作模式，將扇形擋板緊急提升至完全回復。

(2)重新定義就地分控箱上控制按鈕功能，以保證在緊急情況下能及時將扇形擋板緊急提升至完全回復位置。

1)就地分控箱上停止按鈕改為“緊急停機”功能，按下該按鈕，系統將中斷原來的工作模式，扇形擋板停止動作。

2)上行按鈕改為“緊急提升”功能且不受控制方式限制，在自動跟蹤或手動狀態下均能實現提升。

(3)定期檢查傳感系統上、下運動是否靈活精確，定期調整初級限位、次級限位測量傳感系統，更換失去精度的測量探頭。在高溫長期烘烤下，接近開關每隔1個大修期就要更換，傳感系統冷卻風銅管直徑由原來的8 mm增至12 mm，壓力經過濾減壓閥后由原來的0.3 MPa調整為0.5 MPa，加大了冷卻和吹掃效果。接近開關完好無損是實現微距測量、提高控制精度、降低漏風的重要保障。

4 實現保護信號的雙重冗余

4.1 故障過程

2009年8月，#4機組4B空氣預熱器B2在提升過程中，完全復位開關固定螺絲因松動沒有及時動作，造成螺旋千斤頂外殼破裂，軸承損壞(如圖4所示)，使LCS長時間失效，空氣預熱器漏風率最大達30%。漏風使風機負荷加重，電耗增大，廠用電率升高。

圖4 加載機構示意圖

4.2 防范措施

2009年12月，在#4機組小修期間，為避免因開關故障而造成LCS失效，采用了容錯邏輯設計方法，從控制邏輯方面對運行中容易出現故障的單個開關進行了優化和完善。在加載機構提升桿上焊接一行程反饋桿，分別加裝一最大變形和完全復位行程開關，將行程開關的常閉點與原來行程限位開關箱的最大變形和完全復位常閉點串聯接到PLC系統，減少或消除干擾信號或開關故障，確保信號的可靠性。

5 優化后的效果及經濟效益分析

#3鍋爐LCS優化前、后漏風率比較情況如圖5所示。

圖5 #3鍋爐LCS優化前、后漏風率比較

從圖5可以看出，LCS優化后，減少了空氣預熱器間隙控制系統故障次數，間隙信號可準確測量，可根據閉環動態跟蹤扇形板和轉子之間的距離來調節間隙，保證扇形板和轉子之間的密封間隙為給定值，極大地降低了空氣預熱器的熱漏風，直接降低了風機電耗和供電煤耗，提高了鍋爐熱效率及機組的經濟性。漏風率1年平均減少了1.5%左右，從空氣預熱器的漏風系數與鍋爐效率的影響關系看，鍋爐空氣預熱器熱端漏風系數每變化0.010個百分點，鍋爐效率變化0.005個百分點，因此，可提高鍋爐效率:0.005% ×(1.5/0.010)=0.75%，鍋爐效率提高1%，每年可節約標煤5 000 t，煤價按400元/t計算，單臺機組可節約燃煤費用:5 000×400×0.75=150(萬元)，2臺機組共節約300萬元。

6 結束語

在電力技術快速發展的過程中，既要抓經濟，也要抓安全，只有對設備盡早檢測，)盡早發現故障，盡早預防、軟化、控制和排除故障，避免故障的進一步擴大，才能保證設備的健康運行。

［1］侯典來.330 MW機組空氣預熱器間隙控制系統改進［C］//2008年全國發電廠熱工自動化專業會議論文集.長沙:中國電力企業聯合會，2008.

［2］王紅艷.600 MW機組鍋爐空氣預熱器技術優化與改造［J］.鍋爐制造，2006(5):20 －21.

［3］金晏海.鍋爐空氣預熱器控制系統的改進［J］.華電技術，2010，32(7):17 －22.