600 MW機組空預(yù)器漏風(fēng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造

李東平等

摘 要：該文通過分析600 MW機組空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)問題，針其對漏風(fēng)從控制系統(tǒng)優(yōu)化改造的角度提出了一種有效方法。實際應(yīng)用效果證明該方法能夠在保證機組穩(wěn)定可靠運行的基礎(chǔ)上，有效降低機組空預(yù)器的漏風(fēng)量，提高了機組的運行經(jīng)濟性。這對我國600MW主力機組的安全高效運行提供了一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：600MW 空預(yù)器 漏風(fēng) 控制 安全高效

中圖分類號：TM6 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（c）-0037-02

空氣預(yù)熱器（簡稱空預(yù)器）是一種利用鍋爐尾部煙氣的熱量來加熱燃燒所需空氣來提高鍋爐效率的熱交換裝置，是火力發(fā)電廠鍋爐設(shè)備中的重要組成部分[1]。回轉(zhuǎn)式空預(yù)器以其傳熱密度高、結(jié)構(gòu)緊湊、耐腐蝕、壽命長、運行費用低等優(yōu)點被大中型電廠廣泛采用，尤其是在國內(nèi)近年來新建的大型、超大型火電機組。然而，由于回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的結(jié)構(gòu)問題導(dǎo)致其不可避免的存在不同程度的漏風(fēng)情況，漏風(fēng)率范圍約為10%～20%。由于空預(yù)器漏風(fēng)不僅會使得送風(fēng)機、一次風(fēng)機和引風(fēng)機的出力大增，增加了能耗；而且，還會造成送入爐膛的風(fēng)量不足，導(dǎo)致鍋爐低負荷運行，嚴重影響機組的安全高效運行[2-5]。長期以來，工程技術(shù)人員都在致力于從結(jié)構(gòu)、安裝和運行保護等不同方面來解決這個問題。文獻[6]提出了建立300 MW機組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)分布的綜合模型，得出了軸向漏風(fēng)和徑向漏風(fēng)相似化處理的結(jié)論。該研究探明了在軸向和徑向兩個漏風(fēng)位置對回轉(zhuǎn)式空預(yù)器影響，對空預(yù)器的改造也有一定的指導(dǎo)意義。文獻[7]以某400 t/h再熱燃煤鍋爐為例，對空預(yù)器的軸向高度方向上進行離散化處理，計算在軸向漏風(fēng)位置分布不同時機組的熱風(fēng)及排煙溫度，比較計算結(jié)果并得到相關(guān)結(jié)論。文獻[8]以某電廠600 MW機組鍋爐LAP13494-3883型回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的檢修為例，詳細闡述了檢修中調(diào)整密封間隙的技術(shù)要求及方法，并且有針對性地介紹了空預(yù)器密封間隙的檢修調(diào)整工藝，使600 MW容量鍋爐空預(yù)器的漏風(fēng)率由檢修前14%降至檢修后7%。

該文將以達拉特發(fā)電廠600 MW機組為例，分析空預(yù)器漏風(fēng)原因并找出解決的方法：通過空預(yù)器漏風(fēng)控制系統(tǒng)優(yōu)化升級改造，提高了機組的安全穩(wěn)定性。這對于我國火電機組深度節(jié)能優(yōu)化改造具有一定的借鑒意義。

1 漏風(fēng)問題分析及相應(yīng)解決措施

針對空預(yù)器漏風(fēng)形成的原因及特點，主要研究如何最大限度地降低空預(yù)器直接漏風(fēng)，降低漏風(fēng)可采取措施的努力方向如下。

（1）減小徑向漏風(fēng)。

對空預(yù)器的熱端，增加徑向密封板片，在熱端徑向密封片的上方，設(shè)置可彎曲扇形板控制系統(tǒng)，動態(tài)跟蹤轉(zhuǎn)子變形。對冷端徑向密封也采用徑向密封片和冷態(tài)預(yù)調(diào)的辦法，使轉(zhuǎn)子在熱態(tài)變形后仍可獲得滿意的密封間隙。冷熱端徑向密封片可采用雙徑向密封系統(tǒng)，實現(xiàn)任何時候都有兩道徑向密封片與扇形板相接觸。從本體結(jié)構(gòu)入手，采用變形較小的副轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；采用柔性可自動彎曲扇形板結(jié)構(gòu)，扇形板本身隨溫度的變化自動變形，以適應(yīng)轉(zhuǎn)子的熱態(tài)變形。然而，該方法對扇形板的材料及結(jié)構(gòu)有特殊要求，目前國內(nèi)幾乎沒有應(yīng)用。

（2）減小軸向漏風(fēng)。

冷態(tài)時調(diào)整軸向密封，并根據(jù)安裝數(shù)據(jù)時常進行調(diào)整，停機時再進行檢查，發(fā)現(xiàn)間隙超標(biāo)，及時調(diào)整。同時，也可采用雙軸向密封片，實現(xiàn)實時都有兩道軸向密封片與軸向密封板相接觸。

（3）減小其他部分漏風(fēng)。

如對靜密封和中心筒密封、對冷端旁路密封及扇形板靜密封的檢查、調(diào)整或者更換。

（4）降低兩側(cè)工質(zhì)壓差。

減少燃燒器及一次風(fēng)通的阻力，降低空預(yù)器內(nèi)部兩側(cè)工質(zhì)的壓差。如果燃燒阻力較大，要求的熱空氣壓強就要高一些，這時空預(yù)器的漏風(fēng)量就會增大。

（5）減小堵灰的影響。

空預(yù)器是低溫段換熱元件，由于低溫腐蝕等原因，容易造成換熱元件積灰、堵灰嚴重。流道堵塞，會增大流通阻力，造成空氣側(cè)與煙氣側(cè)壓差增大，從而加劇漏風(fēng)。因此，要減小空預(yù)器的漏風(fēng)，還必須結(jié)合空預(yù)器防止腐蝕、堵灰的具體措施。

2 空預(yù)器漏風(fēng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)以上分析優(yōu)化設(shè)計了大型回轉(zhuǎn)式空預(yù)器漏風(fēng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要有間隙傳感裝置、溫度自動控制策略、轉(zhuǎn)子測速停轉(zhuǎn)報警裝置、加載機構(gòu)運轉(zhuǎn)檢測裝置四個主要部分組成。

2.1 耐高溫、高精度的間隙傳感裝置

由于高參數(shù)火電機組空預(yù)器內(nèi)部環(huán)境惡劣，一般常用的間隙測量裝置很難長期正常工作易損壞。因此，首先研發(fā)了一種能夠耐高溫腐蝕，耐粉塵的高靈敏度機械式傳感器。該裝置采用杠桿原理將檢測到的間隙信號反饋至電氣控制柜的PLC，該PLC根據(jù)所述反饋信號控制扇形板提升機構(gòu)運動，將間隙控制在最小限值，該間隙傳感器包括：焊接在轉(zhuǎn)子上的傳感瓣、帶有探頭的探桿、杠桿。探頭與探桿保持一定的距離，杠桿通過調(diào)節(jié)機構(gòu)與探桿連接在一起，兩者之間的角度可通過調(diào)節(jié)機構(gòu)來固定，杠桿上設(shè)有初級限位開關(guān)與次級限位開關(guān)，初級開關(guān)檢測扇形板當(dāng)時位置，次級限位開關(guān)觸發(fā)時系統(tǒng)會自動提升扇形板并轉(zhuǎn)為溫控模式。

2.2 溫度自動控制系統(tǒng)

針對傳統(tǒng)漏風(fēng)控制系統(tǒng)間隙傳感器失效后導(dǎo)致整個系統(tǒng)不能正常工作的情況，在深入研究預(yù)熱器轉(zhuǎn)子變形規(guī)律后，把預(yù)熱器煙氣側(cè)的溫度監(jiān)測作為一項重要的控制要素，引入溫度自動控制原理，并開發(fā)系統(tǒng)軟件進行模型試驗。

一般，預(yù)熱器轉(zhuǎn)子的蘑菇型變形量僅為運行時轉(zhuǎn)子上下金屬溫差的關(guān)系。煙氣出口溫度和預(yù)熱器進口煙氣溫度間又通過熱平衡存在一定關(guān)系，這樣，轉(zhuǎn)子變形量事實上簡化為煙氣進口和空氣進口溫度的函數(shù)。預(yù)熱器空氣入口溫度和鍋爐運行季節(jié)相關(guān)，通常環(huán)境溫度變化使得進入鍋爐系統(tǒng)熱量出現(xiàn)同步變化，使得預(yù)熱器空氣進出口溫度、煙氣進出口溫度同步變化，且方向一致，從而使得轉(zhuǎn)子上下溫差變化甚微，轉(zhuǎn)子變形量幾乎沒有變化。

如表1和表2所示，為根據(jù)機組BMCR工況的測算結(jié)果，可見預(yù)熱器煙氣進口溫度變化是影響LCS跟蹤距離的關(guān)鍵因素，在忽略運行吹灰、噴水等調(diào)節(jié)擾動因素，影響LCS跟蹤距離的主要因素是鍋爐負荷大小。因此，采取以下的優(yōu)化控制策略。endprint

（1）煙氣進口溫度作為跟蹤信號的控制策略。

考慮鍋爐運行負荷變化頻繁，并存在吹灰、噴水等運行調(diào)節(jié)擾動使得預(yù)熱器煙氣進口溫度變化頻繁，如LCS系統(tǒng)同步調(diào)整扇形板位置，勢必造成扇形板動作頻繁，進而加快設(shè)備損壞，故采取分段跟蹤。

（2）分段跟蹤及其對漏風(fēng)率。

分段跟蹤方式和采用轉(zhuǎn)子接觸式傳感器方式相比，從理論上講，未做到緊密跟蹤。采用接觸式傳感器雖然漏風(fēng)控制效果好，但由于沒有實時自動跟蹤，在這個周期內(nèi)轉(zhuǎn)子變形加大，系統(tǒng)也不能察覺。如考慮兩種設(shè)計的LCS故障率差異，對預(yù)熱器的總經(jīng)濟性指標(biāo)影響有限。微弱的漏風(fēng)上升對風(fēng)機功率影響不明顯，因為風(fēng)機功率對風(fēng)機流量的微小變化反應(yīng)微弱。

2.3 轉(zhuǎn)子測速停轉(zhuǎn)報警裝置

在整個LCS100系統(tǒng)中增加了轉(zhuǎn)子測速停轉(zhuǎn)報警裝置，從另一個角度來監(jiān)測預(yù)熱器是否正常工作。由于轉(zhuǎn)子受熱時不均勻地膨脹，發(fā)生磨菇狀變形，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子外緣與外殼壁產(chǎn)生摩擦從而影響轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速時，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警，并且通過“停轉(zhuǎn)連鎖”功能將扇形板提到最高位置，避免設(shè)備損壞。

2.4 加載機構(gòu)運轉(zhuǎn)檢測裝置

為了解決LCS100在運行中控制信號要求與機械機構(gòu)執(zhí)行不一致的問題，我們在設(shè)計中增加了加載機構(gòu)運轉(zhuǎn)檢測裝置，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性。

3 600 MW機組應(yīng)用改造節(jié)能效果

達拉特電廠#7、#8機組為兩臺上汽亞臨界600 MW直接空冷機組，對其爐安裝的回轉(zhuǎn)式空預(yù)器進行控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造的冷、熱態(tài)調(diào)試，控制系統(tǒng)投入使用后，鍋爐系統(tǒng)性能明顯得到改善，空預(yù)器漏風(fēng)率由未投用前的14.7%以上降至6%以下，漏風(fēng)率的大大降低；改善了爐膛風(fēng)量不足、風(fēng)機出力不夠的情況，使得爐膛內(nèi)氧量充足、燃燒充分，從而提高了鍋爐的效率，降低了能耗，減少了機組運行成本。對于600 MW機組而言，漏風(fēng)率由12%下降到6%以下。通過測算，此技術(shù)可實現(xiàn)每年每臺機組節(jié)能降耗200萬元左右，效果良好。

4 結(jié)語

目前，600 MW以上的超大型機組將成為我國今后電站建設(shè)的主力。漏風(fēng)控制系統(tǒng)LCS的應(yīng)用將使電站鍋爐的漏風(fēng)量顯著下降，熱效率明顯增加，大大提高能源的使用效率，而對于600 MW以上的超大型機組產(chǎn)生的經(jīng)濟效益將更加顯著，市場前景也將極其廣闊。該文對我國600 MW主力機組的安全高效運行提供了一定的借鑒意義。

參考文獻

[1] 李義成.回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)的分析[J].華東電力，1998（11）.

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[7] 王晶晶，趙振寧，姚萬業(yè)，等.回轉(zhuǎn)式空預(yù)器漏風(fēng)分布對熱風(fēng)及排煙溫度影響的研究[J].華北電力技術(shù)，2012（8）：43-46.

[8] 汪應(yīng)林，朱光明，焦慶豐，等.回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)原理及檢修方法[J].節(jié)能，2011，7（8）：140-144.endprint

（1）煙氣進口溫度作為跟蹤信號的控制策略。

考慮鍋爐運行負荷變化頻繁，并存在吹灰、噴水等運行調(diào)節(jié)擾動使得預(yù)熱器煙氣進口溫度變化頻繁，如LCS系統(tǒng)同步調(diào)整扇形板位置，勢必造成扇形板動作頻繁，進而加快設(shè)備損壞，故采取分段跟蹤。

（2）分段跟蹤及其對漏風(fēng)率。

分段跟蹤方式和采用轉(zhuǎn)子接觸式傳感器方式相比，從理論上講，未做到緊密跟蹤。采用接觸式傳感器雖然漏風(fēng)控制效果好，但由于沒有實時自動跟蹤，在這個周期內(nèi)轉(zhuǎn)子變形加大，系統(tǒng)也不能察覺。如考慮兩種設(shè)計的LCS故障率差異，對預(yù)熱器的總經(jīng)濟性指標(biāo)影響有限。微弱的漏風(fēng)上升對風(fēng)機功率影響不明顯，因為風(fēng)機功率對風(fēng)機流量的微小變化反應(yīng)微弱。

2.3 轉(zhuǎn)子測速停轉(zhuǎn)報警裝置

在整個LCS100系統(tǒng)中增加了轉(zhuǎn)子測速停轉(zhuǎn)報警裝置，從另一個角度來監(jiān)測預(yù)熱器是否正常工作。由于轉(zhuǎn)子受熱時不均勻地膨脹，發(fā)生磨菇狀變形，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子外緣與外殼壁產(chǎn)生摩擦從而影響轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速時，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警，并且通過“停轉(zhuǎn)連鎖”功能將扇形板提到最高位置，避免設(shè)備損壞。

2.4 加載機構(gòu)運轉(zhuǎn)檢測裝置

為了解決LCS100在運行中控制信號要求與機械機構(gòu)執(zhí)行不一致的問題，我們在設(shè)計中增加了加載機構(gòu)運轉(zhuǎn)檢測裝置，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性。

3 600 MW機組應(yīng)用改造節(jié)能效果

達拉特電廠#7、#8機組為兩臺上汽亞臨界600 MW直接空冷機組，對其爐安裝的回轉(zhuǎn)式空預(yù)器進行控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造的冷、熱態(tài)調(diào)試，控制系統(tǒng)投入使用后，鍋爐系統(tǒng)性能明顯得到改善，空預(yù)器漏風(fēng)率由未投用前的14.7%以上降至6%以下，漏風(fēng)率的大大降低；改善了爐膛風(fēng)量不足、風(fēng)機出力不夠的情況，使得爐膛內(nèi)氧量充足、燃燒充分，從而提高了鍋爐的效率，降低了能耗，減少了機組運行成本。對于600 MW機組而言，漏風(fēng)率由12%下降到6%以下。通過測算，此技術(shù)可實現(xiàn)每年每臺機組節(jié)能降耗200萬元左右，效果良好。

4 結(jié)語

目前，600 MW以上的超大型機組將成為我國今后電站建設(shè)的主力。漏風(fēng)控制系統(tǒng)LCS的應(yīng)用將使電站鍋爐的漏風(fēng)量顯著下降，熱效率明顯增加，大大提高能源的使用效率，而對于600 MW以上的超大型機組產(chǎn)生的經(jīng)濟效益將更加顯著，市場前景也將極其廣闊。該文對我國600 MW主力機組的安全高效運行提供了一定的借鑒意義。

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[8] 汪應(yīng)林，朱光明，焦慶豐，等.回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)原理及檢修方法[J].節(jié)能，2011，7（8）：140-144.endprint

（1）煙氣進口溫度作為跟蹤信號的控制策略。

考慮鍋爐運行負荷變化頻繁，并存在吹灰、噴水等運行調(diào)節(jié)擾動使得預(yù)熱器煙氣進口溫度變化頻繁，如LCS系統(tǒng)同步調(diào)整扇形板位置，勢必造成扇形板動作頻繁，進而加快設(shè)備損壞，故采取分段跟蹤。

（2）分段跟蹤及其對漏風(fēng)率。

分段跟蹤方式和采用轉(zhuǎn)子接觸式傳感器方式相比，從理論上講，未做到緊密跟蹤。采用接觸式傳感器雖然漏風(fēng)控制效果好，但由于沒有實時自動跟蹤，在這個周期內(nèi)轉(zhuǎn)子變形加大，系統(tǒng)也不能察覺。如考慮兩種設(shè)計的LCS故障率差異，對預(yù)熱器的總經(jīng)濟性指標(biāo)影響有限。微弱的漏風(fēng)上升對風(fēng)機功率影響不明顯，因為風(fēng)機功率對風(fēng)機流量的微小變化反應(yīng)微弱。

2.3 轉(zhuǎn)子測速停轉(zhuǎn)報警裝置

在整個LCS100系統(tǒng)中增加了轉(zhuǎn)子測速停轉(zhuǎn)報警裝置，從另一個角度來監(jiān)測預(yù)熱器是否正常工作。由于轉(zhuǎn)子受熱時不均勻地膨脹，發(fā)生磨菇狀變形，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子外緣與外殼壁產(chǎn)生摩擦從而影響轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速時，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警，并且通過“停轉(zhuǎn)連鎖”功能將扇形板提到最高位置，避免設(shè)備損壞。

2.4 加載機構(gòu)運轉(zhuǎn)檢測裝置

為了解決LCS100在運行中控制信號要求與機械機構(gòu)執(zhí)行不一致的問題，我們在設(shè)計中增加了加載機構(gòu)運轉(zhuǎn)檢測裝置，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性。

3 600 MW機組應(yīng)用改造節(jié)能效果

達拉特電廠#7、#8機組為兩臺上汽亞臨界600 MW直接空冷機組，對其爐安裝的回轉(zhuǎn)式空預(yù)器進行控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造的冷、熱態(tài)調(diào)試，控制系統(tǒng)投入使用后，鍋爐系統(tǒng)性能明顯得到改善，空預(yù)器漏風(fēng)率由未投用前的14.7%以上降至6%以下，漏風(fēng)率的大大降低；改善了爐膛風(fēng)量不足、風(fēng)機出力不夠的情況，使得爐膛內(nèi)氧量充足、燃燒充分，從而提高了鍋爐的效率，降低了能耗，減少了機組運行成本。對于600 MW機組而言，漏風(fēng)率由12%下降到6%以下。通過測算，此技術(shù)可實現(xiàn)每年每臺機組節(jié)能降耗200萬元左右，效果良好。

4 結(jié)語

目前，600 MW以上的超大型機組將成為我國今后電站建設(shè)的主力。漏風(fēng)控制系統(tǒng)LCS的應(yīng)用將使電站鍋爐的漏風(fēng)量顯著下降，熱效率明顯增加，大大提高能源的使用效率，而對于600 MW以上的超大型機組產(chǎn)生的經(jīng)濟效益將更加顯著，市場前景也將極其廣闊。該文對我國600 MW主力機組的安全高效運行提供了一定的借鑒意義。

參考文獻

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