空氣預(yù)熱器密封間隙控制系統(tǒng)技術(shù)改造

陳 勇，蘇玉虹，袁曉鵬

(華能上安電廠，石家莊 050310)

空氣預(yù)熱器(簡稱“空預(yù)器”)是火力發(fā)電機(jī)組主要動力設(shè)備之一，其主要作用是利用機(jī)組排放的高溫?zé)煔饧訜嵝迈r空氣，送給磨煤機(jī)系統(tǒng)和鍋爐系統(tǒng)使用。出口煙氣溫度的高低直接影響整個發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率，其密封間隙的大小直接關(guān)系到空預(yù)器的出力，即一、二次風(fēng)的出力，同時亦對磨煤機(jī)系統(tǒng)的出力和鍋爐系統(tǒng)的熱效率等有直接影響。隨著發(fā)電機(jī)組容量的不斷增大，空預(yù)器密封間隙的大小對機(jī)組的正常運行所起的作用越來越重要，因此對空預(yù)器密封間隙的控制質(zhì)量提出了更高要求。

1 概述

在空預(yù)器中有煙氣通道、一次風(fēng)通道和二次風(fēng)通道，這三路氣體從理論上應(yīng)隔離分開，但在空預(yù)器中，由于換熱器的轉(zhuǎn)動，使得扇開板和換熱器之間或風(fēng)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(fēng)率，因此，必須使用空預(yù)器密封間隙控制系統(tǒng)，對密封間隙進(jìn)行動態(tài)實時自動控制，以實現(xiàn)最合理的密封間隙，并且保證不產(chǎn)生較大的密封磨損以至過電流保護(hù)掉閘而影響正常發(fā)電。國產(chǎn)和進(jìn)口空預(yù)器，在機(jī)組安裝時均裝有密封間隙自動控制系統(tǒng)，由于其技術(shù)滯后，密封間隙傳感器工作穩(wěn)定性差，幾乎無法實現(xiàn)自動控制，甚至退出自動控制系統(tǒng)，導(dǎo)致漏風(fēng)率較高，直接影響機(jī)組的發(fā)電效率。某火電廠3號鍋爐原空氣預(yù)熱器密封間隙控制系統(tǒng)采用機(jī)械探針式開關(guān)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(zhǔn)，一直未投入運行，為此對3號鍋爐空預(yù)器密封間隙控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，具體改造情況如下。

2 控制系統(tǒng)改造方案

2.1 硬件改造

空預(yù)器密封間隙控制系統(tǒng)主要由火電廠原有的DCS系統(tǒng)，非接觸式空預(yù)器密封間隙傳感器，A、B側(cè)就地控制盤，有扇形板提升執(zhí)行機(jī)構(gòu)四部分組成，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 空氣預(yù)熱器密封間隙控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

將空預(yù)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(shè)計，具有雙線圈溫度補(bǔ)償功能，溫度穩(wěn)定性好、靈敏度高、測量范圍大(0～16 mm)，經(jīng)過間隙信號變送器后輸出4～20 mA模擬信號，為空預(yù)器密封間隙控制系統(tǒng)提供可靠的間隙測量信號[1]。

現(xiàn)場空預(yù)器A、B兩側(cè)分別安裝就地控制盤，盤內(nèi)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(yuǎn)程控制，通過遠(yuǎn)程授權(quán)后，可以在就地操作扇形板的升降，實現(xiàn)扇形板的就地操作，以便在檢修和調(diào)試時使用。

2.2 軟件改造

2.2.1 系統(tǒng)I/O配置

a. 模擬量輸入信號：A、B側(cè)扇形板間隙信號各3個，A、B側(cè)空預(yù)器主馬達(dá)電流信號各1個，共計8點，輸入信號均為4～20 mA。

b. 開關(guān)量輸入信號：A側(cè)主馬達(dá)停轉(zhuǎn)信號，B側(cè)主馬達(dá)停轉(zhuǎn)信號，A側(cè)主馬達(dá)啟動器故障信號、B側(cè)主馬達(dá)啟動器故障信號、A側(cè)3個扇形板上限位信號，A側(cè)3個扇形板下限位信號，B側(cè)3個扇形板上限位信號，B側(cè)3個扇形板下限位信號，A側(cè)3個扇形板驅(qū)動裝置電機(jī)過載信號，B側(cè)3個扇形板驅(qū)動裝置電機(jī)過載信號，A側(cè)3個扇形板驅(qū)動裝置過力矩信號，B側(cè)3個扇形板驅(qū)動裝置過力矩信號，A側(cè)就地方式信號，B側(cè)就地方式信號，共計30點。

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

2.2.2 軟件邏輯設(shè)計

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

b. 控制方式：設(shè)定值可以單獨設(shè)定，系統(tǒng)對設(shè)定值與最小值進(jìn)行比較，如在死區(qū)范圍以外(±0.5 mm)且空預(yù)器已運轉(zhuǎn)，系統(tǒng)無故障報警，系統(tǒng)在自動方式，則允許扇形板調(diào)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(qū)動裝置無故障，測量值在有效區(qū)(≤80%滿量程)，系統(tǒng)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(qū)(≥80%滿量程)，驅(qū)動裝置過力矩，驅(qū)動裝置電機(jī)過載，馬達(dá)啟動器故障，系統(tǒng)在就地方式。

e. 跳就地方式條件：驅(qū)動裝置過力矩，驅(qū)動裝置電機(jī)過載，馬達(dá)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(jī)過電流，空預(yù)器停轉(zhuǎn)。

根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備運行要求，系統(tǒng)軟件控制邏輯示意見圖2。

圖2 系統(tǒng)軟件控制邏輯示意

間隙控制由INFI-90控制系統(tǒng)完成，每個扇形板的控制調(diào)整是獨立的，將測量的間隙電流信號進(jìn)行線性化處理，再與間隙設(shè)定值進(jìn)行比較，測量值和設(shè)定值的差距大于0.5 mm時，調(diào)整扇形板；差值在0.5 mm以內(nèi)不調(diào)整?？刂七壿嬘芯o急提升功能，當(dāng)空預(yù)器主馬達(dá)過流時、傳感器故障時、空預(yù)器停轉(zhuǎn)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(xiàn)無接觸間隙測量，降低了機(jī)械磨損，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)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(qiáng)度。采用原有的DCS系統(tǒng)控制，既減少了硬件成本投入，又提高了控制系統(tǒng)可靠性，并且可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況在EWS上修改控制邏輯。改造后的系統(tǒng)投入率達(dá)100%，減少了空預(yù)器漏風(fēng)，2004年技改前后3號爐空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率的測試數(shù)據(jù)對比見表1。

由表1可知，改造后空預(yù)器A、B的平均漏風(fēng)率分別減少7.13%、8.12%。由于空預(yù)器漏風(fēng)量的減少，3號鍋爐風(fēng)機(jī)電耗平均每噸蒸汽降低約0.3 kWh，2004年蒸發(fā)量為3 275 325 t，若發(fā)電成本按0.24元/kWh計算，3號鍋爐2004年節(jié)省廠用電費約為235 823.4元，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

表1 3號鍋爐空預(yù)器漏風(fēng)率測試數(shù)據(jù)對比

項 目日 期負(fù)荷/MW空預(yù)器A漏風(fēng)率/%空預(yù)器B漏風(fēng)率/%改造前2003-09-2725018.2219.432003-10-2923017.8318.352003-11-1919016.2117.31平均漏風(fēng)率17.4218.36改造后2004-03-3021010.069.882004-04-191708.988.902004-05-2830011.8211.93平均漏風(fēng)率10.2910.24

4 結(jié)束語

通過實際的運行結(jié)果證實，改造后空預(yù)器密封間隙控制系統(tǒng)設(shè)計合理，實現(xiàn)模擬量測量，運行安全穩(wěn)定，符合設(shè)計要求，解決了空預(yù)器密封間隙控制系統(tǒng)長期不能投運的問題，改善了漏風(fēng)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(tǒng)，對火電廠的空預(yù)器密封間隙控制系統(tǒng)進(jìn)行改造是一種有效的途徑和方法。

參考文獻(xiàn)：

[1] 樊尚春.傳感器技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2004.