回轉(zhuǎn)式空氣預熱器漏風控制系統(tǒng)改造

馬士松， 李建榮， 宋 艷

(1. 江蘇新海發(fā)電有限公司， 江蘇連云港 222023； 2. 上海發(fā)電設備成套設計研究院， 上海 200240)

回轉(zhuǎn)式空氣預熱器漏風控制系統(tǒng)改造

馬士松1， 李建榮1， 宋 艷2

(1. 江蘇新海發(fā)電有限公司， 江蘇連云港 222023； 2. 上海發(fā)電設備成套設計研究院， 上海 200240)

介紹了1 000 MW發(fā)電機組中空氣預熱器漏風控制系統(tǒng)(LCS)的工作原理，分析了LCS在運行中存在的問題，提出了綜合改造措施并進行了論證。實踐結果表明：經(jīng)過改造，該空氣預熱器LCS運行正常，漏風率減小，實現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的。

回轉(zhuǎn)式空氣預熱器； 漏風控制系統(tǒng)； 機械式傳感器； 激光測距； 節(jié)能降耗

在大型火力發(fā)電廠中，回轉(zhuǎn)式空氣預熱器是電站鍋爐的重要組成部分，作為提高鍋爐性能和燃燒效率的重要輔機設備，空氣預熱器在提高煙氣余熱利用、提升機組節(jié)能降耗水平中發(fā)揮重大作用。因此對空氣預熱器的漏風控制和綜合治理被廣泛關注。

筆者針對大型空氣預熱器漏風控制系統(tǒng)(LCS)的幾個常見問題進行深入分析，并提出了改造方案；通過實際改造案例，闡述了以激光測距為手段的LCS在大型機組空氣預熱器性能優(yōu)化上的實際效果。

1 LCS的工作原理及構件

回轉(zhuǎn)式空氣預熱器的漏風包括兩部分：直接漏風和攜帶漏風?？諝忸A熱器的轉(zhuǎn)子與外殼之間存在間隙，轉(zhuǎn)子密封片與外殼密封板之間的密封間隙總是大于零，壓力較高的空氣必然要穿過密封間隙漏向壓力較低的煙氣中，這是直接漏風。轉(zhuǎn)子倉格中所包容的風量隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，會不斷地轉(zhuǎn)移到煙氣側，被煙氣帶走，這是攜帶漏風。攜帶漏風是空氣預熱器結構本身決定的，無法減小。因密封不嚴造成的漏風量與間隙大小和兩側壓差的平方根成正比?？諝忸A熱器漏風增大不僅增加煙氣阻力和風機電耗，在漏風嚴重時還會導致送入爐膛的空氣不足，直接影響鍋爐的帶負荷能力[1]。

LCS的設計原理是使空氣預熱器扇形密封板與熱態(tài)變形的空氣預熱器轉(zhuǎn)子形狀緊密貼合。核心部件是測距傳感器，必須實時、精確地測量出扇形密封板與熱態(tài)變形后的轉(zhuǎn)子之間的實際間隙。在各種工況下，使扇形板和轉(zhuǎn)子徑向密封片的間隙保持在最佳值，從而減小漏風面積、降低漏風率。

LCS主要包括：加載機構、機械傳感器、熱電偶溫度輔助控制裝置、轉(zhuǎn)子測速停轉(zhuǎn)報警裝置和電器控制等五個部分。采用溫度輔助控制技術及多種保護功能，提高設備的可靠性；同時運用可編程邏輯控制器(PLC)和觸摸屏一體化控制結合總線技術實現(xiàn)與中央控制室系統(tǒng)自由通信。

2 LCS存在問題

2.1 機械傳感器測量方式落后

由于機械傳感器采用直接接觸測量方式，安裝復雜，間隙控制精度較低；同時由于傳感器接近開關，要達到對扇形板毫米級的間隙控制很難實現(xiàn)。機械傳感器安裝位置在扇形板的側面，隨著扇形板實際變寬，預留給機械傳感器的安裝位置相當狹小，整個傳感器幾乎都在風道的內(nèi)部。這種布置結構很不利現(xiàn)場的安裝和調(diào)試，也不方便設備的維護和更換。一旦設備投用，在狹小的傳感器空間內(nèi)溫度相當高(局部達到100 ℃以上)，非常不利于現(xiàn)場人員的安全和傳感器的使用，同時也影響了設備元器件的使用壽命，直接限制了系統(tǒng)的正常工作(見圖1)。

圖1 機械傳感器工作現(xiàn)場

2.2 加載機構溫度高

通常LCS的加載機構布置在空氣預熱器中間梁(大梁)和一次風梁(小梁)上部，同時受到空氣預熱器結構的影響，特別是一次風側的提升裝置(見圖2)嵌入到一次風梁內(nèi)部，加之一次風側的溫度和風壓相對較高，因此在現(xiàn)場加載機構的很大部分的環(huán)境溫度相當高(平均環(huán)境溫度超過80 ℃)。在此環(huán)境中，許多電纜、限位開關，以及機械齒輪箱等容易損壞，這將導致整個系統(tǒng)發(fā)生故障，大大降低了設備的投用率。

系統(tǒng)投用率低將直接增加空氣預熱器的漏風率，造成鍋爐效率下降，而且增加風機電耗，嚴重時將造成鍋爐負荷受限，機組不能滿負荷運行。

圖2 LCS一次風側提升裝置。

2.3 扇形板提升桿密封座漏灰嚴重

由于扇形板提升桿密封座使用盤根填料，這種類型的密封座需要經(jīng)常更換和壓緊盤根填料。很多電廠使用時由于操作空間小和高溫粉塵等原因沒有條件進行維護，導致漏灰嚴重，甚至粉塵覆蓋了整個加載機構。提升桿漏灰不僅影響環(huán)境，而且存在安全隱患。

3 改造方案

測距傳感器是LCS的核心部件，其性能好壞至關重要，能否正常發(fā)揮作用也與現(xiàn)場工作環(huán)境息息相關，要保證LCS正常投用，保證整體裝置運行的可靠性及可操作性，必須從以下幾方面入手：

(1) 改進測距傳感器性能，提高測距準確性和穩(wěn)定性；同時改善其工作環(huán)境，包括降低開關盒工作環(huán)境溫度以降低開關的故障、損壞率，改善開關盒檢修維護的空間，提高靜態(tài)、動態(tài)調(diào)試的精準度。

(2) 加強漏風點的控制，包括空氣預熱器整體保溫性能，提升桿填料密封性能、中心筒密封性能，降低一次風側加載機構的工作環(huán)境溫度，并減少加載機構提升桿和中心筒密封座漏灰。

(3) 具體措施有：

①采用激光測距傳感器替代機械傳感器并修改相關程序。

②將原有提升桿填料式密封座改為波紋管密封座。

③將一次風側加載機構平臺整體抬高，增大密封座安裝空間，降低加載機構工作環(huán)境溫度。

④對原來的中心筒密封座進行盤根和盤根壓蓋改造。

4 改造的實施

4.1 傳感器

因為現(xiàn)場環(huán)境溫度太高，導致原機械傳感器的限位開關經(jīng)常損壞，從而使整個LCS失效，必須讓傳感器開關盒遠離高溫區(qū)域。安裝延長式機械傳感器是除了改善保溫外的比較有效的解決辦法；但基于結構上的原因，機械式傳感器必須和扇形板固定在一起隨動，而扇形板安裝角度的限制使得2號、3號角頂部有鋼構阻礙，無法安裝，只有1號角可以延伸出保溫層，這將無法解決整套裝置的正常投用。

針對這個情況，引入了激光測距這一新方法，徹底改變原有機械式接近開關測距的做法，采用非接觸式激光數(shù)據(jù)引入PLC系統(tǒng)進行運算，不僅測量準確，而且不受環(huán)境溫度影響。激光測距傳感器采用比較法進行測量，發(fā)出已調(diào)制的高頻率激光束，接受從被測物返回的有相對位移的光，與參考信號進行比較，根據(jù)相對差而得到測量結果，可達到毫米級的測量精度。扇形板的控制過程根據(jù)激光測距傳感器測量的變化值而運動。

激光測距傳感器無需和扇形板固定在一起，故安裝位置選擇性更廣，只要能夠使激光束正對轉(zhuǎn)子平面就可有效避過頂上鋼結構的阻礙。考慮實際情況每個預熱器可采用2個激光傳感器替代原3個機械傳感器，既解決了2號及3號角無法安裝傳感器的問題，又提高了裝置的檢測、控制精度。

由于激光傳感器測距方式先進，不需和扇形板固定在一起，現(xiàn)場安裝位置選擇面更多些，調(diào)節(jié)精度也較機械式更準確。

改造后情況：

(1) 激光傳感器可以實時連續(xù)檢測空氣預熱器的變形量，扇形板可以根據(jù)變形量實時運動來調(diào)節(jié)密封間隙，提高扇形板密封精度。

(2) 激光傳感器采用氣源冷卻，當系統(tǒng)缺氣時，可通過閥門自動切換激光傳感器和空氣預熱器內(nèi)部的通道，保障了激光傳感器的安全可靠。

(3) 運行可靠，故障率低，無需維護。

4.2 波紋管式密封座

原有提升桿密封座在結構及焊接方面存在弊端，易導致漏灰。更換的新型波紋管密封座底部與底板焊接，上法蘭與提升桿焊接，這種安裝方式保證了波紋管密封座具有良好的密封性；同時，波紋管自身的補償作用可以保證提升桿上下運行具有足夠的行程空間。圖3為波紋管密封座的安裝位置圖。

圖3 波紋管密封座安裝位置示意圖

改造后情況：

(1) 波紋管密封座密封性能好。

(2) 結構簡單，無卡塞現(xiàn)象。

(3) 無需維護，方便檢修。

(4) 有效解決了A2扇形板提升桿上行時傾斜造成過力矩報警的問題。

4.3 一次風側加載機構平臺整體抬高

原有空氣預熱器LCS加載機構受空氣預熱器結構所限，安裝平臺較低，安裝位置太低給整個加載機構帶來很多弊端：

(1) 環(huán)境溫度較高，使得電氣元件、電纜等老化嚴重。

(2) 提升桿較短，使得提升桿密封座操作空間狹小，維護、檢修不方便。

(3) 一次風側風壓大，容易積灰，嚴重影響周邊設備的正常使用。

在原有安裝平臺上，增加相應高度的支撐筋板和安裝底板；同時增加提升桿高度，使其能與現(xiàn)有加載機構連接，見圖4。

圖4 加載機構改造前后位置圖(單位：mm)

改造后情況：

(1) 整體機構使用環(huán)境溫度低。由于抬高了一次風側的加載機構，使得平臺相對遠離熱源，熱輻射降低，并且通風條件較好，加載機構環(huán)境溫度降低。

(2) 提升桿密封座處的空間增大。平臺加高之后，提升桿密封座與加載機構安裝底板之間的空間增大，利于現(xiàn)場安裝、檢修和維護。

(3) 減少積灰，避免設備故障。平臺加高之后，灰塵無法囤積在加載機構的平臺上，避免了設備長期處于積灰狀態(tài)，提高了設備的使用壽命，降低了故障率。

4.4 中心筒密封座

更換原來的密封盤根，去除原來的盤根壓蓋；同時在原有氣封座體上增加兩瓣式填料腔(內(nèi)腔為錐形)和盤根壓蓋。

在錐形填料腔內(nèi)安裝兩層直徑為10 mm、壁厚為10 mm的小盤根，通過壓蓋壓入錐度填料腔內(nèi)，目的是為了盤根與旋轉(zhuǎn)軸密封的更緊密(見圖5)。

圖5 中心筒密封座結構圖

4.5 其他

同時還對兩方面進行完善：

(1) 位移反饋電位器改造。在原有限位開關箱內(nèi)增加電位器，電位器采用的是模擬量線性信號，能準確地顯示扇形板的實際位置。電位器可以避免受安裝精度及傳動間隙影響，可以避免導致觸摸屏上棒圖值與實際標尺位置存在一定偏差。

(2) 增加預熱器馬達電流監(jiān)測和保護功能。PLC接受由DCS發(fā)出的電流報警信號，進行一系列的安全動作，如提升扇形板到安全位置，直到空氣預熱器電流達到正常范圍，大大提高系統(tǒng)整體安全性和投用率。

5 LCS改造效果分析

5.1 LCS缺陷率大大降低

從2012年11月投產(chǎn)至2013年12月大修開始LCS所發(fā)生的缺陷共計有54條，平均每月發(fā)生4.5次，不僅沒能起到應有的漏風控制效果，還給空氣預熱器系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)帶來額外隱患。

LCS改造完成后，除了一次A1位移反饋電位器進水造成的誤報警之外，沒有一次故障發(fā)生，提高了LCS的實際投用率，提升了空氣預熱器系統(tǒng)的運行安全性。

5.2 各項運行參數(shù)指標顯著好轉(zhuǎn)

LCS改造后，運行情況大為改善：

(1) 煙氣和空氣流量減少，各大風機電耗降低，節(jié)約了廠用電，同時也避免了因風機出風量不足而影響整個機組的負荷能力。

(2) 降低了漏風率，減少了排煙熱損失和鍋爐不完全燃燒熱損失，提高了鍋爐效率。

(3) 由于漏風下降，空氣預熱器各磨損件壽命也延長，維護工作量和費用也大大減少。

以一次風機為例，改造后的LCS順利投運，隨著負荷的上升，在900 MW負荷工況下，2臺一次風機電流從200 A左右降低至160 A左右，電耗大幅度下降；同時，鍋爐在1 000 MW負荷時，空氣預熱器的漏風率得到了降低，漏風率有效控制在4.7%，相比改造前(5.2%)有了顯著的提高。設備改造后，鍋爐煙阻、風阻都同步大幅下降。

6 結語

LCS改造完成后，取得了顯著的經(jīng)濟效益：

(1) 一次風機電流在滿負荷工況下降到了160 A左右，較之機組定額1 000 MW負荷工況下的220 A左右降低了近60 A。按照機組2013年運行8 000 h計算，2臺風機年可節(jié)省電費近260萬元。

(2) 在相同工況下，空氣預熱器漏風率比改造前明顯降低，平均降低0.5%。按照機組2013年累計運行8 000 h、負荷率80%粗略估計，年可節(jié)省煤耗近100萬元。

(3) 如果計入每年減少系統(tǒng)維護費用10萬元，則改造后的年總收益為370萬元，當年投入當年見效，投入產(chǎn)出比高達1∶6。

LCS的成功改造，效果明顯，也為進一步探索超超臨界機組煙氣余熱利用、提升機組節(jié)能降耗水平提供了寶貴經(jīng)驗。

[1] 陳方前.漏風控制系統(tǒng)故障導致空預器跳閘的分析與防范[J]. 電力安全技術，2012(6)：32-33.

Retrofit on Leakage Control System of Rotary Air Preheaters

Ma Shisong1, Li Jianrong1, Song Yan2

(1. Jiangsu Xinhai Power Generation Co., Ltd., Lianyungang 222023, Jiangsu Province, China;2. Shanghai Power Equipment Research Institute, Shanghai 200240, China)

An introduction is being presented to the working principle of leakage control system (LCS) for air preheater of a 1 000 MW unit, while problems existing in operation of the LCS are analyzed, to which comprehensive measures are proposed and verified. It has been found that after retrofit, the LCS is able to run well, with reduced air leakage rate, achieving the energy-saving purposes.

rotary air preheater; air leakage control system; mechanical sensor; laser ranging; energy saving and consumption reduction

2014-11-14

馬士松(1967—)，男，工程師，主要從事發(fā)電廠安全生產(chǎn)管理工作。

E-mail: 2215366328@qq.com

TK223.34

A

1671-086X(2015)04-0284-04