空氣預熱器扇形板控制裝置升級與調試

張忠新，田永豐

(國能粵電臺山發(fā)電有限公司，廣東 江門 529228)

在電站鍋爐中，空氣預熱器是一個利用尾部煙道中煙氣的余熱來加熱空氣的熱交換設備[1]?；剞D式空氣預熱器是一種轉動機械，無論是受熱面轉動還是風罩轉動，在空氣預熱器的動、靜部件之間總要留有一定的間隙，以便轉動部件運動。回轉式空氣預熱器存在動、靜部件之間間隙漏風的問題及攜帶漏風的問題?？諝忸A熱器采用徑向-軸向、徑向-旁路雙密封系統，這樣就可以使密封處的壓差減小一半，從而減少漏風。空氣預熱器熱端扇形板與轉子頂部的徑向密封片配合，二者構成熱端密封裝置。對空氣預熱器漏風的控制，是通過熱端的扇形板自動跟蹤轉子變形以減小泄漏間隙實現的。對冷端、軸向及旁路密封采用預留間隙的方法來實現減少漏風，冷端密封間隙的預留以其熱態(tài)間隙最小為原則。

1 空氣預熱器密封控制系統的作用

空氣預熱器熱端泄漏是由熱端到冷端的溫度變化引起的[2]。煙氣、空氣相向流經空氣預熱器轉子，造成熱端溫度比冷端溫度高很多，導致轉子向冷端膨脹彎曲，使得空氣預熱器轉子呈蘑菇形。冷、熱端溫度偏差增大，使轉子熱端徑向密封與扇形板之間的間隙增大，泄漏區(qū)域的面積增大。

熱端密封控制系統可驅動熱端扇形板向轉子方向移動，以減小泄漏面積，減少漏風量，減少鍋爐風機的能耗損失和鍋爐排煙熱損失[3-6]。扇形板的位置依據轉子變形傳感器信號控制，傳感器可監(jiān)測扇形板外端與轉子徑向密封間的接近程度，以建立最小的密封間隙。

2 機械式間隙探測構成的扇形板控制裝置

對600 MW以上電站鍋爐應普遍配置由機械碰撞探測開關測量扇形板與轉子間隙的扇形板控制裝置。扇形板控制裝置由可編程序控制器、手動控制箱、間隙傳感器、限位開關箱、扇形板提升執(zhí)行機構、電源箱組成，另外包括空氣預熱器進口煙氣溫度元件、轉速測量儀表和冷卻氣源。

機械碰撞探測開關式間隙探頭是一種四重套裝結構。它能探測到扇形板到轉子圓周角鋼的相對位置。它相對于空氣預熱器頂部外殼可移動，并能夠跟隨扇形板移動，其微動的敏感原件是一根探桿，探桿連接著傳動杠桿，杠桿末端可以觸發(fā)微動開關，發(fā)出開關量電信號。

自動方式下，這一裝置采用周期性的程序控制。扇形板每隔6 h與相連的機械碰撞探測開關一起下行，來“尋找”轉子，微動開關觸發(fā)則上行3 mm，如此循環(huán)。必要時加大動作頻率，尤其在煙氣溫度變化較快時，應縮短周期，以逼近連續(xù)閉環(huán)控制的效果[7]。正常運行或當鍋爐啟動或變負荷運行時，應1 h動作一次?？紤]杠桿動作的空行程，以及為了安全性而設置的正間隙偏置量，實際的扇形板運行間隙應有所增加。如果由扇形板摩擦導致的空氣預熱器電機電流剛剛上升，同時微動開關被觸發(fā)，則扇形板的運行間隙將變?yōu)樽钚≈? mm。

冷態(tài)調試時，確認空氣預熱器轉子溫度為常溫，扇形板置于機械刻度零位，則探桿應與轉子徑向密封圈上的楔形塊保持距離應為0.8～1.2 mm。冷態(tài)調試的目的是為熱態(tài)調試做好準備。熱態(tài)調試以空氣預熱器電機電流剛剛上升為扇形板處于零間隙的特征量，輔以考慮儀表的機械空行程和保證安全性的偏置量為指標。

轉子圓周角鋼上的楔形塊丟失、微動開關空行程大、探測周期短等將造成探桿螺紋沖擊磨損嚴重。如果在扇形板上行止點處，探桿仍然與轉子楔形塊碰撞，則探桿將碰斷。由于轉子圓周角鋼上的傳感瓣與探桿的探測頭呈周期性的碰撞，周期越短，探桿機械磨損越嚴重，探桿應配銅材質螺帽以保護探桿的安全。

3 激光測距構成的扇形板控制裝置

為了完成污染物排放總量的控制要求，以及提高生產效率和節(jié)能降耗，有必要進行空氣預熱器扇形板控制裝置技術的升級。對該裝置進行系統升級，取消PLC柜，改為由DCS系統完成控制邏輯，扇形板控制器避開了生產現場惡劣的環(huán)境，給值班員在遠處提升扇形板帶來方便。探測扇形板與轉子間隙的機械式碰撞開關改為激光式，進行實時監(jiān)測，實現將開環(huán)控制方式升級為閉環(huán)調節(jié)方式。

激光測距儀表與空氣預熱器頂部外殼硬連接，可測量轉子絕對變形；激光測距儀表與扇形板硬連接，可測量扇形板與轉子間隙。前一種安裝方式容易實現。

閉環(huán)控制在設計時應考慮被控對象的以下幾個特點：執(zhí)行動作較慢，控制過程周期較長；必須高度重視被調量的負偏差；廠用電失去時扇形板仍能夠提升到安全位置[8-10]。扇形板控制邏輯見圖1。間隙設定值應有限幅處理，防止間隙過小。

圖1 扇形板自動控制邏輯

每塊扇形板應設置就地控制箱，有就地、遠方操作功能和切換開關。

當激光測距儀表出現故障時，扇形板控制模式切換到溫控模式。在溫控模式下，扇形板的絕對位置將隨由空氣預熱器進口煙氣溫度決定的位置曲線變化。

由于執(zhí)行動作較慢，扇形板調節(jié)過程必然是非周期過程，不存在過調現象。若間隙測量精度、執(zhí)行器精度合適，設置一定的正間隙設定值，則可以較好控制被調量的負偏差情況，杜絕扇形板與轉子的摩擦。

由于扇形板控制邏輯在DCS柜完成，能夠方便地引用空氣預熱器電機電流超限信號作為扇形板與轉子間隙接近零時的超馳動作信號。操作人員操作時監(jiān)視電流即可保證安全。

DCS控制柜后備電源及扇形板驅動電動機后備電源分別為電池組和柴油發(fā)電機。在DCS柜失去電源時應立即完全提升扇形板，此時DCS柜繼電器的常閉觸點接通電機提升回路，扇形板提升以完全回復開關動作為上止點。在廠用電出現故障時，柴油發(fā)電機帶載的保安段電源能夠驅動扇形板提升，值班員應及時按下扇形板控制退出按鈕，以完全提升扇形板。空氣預熱器停轉時動作同上。扇形板保護提升指令邏輯圖見圖2。

圖2 扇形板保護提升邏輯

扇形板控制退出狀態(tài)由退出按鈕觸發(fā)，該狀態(tài)下扇形板將提升到上止點。

扇形板運行間隙越小，控制裝置故障搶修的時間窗口越窄，因此要求后備操作功能必須完備。例如：手動搖柄齊全，轉向標識清楚，就地控制柜完好，就地操作工序清晰；驅動螺桿正反轉標識清楚；電動機接觸器驅動方向標識清楚；保護功能定期實驗正常。

4 結論

空氣預熱器扇形板控制裝置的性能直接影響著空氣預熱器的安全性，也影響著發(fā)電機組的經濟性。須認真調試和記錄激光測距儀表才能正確判斷扇形板與轉子運行間隙。做好全部信號傳動，做好保護功能定期實驗，可為扇形板控制裝置的安全運行做好準備工作。停機時注意標定扇形板位置棒圖，與機械標尺一致，確保數值準確、數字量報警信號正確。冷、熱態(tài)調試記錄數據應記錄完整，運行和檢修人員應以此為依據，共同討論合適的間隙設定值。當設定值滿足經濟性和安全性兩方面要求時，可以避免空氣預熱器設備損壞、避免維修策略的偏差。

精準控制空氣預熱器扇形板工作是節(jié)能減排重要的基礎工作之一，測量儀表和控制邏輯均需要升級。為了運行在最小熱端間隙，應允許空氣預熱器電機電流微小上升。