600 MW機組空預器漏風控制系統的優化改造

李東平等

摘 要：該文通過分析600 MW機組空氣預熱器的漏風問題，針其對漏風從控制系統優化改造的角度提出了一種有效方法。實際應用效果證明該方法能夠在保證機組穩定可靠運行的基礎上，有效降低機組空預器的漏風量，提高了機組的運行經濟性。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。

關鍵詞：600MW 空預器 漏風 控制 安全高效

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

空氣預熱器（簡稱空預器）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，是火力發電廠鍋爐設備中的重要組成部分[1]。回轉式空預器以其傳熱密度高、結構緊湊、耐腐蝕、壽命長、運行費用低等優點被大中型電廠廣泛采用，尤其是在國內近年來新建的大型、超大型火電機組。然而，由于回轉式空預器的結構問題導致其不可避免的存在不同程度的漏風情況，漏風率范圍約為10%～20%。由于空預器漏風不僅會使得送風機、一次風機和引風機的出力大增，增加了能耗；而且，還會造成送入爐膛的風量不足，導致鍋爐低負荷運行，嚴重影響機組的安全高效運行[2-5]。長期以來，工程技術人員都在致力于從結構、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機組回轉式空氣預熱器的漏風分布的綜合模型，得出了軸向漏風和徑向漏風相似化處理的結論。該研究探明了在軸向和徑向兩個漏風位置對回轉式空預器影響，對空預器的改造也有一定的指導意義。文獻[7]以某400 t/h再熱燃煤鍋爐為例，對空預器的軸向高度方向上進行離散化處理，計算在軸向漏風位置分布不同時機組的熱風及排煙溫度，比較計算結果并得到相關結論。文獻[8]以某電廠600 MW機組鍋爐LAP13494-3883型回轉式空預器的檢修為例，詳細闡述了檢修中調整密封間隙的技術要求及方法，并且有針對性地介紹了空預器密封間隙的檢修調整工藝，使600 MW容量鍋爐空預器的漏風率由檢修前14%降至檢修后7%。

該文將以達拉特發電廠600 MW機組為例，分析空預器漏風原因并找出解決的方法：通過空預器漏風控制系統優化升級改造，提高了機組的安全穩定性。這對于我國火電機組深度節能優化改造具有一定的借鑒意義。

1 漏風問題分析及相應解決措施

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

（1）減小徑向漏風。

對空預器的熱端，增加徑向密封板片，在熱端徑向密封片的上方，設置可彎曲扇形板控制系統，動態跟蹤轉子變形。對冷端徑向密封也采用徑向密封片和冷態預調的辦法，使轉子在熱態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，實現任何時候都有兩道徑向密封片與扇形板相接觸。從本體結構入手，采用變形較小的副轉子結構；采用柔性可自動彎曲扇形板結構，扇形板本身隨溫度的變化自動變形，以適應轉子的熱態變形。然而，該方法對扇形板的材料及結構有特殊要求，目前國內幾乎沒有應用。

（2）減小軸向漏風。

冷態時調整軸向密封，并根據安裝數據時常進行調整，停機時再進行檢查，發現間隙超標，及時調整。同時，也可采用雙軸向密封片，實現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。

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、調整或者更換。

（4）降低兩側工質壓差。

減少燃燒器及一次風通的阻力，降低空預器內部兩側工質的壓差。如果燃燒阻力較大，要求的熱空氣壓強就要高一些，這時空預器的漏風量就會增大。

（5）減小堵灰的影響。

空預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，造成空氣側與煙氣側壓差增大，從而加劇漏風。因此，要減小空預器的漏風，還必須結合空預器防止腐蝕、堵灰的具體措施。

2 空預器漏風控制系統的優化設計

根據以上分析優化設計了大型回轉式空預器漏風控制系統，該系統主要有間隙傳感裝置、溫度自動控制策略、轉子測速停轉報警裝置、加載機構運轉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

由于高參數火電機組空預器內部環境惡劣，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根據所述反饋信號控制扇形板提升機構運動，將間隙控制在最小限值，該間隙傳感器包括：焊接在轉子上的傳感瓣、帶有探頭的探桿、杠桿。探頭與探桿保持一定的距離，杠桿通過調節機構與探桿連接在一起，兩者之間的角度可通過調節機構來固定，杠桿上設有初級限位開關與次級限位開關，初級開關檢測扇形板當時位置，次級限位開關觸發時系統會自動提升扇形板并轉為溫控模式。

2.2 溫度自動控制系統

針對傳統漏風控制系統間隙傳感器失效后導致整個系統不能正常工作的情況，在深入研究預熱器轉子變形規律后，把預熱器煙氣側的溫度監測作為一項重要的控制要素，引入溫度自動控制原理，并開發系統軟件進行模型試驗。

一般，預熱器轉子的蘑菇型變形量僅為運行時轉子上下金屬溫差的關系。煙氣出口溫度和預熱器進口煙氣溫度間又通過熱平衡存在一定關系，這樣，轉子變形量事實上簡化為煙氣進口和空氣進口溫度的函數。預熱器空氣入口溫度和鍋爐運行季節相關，通常環境溫度變化使得進入鍋爐系統熱量出現同步變化，使得預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，從而使得轉子上下溫差變化甚微，轉子變形量幾乎沒有變化。

如表1和表2所示，為根據機組BMCR工況的測算結果，可見預熱器煙氣進口溫度變化是影響LCS跟蹤距離的關鍵因素，在忽略運行吹灰、噴水等調節擾動因素，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、噴水等運行調節擾動使得預熱器煙氣進口溫度變化頻繁，如LCS系統同步調整扇形板位置，勢必造成扇形板動作頻繁，進而加快設備損壞，故采取分段跟蹤。

（2）分段跟蹤及其對漏風率。

分段跟蹤方式和采用轉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控制效果好，但由于沒有實時自動跟蹤，在這個周期內轉子變形加大，系統也不能察覺。如考慮兩種設計的LCS故障率差異，對預熱器的總經濟性指標影響有限。微弱的漏風上升對風機功率影響不明顯，因為風機功率對風機流量的微小變化反應微弱。

2.3 轉子測速停轉報警裝置

在整個LCS100系統中增加了轉子測速停轉報警裝置，從另一個角度來監測預熱器是否正常工作。由于轉子受熱時不均勻地膨脹，發生磨菇狀變形，導致轉子外緣與外殼壁產生摩擦從而影響轉子轉速。當轉子轉速低于額定轉速時，系統發出聲光報警，并且通過“停轉連鎖”功能將扇形板提到最高位置，避免設備損壞。

2.4 加載機構運轉檢測裝置

為了解決LCS100在運行中控制信號要求與機械機構執行不一致的問題，我們在設計中增加了加載機構運轉檢測裝置，大大提高了系統運行的可靠性。

3 600 MW機組應用改造節能效果

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，對其爐安裝的回轉式空預器進行控制系統的優化改造的冷、熱態調試，控制系統投入使用后，鍋爐系統性能明顯得到改善，空預器漏風率由未投用前的14.7%以上降至6%以下，漏風率的大大降低；改善了爐膛風量不足、風機出力不夠的情況，使得爐膛內氧量充足、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，漏風率由12%下降到6%以下。通過測算，此技術可實現每年每臺機組節能降耗200萬元左右，效果良好。

4 結語

目前，600 MW以上的超大型機組將成為我國今后電站建設的主力。漏風控制系統LCS的應用將使電站鍋爐的漏風量顯著下降，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生的經濟效益將更加顯著，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.回轉式空氣預熱器漏風的分析[J].華東電力，1998（11）.

[2] 王存旭，韋根源，潘大興.回轉式空氣預熱器漏風自動控制系統改造[J].電力情報，1998（2）：51-54.

[3] 吉憲磊.回轉式空氣預熱器漏風及治理方法[J].西北電力技術，1995（5）：29-31.

[4] 池作和，潘維，李戈，等.600MW回轉式空氣預熱器冷端金屬溫度試驗研究[J].中國電機工程學報，2002，22（11）：129-131.

[5] 周英文，任勤讓.回轉式空預器漏風大的原因及改進[J].電力建設， 2002，23（6）：12-14.

[6] 王洪躍，畢小龍，司風琪，等.300MW回轉式空預器漏風分布綜合模型[J].華東電力，2006，34（1）：44-48.

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

[8] 汪應林，朱光明，焦慶豐，等.回轉式空氣預熱器漏風原理及檢修方法[J].節能，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、噴水等運行調節擾動使得預熱器煙氣進口溫度變化頻繁，如LCS系統同步調整扇形板位置，勢必造成扇形板動作頻繁，進而加快設備損壞，故采取分段跟蹤。

（2）分段跟蹤及其對漏風率。

分段跟蹤方式和采用轉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控制效果好，但由于沒有實時自動跟蹤，在這個周期內轉子變形加大，系統也不能察覺。如考慮兩種設計的LCS故障率差異，對預熱器的總經濟性指標影響有限。微弱的漏風上升對風機功率影響不明顯，因為風機功率對風機流量的微小變化反應微弱。

2.3 轉子測速停轉報警裝置

在整個LCS100系統中增加了轉子測速停轉報警裝置，從另一個角度來監測預熱器是否正常工作。由于轉子受熱時不均勻地膨脹，發生磨菇狀變形，導致轉子外緣與外殼壁產生摩擦從而影響轉子轉速。當轉子轉速低于額定轉速時，系統發出聲光報警，并且通過“停轉連鎖”功能將扇形板提到最高位置，避免設備損壞。

2.4 加載機構運轉檢測裝置

為了解決LCS100在運行中控制信號要求與機械機構執行不一致的問題，我們在設計中增加了加載機構運轉檢測裝置，大大提高了系統運行的可靠性。

3 600 MW機組應用改造節能效果

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，對其爐安裝的回轉式空預器進行控制系統的優化改造的冷、熱態調試，控制系統投入使用后，鍋爐系統性能明顯得到改善，空預器漏風率由未投用前的14.7%以上降至6%以下，漏風率的大大降低；改善了爐膛風量不足、風機出力不夠的情況，使得爐膛內氧量充足、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，漏風率由12%下降到6%以下。通過測算，此技術可實現每年每臺機組節能降耗200萬元左右，效果良好。

4 結語

目前，600 MW以上的超大型機組將成為我國今后電站建設的主力。漏風控制系統LCS的應用將使電站鍋爐的漏風量顯著下降，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生的經濟效益將更加顯著，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.回轉式空氣預熱器漏風的分析[J].華東電力，1998（11）.

[2] 王存旭，韋根源，潘大興.回轉式空氣預熱器漏風自動控制系統改造[J].電力情報，1998（2）：51-54.

[3] 吉憲磊.回轉式空氣預熱器漏風及治理方法[J].西北電力技術，1995（5）：29-31.

[4] 池作和，潘維，李戈，等.600MW回轉式空氣預熱器冷端金屬溫度試驗研究[J].中國電機工程學報，2002，22（11）：129-131.

[5] 周英文，任勤讓.回轉式空預器漏風大的原因及改進[J].電力建設， 2002，23（6）：12-14.

[6] 王洪躍，畢小龍，司風琪，等.300MW回轉式空預器漏風分布綜合模型[J].華東電力，2006，34（1）：44-48.

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

[8] 汪應林，朱光明，焦慶豐，等.回轉式空氣預熱器漏風原理及檢修方法[J].節能，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、噴水等運行調節擾動使得預熱器煙氣進口溫度變化頻繁，如LCS系統同步調整扇形板位置，勢必造成扇形板動作頻繁，進而加快設備損壞，故采取分段跟蹤。

（2）分段跟蹤及其對漏風率。

分段跟蹤方式和采用轉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控制效果好，但由于沒有實時自動跟蹤，在這個周期內轉子變形加大，系統也不能察覺。如考慮兩種設計的LCS故障率差異，對預熱器的總經濟性指標影響有限。微弱的漏風上升對風機功率影響不明顯，因為風機功率對風機流量的微小變化反應微弱。

2.3 轉子測速停轉報警裝置

在整個LCS100系統中增加了轉子測速停轉報警裝置，從另一個角度來監測預熱器是否正常工作。由于轉子受熱時不均勻地膨脹，發生磨菇狀變形，導致轉子外緣與外殼壁產生摩擦從而影響轉子轉速。當轉子轉速低于額定轉速時，系統發出聲光報警，并且通過“停轉連鎖”功能將扇形板提到最高位置，避免設備損壞。

2.4 加載機構運轉檢測裝置

為了解決LCS100在運行中控制信號要求與機械機構執行不一致的問題，我們在設計中增加了加載機構運轉檢測裝置，大大提高了系統運行的可靠性。

3 600 MW機組應用改造節能效果

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，對其爐安裝的回轉式空預器進行控制系統的優化改造的冷、熱態調試，控制系統投入使用后，鍋爐系統性能明顯得到改善，空預器漏風率由未投用前的14.7%以上降至6%以下，漏風率的大大降低；改善了爐膛風量不足、風機出力不夠的情況，使得爐膛內氧量充足、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，漏風率由12%下降到6%以下。通過測算，此技術可實現每年每臺機組節能降耗200萬元左右，效果良好。

4 結語

目前，600 MW以上的超大型機組將成為我國今后電站建設的主力。漏風控制系統LCS的應用將使電站鍋爐的漏風量顯著下降，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生的經濟效益將更加顯著，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.回轉式空氣預熱器漏風的分析[J].華東電力，1998（11）.

[2] 王存旭，韋根源，潘大興.回轉式空氣預熱器漏風自動控制系統改造[J].電力情報，1998（2）：51-54.

[3] 吉憲磊.回轉式空氣預熱器漏風及治理方法[J].西北電力技術，1995（5）：29-31.

[4] 池作和，潘維，李戈，等.600MW回轉式空氣預熱器冷端金屬溫度試驗研究[J].中國電機工程學報，2002，22（11）：129-131.

[5] 周英文，任勤讓.回轉式空預器漏風大的原因及改進[J].電力建設， 2002，23（6）：12-14.

[6] 王洪躍，畢小龍，司風琪，等.300MW回轉式空預器漏風分布綜合模型[J].華東電力，2006，34（1）：44-48.

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

[8] 汪應林，朱光明，焦慶豐，等.回轉式空氣預熱器漏風原理及檢修方法[J].節能，2011，7（8）：140-144.endprint