三分倉空氣預熱器漏風控制裝置常見問題分析及改進

何俊松

(江蘇新海發電有限公司，江蘇連云港222012)

江蘇新海發電有限公司七期擴建工程1號機組為1000MW超超臨界燃煤發電機組，鍋爐尾部布置2臺轉子直徑為D16 379mm的三分倉容克式空氣預熱器,空氣預熱器配有上海東方海事工程技術有限公司機械傳感器漏風控制系統（LCS）。它是結合溫度數據采集技術、可編程序控制器（PLC）和觸摸屏一體化的控制設備，采用人性化的人機控制界面。既可以提供詳細的報警信息，多重保護的自動控制模式，又可以提供具體到每塊扇形板的控制信息。從而保證相關設備的安全性，顯著降低空氣預熱器的漏風率。其設計原理是使扇形密封板與熱變形的轉子形狀緊密貼合，在各種工況下，控制扇形板與轉子徑向密封片的間隙在規定范圍內，從而使空預器漏風率控制在較小范圍內。

1 系統設備簡介

機械傳感器漏風控制系統主要設備包括加載機構、漏風系統控制柜、就地控制箱、機械傳感器、熱電偶溫度輔助控制裝置、轉子測速停轉報警裝置。其中每套LCS系統配有3套扇形板控制裝置，每套扇形板控制裝置配有獨立的加載機構和機械傳感器。加載機構配有力矩保護裝置；機械傳感器包括行程限位開關、初級限位開關、次級限位開關、傳感器探頭；熱電偶溫度輔助控制裝置主要包括2只熱電偶測量煙氣進口處溫度；轉子測速停轉報警裝置主要包括3個轉速監測接近開關。

2 漏風控制裝置存在的問題

江蘇新海發電有限公司1號機組整套LCS漏風控制裝置自2012年12月投入運行以來，總體運行情況良好，節能效果明顯，但是運行幾個月以后設備故障明顯增多，且很多故障不好在線處理，導致一些扇形板控制裝置退出運行，嚴重影響漏風控制系統的投運率。經過對2013年來出現的故障問題進行統計分析，發現主要有以下幾個方面問題：機械傳感器故障，扇形板加載提升機構密封不嚴，運行期間經常發生現場標尺間隙數據與觸摸屏棒圖值不一致，控制系統保護邏輯不夠全面等。

2.1 機械傳感器故障

（1）機械傳感器探頭故障。機械傳感器的探頭安裝在空氣預熱器的內部，由于空氣預熱器是高溫、高腐蝕和高粉塵的惡劣現場環境，一旦傳感器損壞，無法在線更換，從而造成此塊扇形版沒有調整依據，直接影響相應扇形板漏風控制系統的自動運行。比如B2扇形板，熱態調試時就發現傳感器有問題，但是無法在線更換，只好投入溫控模式。

（2）機械傳感器限位開關故障。由于傳感器的限位開關離熱源比較近，環境溫度太高，使限位開關元器件的使用壽命很短，再加上現場位置狹小，檢修人員無法對損壞的傳感器開關進行及時更換，造成漏風控制系統無法正常運行。例如2012年6月21日A2扇形板傳感器初級限位開關故障，由于現場環境溫度太高及位置狹小，檢修人員無法對損壞的傳感器開關進行更換，只好把A2扇形板控制由間隙控制改為溫度控制，漏風控制效果大大降低。

（3）機械傳感器安裝位置受限。原有機械接觸式傳感器為當初空預器標配產品，但是受到空預器結構和現場管路布置的影響，安裝在空預器夾縫內，環境溫度過高且散熱不好，在實際調試和維護中存在較多不合理，不方便的地方；特別是熱態調試時“傳感器支撐箱體”操作空間較小；現場的高溫和高空環境很大程度上制約了維護人員的正常修護工作。

2.2 扇形板加載提升機構密封不嚴

漏風控制系統加載機構提升桿密封性不好，漏風漏灰嚴重[1]。漏風漏灰把空預器內部高溫空氣帶出也容易造成環境溫度升高，燒壞開關和信號電纜等。

2.3 現場標尺間隙數據與觸摸屏棒圖值不一致

運行人員巡回檢查時經常發現，空氣預熱器漏風控制系統觸摸屏棒圖值和現場就地標尺顯示值不一致，隨著時間推移偏差值越來越大，需經常人為進行位移標定。

2.4 控制系統保護邏輯不夠全面

現在只有空預器停轉保護沒有空預器電機過電流保護，而且DCS不能實時監視扇形板狀態，也沒有遠控緊急提升等功能，不利于運行人員實時掌握調整漏風控制系統的運行狀態。

3 漏風控制裝置改進方案

3.1 機械傳感器換型為激光傳感器

3.1.1傳感器換型原因

機械傳感器的探頭安裝在空預器的內部，由于空預器惡劣、高溫、高腐蝕和高粉塵的現場環境，一旦傳感器損壞，無法在線更換，造成此塊扇形版沒有調整依據，直接影響系統運行；其二機械傳感器的初級“限位開關”和“次極限位開關”等元器件因安裝位置處環境溫度過高且散熱不好，容易出現故障，而且由于現場位置狹小且環境溫度過高，個別情況能出現100℃以上，檢修人員無法對出現故障的傳感器開關等元器件進行及時更換；其三每塊扇形板都需要安裝獨立的機械傳感器，造價高，安裝復雜，維修成本高。故將機械傳感器更換為激光傳感器，每臺空預器共用一套激光傳感器。

3.1.2激光傳感器簡介

（1）激光傳感器組成。激光傳感器采用的是上海東方海事工程技術有限公司研制的最新產品，主要由高頻激光器，激光檢測器、測量電路，傳感器氣動控制閥、傳感器氣源流量等設備組成。

（2）激光傳感器測距原理。激光傳感器采用紅外激光檢測轉子的變形量來控制扇形板與轉子徑向密封片之間的距離。它采用激光測距的原理，采用相對比較方法進行測量，激光傳感器發出已調制的高頻率激光束，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，根據相對差而得到測量結果，再把測量的結果轉換成4～20mA電信號發出給PLC系統運算處理，通過計算得出轉子熱態過程中的形變量從而調節扇形板位置。使用激光測距傳感器測量到的結果可達到毫米級的測量精度。

3.1.3激光傳感器的優點

改造后的激光傳感器，使LCS系統關鍵部件遠離了高溫區等惡劣工作環境，現場調試和日常維護變得相當方便，減少了維護人員的工作量，提高了工作效率。而且激光傳感器采用一主一備布置，保證了設備的可靠性和安全性，具有精度高，測量數據穩定可靠，可在線更換，造價低，壽命長等優點。

（1）激光傳感器為非接觸式測距傳感器。激光傳感器無須和扇型板固定在一起，只需要使激光束正對轉子平面就可以。

（2）激光傳感器測量精度高。激光傳感器采用相對比較方法進行測量，發出一調制高頻率激光束，接受從被測物返回有相對位移的光，與參考信號進行比較，根據相對差而得到測量結果。測量精度可達到毫米級。

（3）激光傳感器安全性高。每臺空預器漏風控制LCS裝置采用兩套激光傳感器，2套激光傳感器為一主一備布置，保證了設備的可靠性和安全性。

（4）激光傳感器故障率低，幾乎不需要維護。

3.2 波紋管密封座

原有提升桿密封座漏灰積灰嚴重經分析發現其結構及焊接方面存在弊端，所以易導致漏灰。決定改造為MFZ-B-I-100波紋管密封座。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，直接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很好地保證提升桿上下運行具有足夠的行程空間。改造后的波紋管密封座密封性能好；結構簡單，無卡塞現象；無需維護，方便檢修。

3.3 傳動反饋裝置換型為電位器

觸摸屏上棒圖值與實際標尺正常情況下數值是一致的，觸摸屏上棒圖值是傳動反饋開關采用光電式信號采集，送到PLC中進行計算所得，原理就是PLC通過控制電機的運行時間來計算，而電機的運行時間又是通過光電式傳動反饋開關累積動作次數運算而來。當電機控制扇形板上、下行時，通過反饋信號得知扇形板在動作，程序通過光電開關動作次數來計算扇形板的位置。經常發生偏差主要是由于光電式傳動反饋裝置信號采集不準確所致，本次改造取消原來的光電式傳動反饋裝置，改用準確度更高的電位器，電位器直接安裝于電機驅動軸上，采用電壓值變化來反映當前位置，此方式精度較高，不易產生偏差。

3.4 保護邏輯進一步優化

3.4.1原有的保護邏輯

（1）電機過載保護。系統任何狀態下，出現電機過載，則停止動作。該過載信號與接觸器聯鎖，直接切斷電機的接觸器線圈電源。

（2）傳感器保護。當系統檢測到激光傳感器或電位器故障信號后時，如果此時系統在自動模式下，則系統會將自動模式切換為溫控模式，此時系統將以溫控模式來調整扇形板移動。當傳感器恢復正常時，系統不會回到自動模式，必須先將人機界面中“緊急停機”旋鈕置ON，讓系統先停止，再把 “緊急停機”旋鈕置OFF，然后再將“自動跟蹤”旋鈕置ON，重新投入使用即可。

（3）轉子停轉保護。如果發生轉子停轉報警，系統在聲光報警的同事中斷原來的工作模式，自動將扇形板提升至完全恢復，確保安全。

（4）電機力矩保護。力矩保護動作時，系統停止原來的工作模式，上行力矩保護時就地停機，下行力矩保護時先停機2 s，然后將扇形板提升至完全恢復位置處停機。

3.4.2增加保護邏輯

（1）空預器主輔電機電流過載保護[2]。當空預器主輔電機電流過載信號觸發時，如果系統在工作模式為就地模式，則在人機界面中會顯示響應的報警狀態，需要通過就地柜面板上的提升按鈕來將扇形板進行提升。如果系統工作在PLC模式，分2種情況。第一種情況當系統控制模式為自動時，觸發電流過載，則先將電機停止，然后開始上行，直到電流過載信號消失為止，之后系統再重新進行自動檢測功能。第二種情況當系統控制模式為溫控時，觸發電流過載，則先將電機停止，然后開始上行直到電流過載信號消失為止，之后系統再重新進行溫控檢測功能。

（2）下行連鎖保護。當空預器主輔電機電流過載信號出發，DCS強提信號出發和人機界面上強制提升按鈕置ON時，下行聯鎖保護繼電器動作，切斷下行控制回路，防止下行誤動作。

（3）溫控運行模式邏輯優化。機械傳感器漏風控制系統的溫控模式需要傳動反饋信號參與扇形板上、下行調節，而激光傳感器漏風控制系統溫控模式則不需要電位器信號來參與調節。激光傳感器漏風控制系統溫控模式是按照間隙控制熱態調試時保存的線性曲線來自行調整的，這樣減少了參與因數，提高了溫控模式的可靠性。

（4）在DCS增加空預器漏風控制系統狀態畫面。實現遠程監視，并增加遠控緊急提升等功能，便于實時掌握和調整扇形板狀態。

4 漏風控制裝置改進后效果

空氣預熱器漏風控制裝置技術改造于2014年2月3日結束，整套機組于2014年2月9日啟動，2014年2月15日LCS廠家人員進行空氣預熱器漏風控制裝置熱態調試，整套LCS設備于2014年2月15日16∶32投入自動運行。運行3個月后通過對其故障缺陷進行統計，發現設備故障率明顯降低，期間只出現2次激光測量間隙數值波動，原因是由于激光傳感器測量裝置一顆螺絲松動造成。本次改進主要針對的是常見故障的徹底消除，它達到了以下效果：降低設備故障率，提高整套裝置的投運率；優化傳感器的工作環境，降低故障率；減少加載機構提升桿和中心筒密封座漏灰。雖然本次LCS技術改造后空氣預熱器的漏風率與改造前剛投運時降低不明顯，但是設備故障率大大降低，投運率明顯提高，所以相對來說空氣預熱器漏風率降低仍然明顯，節能效果非常可觀。空氣預熱器漏風控制裝置改進前后的效果對比如表1所示。

表1 空氣預熱器漏風控制裝置改進前后效果對比表

5 結束語

空氣預熱器機械傳感器漏風控制裝置經過此次技術改造，消除影響LCS系統正常運行的的諸多故障，特別是通過對傳感器的換型改造解決扇形板密封面到熱變形轉子外側端的間隙測量的準確性和穩定性問題，在邏輯中完善LCS系統的多重保護，實現空預器漏風控制系統的自動密封跟蹤，形成間隙控制為主負荷溫度控制為輔的控制模式，保證漏風控制裝置在任何工況下投入自動運行的可靠性，而且降低故障率，降低維護成本。自2014年1月LCS裝置改造以來，設備故障率大大降低，再也沒有出現漏風控制裝置由于設備原因退出運行的現象，充分證明本次改造的成功性，達到預期的效果，同時也給同類型的空氣預熱器漏風控制裝置類似問題提供有益的參考和借鑒。

[1]劉冬炎，顧宏偉.空氣預熱器的漏風因素及密封改造[J].中國電力，2011，44(7)：53-56.

[2]舒茂龍，陳 欽，孫仁龍.百萬機組空預器漏風控制系統可靠性分析[J].電力科學與工程，2013，29(3)：69-73.