新型漏風控制系統在1000MW超超臨界火電機組中的應用

李德

摘要：如今，對于鍋爐燃燒控制的高效能運行、安全性能以及節能消耗的要求越來越高。在分析我國首臺研發的1000MW超超臨界火電機組空預器間隙系統控制結構的基礎上，針對1000MW超超臨界火電機組鍋爐中，空氣預熱器存在的漏風問題，結合系統工作原理，構建新型漏風控制系統，提出有效的控制方法。基于PCL系統，確保改善1000 MW超超臨界火電機組空氣預熱器的漏風問題，真正實現運行穩定、系統性能可靠，確保1000 MW超超臨界火電機組的環保、高效、安全等性能。

關鍵詞：新型漏風控制系統；1000MW；超超臨界機組

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號1672-3791（2016）10（c）-0000-00

Abstract：Today， the demand of highly effective operation， safety performance and energy consumption of a boiler combustion， is higher and higher. This paper analysised the research and development of China's first 1000MW ultra supercritical thermal power unit air preheater clearance system control structure， on the basis of boiler for 1000MW ultra supercritical thermal power units， the problems of air leakage in air preheater， combining with the working principle of the system， building new leakage risk control system， and putting forward effective control method. Based on PCL system， improving the air leakage problem of 1000 MW ultra-supercritical thermal power unit. To ensure the environmental protection， high efficiency， safety performance of 1000 MW ultra supercritical thermal power generating unit.

Key words： New leakage risk control system； 1000 mw； Ultra supercritical unit

電力行業對整個國家而言占據重要地位，電力行業的穩定運行是保證人民正常生活和生產的技術，電力行業的技術發展水平直接關系到整個國家地區的發展。隨著時代的不斷發展，我國現代化建設對電力方面的需求越來越高，燃煤火力發電機組成為我國電力發展過程中不可缺少的重要部分。1000 MW超超臨界火電機組空氣預熱器是火力發電設備中最重要的系統，空氣預熱器位于鍋爐尾部，主要用于提高鍋爐的熱交換性能，降低能量消耗，其原理是鍋爐尾部煙道中的煙氣，通過內部散熱片將進入鍋爐前的空氣預熱到一定程度。在空氣預熱器中最常用的是回轉式空氣預熱器，因為它具有耐腐蝕、運行費用低、傳熱密度高等優勢，所以被廣泛采用，尤其在我國近年來建設大型火電機組工程中，采用的全都是回轉式空氣預熱器。

本文結合超（超）臨界機組的發展與改進，對1000 MW超超臨界火電機組進行分析，針對1000 MW超超臨界火電機組空氣預熱器的漏風問題，進行深入詳細的分析，并基于PCL系統構建出新型漏風控制系統，旨在提高1000 MW超超臨界火電機組的環保、高效、安全等性能。

1 1000MW超超臨界火電機空氣預熱器間隙系統控制結構

本次研究的研究對象是許昌龍崗發電有限責任公司1000MW燃煤發電機組空氣預熱器中的新型自動跟蹤系統，型號為GJC-111型，是由西安智通公司開發研制出的。

鍋爐中安裝的控制系統，上位計算機、PCL、空氣開關、信號隔離模塊等元件具有控制作用，控制著空氣開關、中間繼電器數字式儀表以及交流接觸器等元件；上下限位接近開關等元件具有操作作用；信號放大器板和冷卻風扇等元件具有傳遞信息作用。采集轉子和扇形密封板之間的間隙信號，然后經過信號放大器輸出電流信號。在自動狀態下，間隙探頭測量出來的數據會被系統進行計算，得出處理之后的間隙大小，活動式扇形密封板會自動升高或降低，維持轉子和扇形密封板之間的間隙設定值。

1.通過PCL控制系統和DCS監控軟件，實施間隙的設定與系統中故障記錄的現實。

2.引入空氣預熱器進行調節。將其引入電流參與密封間隙進行調節，利用智能控制系統進行合理判斷，控制扇形密封板位置，可改善系統的自動投入率。

3.系統中安裝監控軟件，可以隨時診斷出存在的故障問題。系統中可自動診斷內部故障，最常出現的兩種故障分別為：（1）出現正常故障報警，一般都是顯示報警畫面，等有條件后進行處理，這樣一來有效提高了系統安全，且簡便了設備使用和維護。（2）如果出現故障導致系統無法正常運行，系統會通過監控軟件進行光字報警，隨后顯示在屏幕上，使人員可以及時處理；

2 1000MW超超臨界火電機空氣預熱器間隙控制系統功能

由西安智通公司生產的空氣預熱器間隙測量探頭配置，它的設計是采用高溫傳感器，400℃條件下，也能以正常運行狀態對空氣預熱器進行監測，由于高溫傳感器存在原理上的限制，其最大間隙距離為10mm。

2.1 PLC實現功能

1.調節空氣預熱器間隙信號，是通過運算處理、下降動作、實時采集、發出機構上升、給出間隙信號等過程進行的。

2.根據就地柜與程控柜按鈕動作信號、停轉輸入信號及處理過載，給出相應的動作信號。

3.通過實時采集、運算處理、給出的過流信號等進行電機電流信號的過流調節。

2.2上位機實現功能

1.根據PLC系統，計算出電流值和動態間隙值，并將其通過屏幕顯示出相應的條形圖或數字。

2.設定電流給定值和動態間隙給定值，并傳入PLC系統。

3.通過PLC得知間隙調整、程控柜按鈕動作信號、過流動作信號，然后通過屏幕顯示出圖片形式信息和相應位置。

4.顯示出圖片形式的間隙信號歷史曲線。

5.每日定期清理故障記錄和檢查故障信號。

2.3間隙信號檢測與調節功能

預熱器轉子旋轉一周后的轉子根據自動系統，在各個間隙之間收集信號，采集到其中最小值，作為回路測量值。將最小值與給定值進行比較，如大于給定值0.3mm，則輸出的間隙信號大，如小于給定值0.2mm，則輸出的間隙信號小。如果觸發時間及給定值信號與測量值之間存在正比，則觸發時間會越大，偏差會越大，但是觸發的時間上限是20s，對應的調節距離為lmm；如測量值介于給定值上0.3mm和下0.2mm之間，則輸出的間隙信號正常，扇形密封板則不運行。為避免執行機構動作操作頻繁，需防止干擾并調節規律，提高間隙系統調節的穩固性。

3基于漏風控制系統分析空氣預熱器漏風問題

許昌龍崗發電有限責任公司1000MW燃煤發電機組空氣預熱器中，采用的是回轉式空氣預熱器（如圖3-1所示）。主要部件中包含一個作為熱交換元件的低速轉子，其為直徑10米以上。高速煙氣一般由上而下經過轉子左側，然后對轉子中的蓄熱元件進行加熱，將已加熱的蓄熱元件轉入右側，空氣會由下自上經過蓄熱元件，將熱量帶出，最后實現預熱空氣的目的。

空氣預熱器是轉動機構，因此運動部分和固定部分之間存在一定間隙，且煙氣和空氣之間也存在一定壓力差，因此無可避免的會存在漏風問題。尤其是在熱態運轉時，轉子下位溫度低，上位溫度高，滿負荷狀態下工作，煙氣入口溫度可達350℃左右，煙氣出口溫度可達120℃左右。在這種條件下，轉子就會發生變形現象，在1000MW超超臨界火電機組中，轉子發生變形可使外緣下垂32mm以上。

空氣預熱器存在的冷端徑向、旁路和軸向間隙，可利用冷態調節方法，保證間隙在轉子遭遇變形時也能具有很好的密封性。此外，可以利用自動跟蹤轉子熱態變形軟件，確保轉子和熱端上部扇形板之間的密封間隙，無論是在滿負荷運行還是負荷變動時，都能維持密封狀態。空氣預熱器存在的漏風現象，與跟蹤轉子形變有關，因此需要調節扇形板的密封裝置，進而達到最有效的密封間隙，降低出現機組漏風現象的概率。

4 1000MW超超臨界機組漏風控制系統設計

許昌龍崗發電有限責任公司1000MW燃煤發電機組空氣預熱器，使用的是西安智通公司的空氣預熱器間隙測量探頭配置，本文結合機組漏風現象，基于系統運作原理設計出新型漏風控制系統。

4.1系統工作原理

漏風控制系統主要是由間隙測量機構、安全保護連鎖機構、執行機構、就地主控站、遠程操作站、溫度輔助控制機構六大部分組成。

上文中將PLC系統與收集的間隙信號給定值進行了相關比較，總結出執行機構的動作方向、動作時間分別根據偏差值正負和偏差大小來判定，然后根據收集到的間隙信號正確地控制指令，形成自動調整間隙控制系統，使間隙始終保持密封狀態，從而降低空氣預熱器的漏風問題，達到節能、降低損耗的目的。

4.2 PLC系統

PLC系統由雙機熱備控制系統組成，控制系統是由兩臺ABSLCS、05CPU組成的雙機熱備系統，兩者相互備份和運行檢測。機組正常運行時，CPU作為主要的處理器處理著所有運行的數據。留一臺CPU備用，在對主處理器運作進行監測時，需要通過BSN模塊進行數據備份，如果主處理器出現故障和停機狀態，則備用的CPU就可以立即投入使用，兩臺主處理器的切換使用，有效地確保了系統長期穩固的運行。BSN模塊負責與遠程站連接并進行數據傳輸，遠程I/O利用的是現場運行信息，通過ASB模塊與PLC數據鏈路兩臺處理器之間進行傳送。

4.3安全保護連鎖機構

為了確保漏風控制系統的可靠、穩定運行以及安全，還需要制定安全保護方案：加載機構力矩保護、轉子停轉的保護、轉子電流超限的保護等。機組中每個運行系統都需要采取保護措施，確保保證整個機組可以正常運作。

4.4溫度輔助控制機構

本文利用溫度控制裝置改進空氣預熱器漏風控制系統，在系統中放置多種溫度傳感器，收集空氣預熱器內部的溫度信息。轉子平面鋼結構遇熱就會發生變形，且轉子變形情況與受熱溫度存在非線性關系，PLC系統通過收集溫度信號，計算出內部轉子形變量與數據控制扇形板位移。轉子受熱后變形得出的數學函數公式如下：

上式中，K代表金屬碰撞系數，Th代表轉子受熱的溫度量，Tc為轉子受冷的溫度量，H為轉子內部傳熱元件的總溫度量，R為轉子半徑。在預熱器設計結束后，R、H作為定值，K會因為溫度的變化幅度變小而成為常數。因此，由于轉子上下金屬具有溫差關系，因此轉子在受熱發生形變量。轉子上下部的溫度就是煙氣溫度平均值，而由于煙空氣入口和出口溫度處于平衡狀態，因此轉子的形變量就是煙氣進口和空氣進口兩者之間的函數。

PLC系統控制漏風控制系統，傳感器通過收集溫度數據進行扇形板移動位置的控制，進而構成間隙漏風控制系統。本次研究將溫度控制模式引入漏風控制系統中，在實際應用中可以取得有效的控制效果。

5總結

本文主要以許昌龍崗發電有限責任公司1000MW超超臨界燃煤發電機組漏風控制系統為研究對象，分析控制系統的優勢及控制策略，基于PLC控制技術，構建了1000MW超超臨界燃煤發電機組新型漏風控制系統，使漏風控制系統獲得了良好的控制效果。

本文首先介紹了1000MW超超臨界火電機空氣預熱器間隙控制系統的主要功能，并分析出漏風控制系統分析空氣預熱器存在的漏風問題，隨后進行了各項定值分析和PLC系統的控制分析，對漏風控制系統存在漏風問題的原因進行探討。在分析漏風控制系統工作原理的基礎上，將安全保護鎖、新型溫度輔助控制模型等模塊引入漏風控制系統中，全面提高機組的自動控制技術，從而達到真正改善控制的效果。對超超臨界1000MW機組漏風控制系統進行研究，能有效提高漏風控制系統的可靠性、節能性及安全性。此外，還有效避免了空氣預熱器漏風問題，且引風機和送風機的大量耗電情況也有了明顯改善，為公司帶來節能降低損耗、可靠、穩定運行以及安全的1000MW超超臨界火電機組。

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