600 MW机组空预器漏风控制系统的优化改造

李东平等

摘 要：该文通过分析600 MW机组空气预热器的漏风问题，针其对漏风从控制系统优化改造的角度提出了一种有效方法。实际应用效果证明该方法能够在保证机组稳定可靠运行的基础上，有效降低机组空预器的漏风量，提高了机组的运行经济性。这对我国600MW主力机组的安全高效运行提供了一定的借鉴意义。

关键词：600MW 空预器 漏风 控制 安全高效

中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（c）-0037-02

空气预热器（简称空预器）是一种利用锅炉尾部烟气的热量来加热燃烧所需空气来提高锅炉效率的热交换装置，是火力发电厂锅炉设备中的重要组成部分[1]。回转式空预器以其传热密度高、结构紧凑、耐腐蚀、寿命长、运行费用低等优点被大中型电厂广泛采用，尤其是在国内近年来新建的大型、超大型火电机组。然而，由于回转式空预器的结构问题导致其不可避免的存在不同程度的漏风情况，漏风率范围约为10%～20%。由于空预器漏风不仅会使得送风机、一次风机和引风机的出力大增，增加了能耗；而且，还会造成送入炉膛的风量不足，导致锅炉低负荷运行，严重影响机组的安全高效运行[2-5]。长期以来，工程技术人员都在致力于从结构、安装和运行保护等不同方面来解决这个问题。文献[6]提出了建立300 MW机组回转式空气预热器的漏风分布的综合模型，得出了轴向漏风和径向漏风相似化处理的结论。该研究探明了在轴向和径向两个漏风位置对回转式空预器影响，对空预器的改造也有一定的指导意义。文献[7]以某400 t/h再热燃煤锅炉为例，对空预器的轴向高度方向上进行离散化处理，计算在轴向漏风位置分布不同时机组的热风及排烟温度，比较计算结果并得到相关结论。文献[8]以某电厂600 MW机组锅炉LAP13494-3883型回转式空预器的检修为例，详细阐述了检修中调整密封间隙的技术要求及方法，并且有针对性地介绍了空预器密封间隙的检修调整工艺，使600 MW容量锅炉空预器的漏风率由检修前14%降至检修后7%。

该文将以达拉特发电厂600 MW机组为例，分析空预器漏风原因并找出解决的方法：通过空预器漏风控制系统优化升级改造，提高了机组的安全稳定性。这对于我国火电机组深度节能优化改造具有一定的借鉴意义。

1 漏风问题分析及相应解决措施

针对空预器漏风形成的原因及特点，主要研究如何最大限度地降低空预器直接漏风，降低漏风可采取措施的努力方向如下。

（1）减小径向漏风。

对空预器的热端，增加径向密封板片，在热端径向密封片的上方，设置可弯曲扇形板控制系统，动态跟踪转子变形。对冷端径向密封也采用径向密封片和冷态预调的办法，使转子在热态变形后仍可获得满意的密封间隙。冷热端径向密封片可采用双径向密封系统，实现任何时候都有两道径向密封片与扇形板相接触。从本体结构入手，采用变形较小的副转子结构；采用柔性可自动弯曲扇形板结构，扇形板本身随温度的变化自动变形，以适应转子的热态变形。然而，该方法对扇形板的材料及结构有特殊要求，目前国内几乎没有应用。

（2）减小轴向漏风。

冷态时调整轴向密封，并根据安装数据时常进行调整，停机时再进行检查，发现间隙超标，及时调整。同时，也可采用双轴向密封片，实现实时都有两道轴向密封片与轴向密封板相接触。

（3）减小其他部分漏风。

如对静密封和中心筒密封、对冷端旁路密封及扇形板静密封的检查、调整或者更换。

（4）降低两侧工质压差。

减少燃烧器及一次风通的阻力，降低空预器内部两侧工质的压差。如果燃烧阻力较大，要求的热空气压强就要高一些，这时空预器的漏风量就会增大。

（5）减小堵灰的影响。

空预器是低温段换热元件，由于低温腐蚀等原因，容易造成换热元件积灰、堵灰严重。流道堵塞，会增大流通阻力，造成空气侧与烟气侧压差增大，从而加剧漏风。因此，要减小空预器的漏风，还必须结合空预器防止腐蚀、堵灰的具体措施。

2 空预器漏风控制系统的优化设计

根据以上分析优化设计了大型回转式空预器漏风控制系统，该系统主要有间隙传感装置、温度自动控制策略、转子测速停转报警装置、加载机构运转检测装置四个主要部分组成。

2.1 耐高温、高精度的间隙传感装置

由于高参数火电机组空预器内部环境恶劣，一般常用的间隙测量装置很难长期正常工作易损坏。因此，首先研发了一种能够耐高温腐蚀，耐粉尘的高灵敏度机械式传感器。该装置采用杠杆原理将检测到的间隙信号反馈至电气控制柜的PLC，该PLC根据所述反馈信号控制扇形板提升机构运动，将间隙控制在最小限值，该间隙传感器包括：焊接在转子上的传感瓣、带有探头的探杆、杠杆。探头与探杆保持一定的距离，杠杆通过调节机构与探杆连接在一起，两者之间的角度可通过调节机构来固定，杠杆上设有初级限位开关与次级限位开关，初级开关检测扇形板当时位置，次级限位开关触发时系统会自动提升扇形板并转为温控模式。

2.2 温度自动控制系统

针对传统漏风控制系统间隙传感器失效后导致整个系统不能正常工作的情况，在深入研究预热器转子变形规律后，把预热器烟气侧的温度监测作为一项重要的控制要素，引入温度自动控制原理，并开发系统软件进行模型试验。

一般，预热器转子的蘑菇型变形量仅为运行时转子上下金属温差的关系。烟气出口温度和预热器进口烟气温度间又通过热平衡存在一定关系，这样，转子变形量事实上简化为烟气进口和空气进口温度的函数。预热器空气入口温度和锅炉运行季节相关，通常环境温度变化使得进入锅炉系统热量出现同步变化，使得预热器空气进出口温度、烟气进出口温度同步变化，且方向一致，从而使得转子上下温差变化甚微，转子变形量几乎没有变化。

如表1和表2所示，为根据机组BMCR工况的测算结果，可见预热器烟气进口温度变化是影响LCS跟踪距离的关键因素，在忽略运行吹灰、喷水等调节扰动因素，影响LCS跟踪距离的主要因素是锅炉负荷大小。因此，采取以下的优化控制策略。endprint

（1）烟气进口温度作为跟踪信号的控制策略。

考虑锅炉运行负荷变化频繁，并存在吹灰、喷水等运行调节扰动使得预热器烟气进口温度变化频繁，如LCS系统同步调整扇形板位置，势必造成扇形板动作频繁，进而加快设备损坏，故采取分段跟踪。

（2）分段跟踪及其对漏风率。

分段跟踪方式和采用转子接触式传感器方式相比，从理论上讲，未做到紧密跟踪。采用接触式传感器虽然漏风控制效果好，但由于没有实时自动跟踪，在这个周期内转子变形加大，系统也不能察觉。如考虑两种设计的LCS故障率差异，对预热器的总经济性指标影响有限。微弱的漏风上升对风机功率影响不明显，因为风机功率对风机流量的微小变化反应微弱。

2.3 转子测速停转报警装置

在整个LCS100系统中增加了转子测速停转报警装置，从另一个角度来监测预热器是否正常工作。由于转子受热时不均匀地膨胀，发生磨菇状变形，导致转子外缘与外壳壁产生摩擦从而影响转子转速。当转子转速低于额定转速时，系统发出声光报警，并且通过“停转连锁”功能将扇形板提到最高位置，避免设备损坏。

2.4 加载机构运转检测装置

为了解决LCS100在运行中控制信号要求与机械机构执行不一致的问题，我们在设计中增加了加载机构运转检测装置，大大提高了系统运行的可靠性。

3 600 MW机组应用改造节能效果

达拉特电厂#7、#8机组为两台上汽亚临界600 MW直接空冷机组，对其炉安装的回转式空预器进行控制系统的优化改造的冷、热态调试，控制系统投入使用后，锅炉系统性能明显得到改善，空预器漏风率由未投用前的14.7%以上降至6%以下，漏风率的大大降低；改善了炉膛风量不足、风机出力不够的情况，使得炉膛内氧量充足、燃烧充分，从而提高了锅炉的效率，降低了能耗，减少了机组运行成本。对于600 MW机组而言，漏风率由12%下降到6%以下。通过测算，此技术可实现每年每台机组节能降耗200万元左右，效果良好。

4 结语

目前，600 MW以上的超大型机组将成为我国今后电站建设的主力。漏风控制系统LCS的应用将使电站锅炉的漏风量显著下降，热效率明显增加，大大提高能源的使用效率，而对于600 MW以上的超大型机组产生的经济效益将更加显著，市场前景也将极其广阔。该文对我国600 MW主力机组的安全高效运行提供了一定的借鉴意义。

参考文献

[1] 李义成.回转式空气预热器漏风的分析[J].华东电力，1998（11）.

[2] 王存旭，韦根源，潘大兴.回转式空气预热器漏风自动控制系统改造[J].电力情报，1998（2）：51-54.

[3] 吉宪磊.回转式空气预热器漏风及治理方法[J].西北电力技术，1995（5）：29-31.

[4] 池作和，潘维，李戈，等.600MW回转式空气预热器冷端金属温度试验研究[J].中国电机工程学报，2002，22（11）：129-131.

[5] 周英文，任勤让.回转式空预器漏风大的原因及改进[J].电力建设， 2002，23（6）：12-14.

[6] 王洪跃，毕小龙，司风琪，等.300MW回转式空预器漏风分布综合模型[J].华东电力，2006，34（1）：44-48.

[7] 王晶晶，赵振宁，姚万业，等.回转式空预器漏风分布对热风及排烟温度影响的研究[J].华北电力技术，2012（8）：43-46.

[8] 汪应林，朱光明，焦庆丰，等.回转式空气预热器漏风原理及检修方法[J].节能，2011，7（8）：140-144.endprint

（1）烟气进口温度作为跟踪信号的控制策略。

考虑锅炉运行负荷变化频繁，并存在吹灰、喷水等运行调节扰动使得预热器烟气进口温度变化频繁，如LCS系统同步调整扇形板位置，势必造成扇形板动作频繁，进而加快设备损坏，故采取分段跟踪。

（2）分段跟踪及其对漏风率。

分段跟踪方式和采用转子接触式传感器方式相比，从理论上讲，未做到紧密跟踪。采用接触式传感器虽然漏风控制效果好，但由于没有实时自动跟踪，在这个周期内转子变形加大，系统也不能察觉。如考虑两种设计的LCS故障率差异，对预热器的总经济性指标影响有限。微弱的漏风上升对风机功率影响不明显，因为风机功率对风机流量的微小变化反应微弱。

2.3 转子测速停转报警装置

在整个LCS100系统中增加了转子测速停转报警装置，从另一个角度来监测预热器是否正常工作。由于转子受热时不均匀地膨胀，发生磨菇状变形，导致转子外缘与外壳壁产生摩擦从而影响转子转速。当转子转速低于额定转速时，系统发出声光报警，并且通过“停转连锁”功能将扇形板提到最高位置，避免设备损坏。

2.4 加载机构运转检测装置

为了解决LCS100在运行中控制信号要求与机械机构执行不一致的问题，我们在设计中增加了加载机构运转检测装置，大大提高了系统运行的可靠性。

3 600 MW机组应用改造节能效果

达拉特电厂#7、#8机组为两台上汽亚临界600 MW直接空冷机组，对其炉安装的回转式空预器进行控制系统的优化改造的冷、热态调试，控制系统投入使用后，锅炉系统性能明显得到改善，空预器漏风率由未投用前的14.7%以上降至6%以下，漏风率的大大降低；改善了炉膛风量不足、风机出力不够的情况，使得炉膛内氧量充足、燃烧充分，从而提高了锅炉的效率，降低了能耗，减少了机组运行成本。对于600 MW机组而言，漏风率由12%下降到6%以下。通过测算，此技术可实现每年每台机组节能降耗200万元左右，效果良好。

4 结语

目前，600 MW以上的超大型机组将成为我国今后电站建设的主力。漏风控制系统LCS的应用将使电站锅炉的漏风量显著下降，热效率明显增加，大大提高能源的使用效率，而对于600 MW以上的超大型机组产生的经济效益将更加显著，市场前景也将极其广阔。该文对我国600 MW主力机组的安全高效运行提供了一定的借鉴意义。

参考文献

[1] 李义成.回转式空气预热器漏风的分析[J].华东电力，1998（11）.

[2] 王存旭，韦根源，潘大兴.回转式空气预热器漏风自动控制系统改造[J].电力情报，1998（2）：51-54.

[3] 吉宪磊.回转式空气预热器漏风及治理方法[J].西北电力技术，1995（5）：29-31.

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[6] 王洪跃，毕小龙，司风琪，等.300MW回转式空预器漏风分布综合模型[J].华东电力，2006，34（1）：44-48.

[7] 王晶晶，赵振宁，姚万业，等.回转式空预器漏风分布对热风及排烟温度影响的研究[J].华北电力技术，2012（8）：43-46.

[8] 汪应林，朱光明，焦庆丰，等.回转式空气预热器漏风原理及检修方法[J].节能，2011，7（8）：140-144.endprint

（1）烟气进口温度作为跟踪信号的控制策略。

考虑锅炉运行负荷变化频繁，并存在吹灰、喷水等运行调节扰动使得预热器烟气进口温度变化频繁，如LCS系统同步调整扇形板位置，势必造成扇形板动作频繁，进而加快设备损坏，故采取分段跟踪。

（2）分段跟踪及其对漏风率。

分段跟踪方式和采用转子接触式传感器方式相比，从理论上讲，未做到紧密跟踪。采用接触式传感器虽然漏风控制效果好，但由于没有实时自动跟踪，在这个周期内转子变形加大，系统也不能察觉。如考虑两种设计的LCS故障率差异，对预热器的总经济性指标影响有限。微弱的漏风上升对风机功率影响不明显，因为风机功率对风机流量的微小变化反应微弱。

2.3 转子测速停转报警装置

在整个LCS100系统中增加了转子测速停转报警装置，从另一个角度来监测预热器是否正常工作。由于转子受热时不均匀地膨胀，发生磨菇状变形，导致转子外缘与外壳壁产生摩擦从而影响转子转速。当转子转速低于额定转速时，系统发出声光报警，并且通过“停转连锁”功能将扇形板提到最高位置，避免设备损坏。

2.4 加载机构运转检测装置

为了解决LCS100在运行中控制信号要求与机械机构执行不一致的问题，我们在设计中增加了加载机构运转检测装置，大大提高了系统运行的可靠性。

3 600 MW机组应用改造节能效果

达拉特电厂#7、#8机组为两台上汽亚临界600 MW直接空冷机组，对其炉安装的回转式空预器进行控制系统的优化改造的冷、热态调试，控制系统投入使用后，锅炉系统性能明显得到改善，空预器漏风率由未投用前的14.7%以上降至6%以下，漏风率的大大降低；改善了炉膛风量不足、风机出力不够的情况，使得炉膛内氧量充足、燃烧充分，从而提高了锅炉的效率，降低了能耗，减少了机组运行成本。对于600 MW机组而言，漏风率由12%下降到6%以下。通过测算，此技术可实现每年每台机组节能降耗200万元左右，效果良好。

4 结语

目前，600 MW以上的超大型机组将成为我国今后电站建设的主力。漏风控制系统LCS的应用将使电站锅炉的漏风量显著下降，热效率明显增加，大大提高能源的使用效率，而对于600 MW以上的超大型机组产生的经济效益将更加显著，市场前景也将极其广阔。该文对我国600 MW主力机组的安全高效运行提供了一定的借鉴意义。

参考文献

[1] 李义成.回转式空气预热器漏风的分析[J].华东电力，1998（11）.

[2] 王存旭，韦根源，潘大兴.回转式空气预热器漏风自动控制系统改造[J].电力情报，1998（2）：51-54.

[3] 吉宪磊.回转式空气预热器漏风及治理方法[J].西北电力技术，1995（5）：29-31.

[4] 池作和，潘维，李戈，等.600MW回转式空气预热器冷端金属温度试验研究[J].中国电机工程学报，2002，22（11）：129-131.

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[6] 王洪跃，毕小龙，司风琪，等.300MW回转式空预器漏风分布综合模型[J].华东电力，2006，34（1）：44-48.

[7] 王晶晶，赵振宁，姚万业，等.回转式空预器漏风分布对热风及排烟温度影响的研究[J].华北电力技术，2012（8）：43-46.

[8] 汪应林，朱光明，焦庆丰，等.回转式空气预热器漏风原理及检修方法[J].节能，2011，7（8）：140-144.endprint