1 000 MW火电机组空预器漏风控制系统改造及效益分析

2022-09-30梁胡钟席超豪郁晨宣

上海节能 2022年9期

0 空预器漏风概述

回转式空气预热器（以下简称“空预器”）是提高火电厂锅炉运行效率的重要设备。在实际运行中，空预器的受热面传热效率、粘污积灰情况、整体漏风率等对锅炉的运行效率有着直接的影响。其中，空预器漏风率的大小尤为重要，它严重影响了锅炉机组的安全性和经济性。由于空预器的烟气温度高、冷热端温差大、转子热变形情况明显，造成较大的漏风间隙，影响整体漏风率的控制。

机组采用三分仓回转式空气预热器，其漏风包括直接漏风和携带漏风。预热器的转子与外壳之间存在间隙，预热器中空气与烟气由惰性区密封分开，转子密封片与外壳密封板之间的密封间隙始终大于零，压力较高的空气必然要穿过密封间隙漏向压力较低的烟气中，这是直接漏风

。转子仓格中所包容的风量随着转子的旋转，会不断地转移到烟气侧，被烟气带走，这是携带漏风。携带漏风是由预热器的结构型式决定，无法减小。直接漏风与密封间隙成正比，与压差的平方根成正比

。预热器中气流间压差的大小主要取决于锅炉烟风道以及制粉系统的阻力，与预热器本身结构也有一定的相关性。当炉体与预热器的结构确定后，无法改变。因此，减小漏风的唯一途径是将密封间隙控制在最小限度。

控制预热器的漏风率主要是从预热器的结构着手，目前主流的密封方式是采用实时跟踪转子的密封系统，如可调式自动漏风控制系统。可调式自动漏风控制系统主要由以下部件组成：驱动扇形板动作的加载机构(主要由电机、减速机、螺旋升降机等组成)、实时监测转子变形情况的传感器、反馈加载机构及扇形板状态的传感器、包含PLC(可编程逻辑控制器)的控制柜等组成。

密封间隙控制的关键在于研究预热器变形的规律，使控制系统能使空预器在各种工况下都能将密封间隙处在最小限值(特别是MCR工况)。可调式自动漏风控制系统是实现此目标的一个有效手段。

1 各类密封技术对比

空预器运行时，转子沿烟气行进方向温度逐渐降低，根据热胀冷缩的原理，物体受热形变量与物体比热、尺寸及温度变化值呈正相关的关系。由于空预器转子热端温度高于冷端温度，热端金属变形量大于冷端金属变形量；同时，在重力的影响下，转子靠近外缘的部分呈下垂状态。在两者综合作用下，转子总体呈蘑菇状变形，烟气温度越高，蘑菇状变形越显著，空预器径向密封见图1，空预器热态形变见图2。

目前针对空预器漏风问题，主要采用各种不同的密封技术，包括：固定式密封、可调式密封、柔性密封、疏导式密封和四分仓等形式

；根据不同的机组容量、机组调峰运行情况、燃烧煤种成分、机组运行年限和机组实际维护情况等，不同的密封形式对不同情况的机组的密封效果亦是截然不同。

2）激光传感器。如图6所示，激光传感器采用相位法进行测量，它发出已调制的650 nm红外激光束，照射至被测物体表面形成漫反射，并同时接收从被测物体返回的光信号，与参考信号比较，根据相位差计算出测量结果，测量精度可达到毫米级。每块扇形板配一个激光传感器，为固定结构，不与扇形板一起联动。冷态时，采集激光传感器到转子角钢平面的距离作为零位基准值；预热器热态运行时，转子受热向下变形，测出此时激光传感器到转子角钢平面的距离与冷热态激光测距值之差即为转子实际形变量。

固定式密封安装初期对密封间隙的计算要求较高，且长时间运行后漏风率上升明显，不易调整，若煤种变化导致烟温变化明显，或导致计算密封间隙不准确，造成转子卡涩风险。

系统操作界面见图10。

疏导式密封是将泄漏的空气抽至二次风，从而降低漏风率，需增加疏导风机，产生较高的厂用电，且风机易故障，漏风控制效果一般。

②可根据自学习所得的控制曲线，实时、连续地控制扇形板保持与转子的合理间隙；

UV法或HPLC法结合金属离子沉淀法测定米索硝唑pH敏感脂质体中主成分含量的比较 ……………… 魏巍等（24）：3321

柔性密封有多种密封结构，可始终贴合扇形板减少漏风，由于长期处于高温高灰及受力状态下，易造成密封片磨损严重，长期运行后漏风率偏高。

可调式密封，可根据转子变形情况，自动调整间隙，漏风控制效果好，尤其是机组容量大，机组负荷变化较频繁，转子形变量大且转子形变量变化频繁，可调式密封形式可以更好地控制漏风间隙，减少漏风率。

目前1 000 MW机组通常采用可调式密封形式，即在热端加装间隙自动控制系统，在各种工况下，扇形板在规定的间隙内跟随转子径向密封片。并结合柔性密封改造，增加密封道数，使空预器漏风控制效果进一步改善。

2 新型激光式间隙自动控制系统原理

基于高精度激光测距传感器设计的一种自适应间隙控制系统，目前广泛应用于大型电厂的空气预热器漏风控制系统中。由于空气预热器中的转子受热时不均匀地膨胀，发生蘑菇状变形，使扇形板和转子径向密封之间存在着间隙，间隙越大漏风面积越大，压力较高的空气必然要穿过密封间隙漏向压力较低的烟气侧，将使送风机和引风机的负荷和电耗率增加，严重时会限制锅炉出力，影响锅炉的安全经济运行。为了减少空气预热器热端的漏风，须在其中设一个传感器来监测间隙的变化，然后再根据传感器的返回值，通过执行机构提升或放低扇形密封板，以达到空气预热器的动静两部分既不相碰，间隙也不致过大的目的。通过在扇形板上安装激光测距传感器，能实时检测到转子随温度变化的量，从而驱动执行机构提升或放低扇形板，保证扇形板与转子角钢平面始终保持在安全的最小间隙，从而减少漏风，提高锅炉燃烧效率。

3 改造前后对比

原有漏风控制系统缺点：

1）六块扇形板的控制相对独立，但其控制系统采用硬件回路控制，技术落后，不便于调试和维护，不利于远程监控。

2）机械结构复杂，功能区分不完善，故障率较高。

3）采用机械式传感器测量转子形变量，为开关量输出，无法实时、精确测量转子形变量。

为促使种子迅速发芽、出苗，育苗床温度以白天25～28℃、夜间15℃为宜。在子叶展开前，一般不揭膜通风。芽刚出土和出齐后各覆土1次，填补幼苗出土造成的缝隙和防止幼苗“带帽”及徒长。当幼苗长到2～3片真叶和1心时，选择无风晴天分苗。分苗时最好带小土坨，行株距8～10厘米见方。分苗后浇小水，覆盖好膜及保温材料，以提高床温，促使缓苗。一般5～7天后浇缓苗水，以后中耕1～2次。定植前7～10天降温炼苗，期间还可以进行适当的囤苗。

综上所述，原有系统在实际运行中并未投用，造成空预器较大的漏风损失，影响了锅炉运行效率。

企业在开展个性化激励活动时，需要科学合理的优化管理内容，明确个性化激励的价值，并以此为前提，构建系统化的激励体系。此外，在完善应用个性化激励体系时，企业需要充分征求企业员工的意见，真正做到个性化激励从员工中来，再到员工中去。当前企业竞争环境在不断变化，需要引导企业员工积极参与企业经营活动，对企业发展状况建言献策，通过不断优化参与机制，从而让员工能够有效融入企业经营体系。

改造后的漏风控制系统：

1）取消原有控制柜，更换新的控制柜，见图3。

2）远程进行数据采集与逻辑控制。

提高教育国际化水平与来华留学生教育整体水平是解决留学生博士论文问题的根本办法。党的十九大也提出推进教育对外开放法治化进程，以加快我国教育走出去战略，提高我国教育国家化水平，相信随着整体教育水平的提高，来华留学生博士论文上反映出的种种小问题也会最终解决。

3）采用激光探头测量转子变形量，能够适应恶劣环境，且精确度更高。

对于鉴定意见的采信程度上，法院对于医疗机构鉴定结果的采信程度较高，少部分未予以全部采纳的原因主要包括鉴定结果与事实情况不符，鉴定人员的意见与专家辅助人的意见相互冲突等。部分案件由法官结合案件事实进行裁判，充分体现了自由裁量权。如“原告陈某与被告北海市某附属医院医疗损害责任纠纷一案”[5]法院结合实际情况对鉴定意见予以部分采纳，认为被告不具备进行核磁共振、肌电图检查或神经传导试验的医疗条件，从而无法明确诊断原告是否左臂丛神经损伤，也无法告知原告该疾病的存在，对鉴定意见中“漏诊”及“履行告知义务不充分”的意见不予采纳。

4）采用多层密封结构的拖曳式径向密封，进一步控制漏风率。

5）采用新型绝对位移检测装置进行上、下行程限位，见图4。提升装置执行机构见图5。

4 间隙自动跟踪控制系统

该控制系统在投运时，通过激光传感器检测空预器转子角钢的形变量，由直线电位器测量扇形板的绝对位置，从而实时计算漏风间隙值并控制扇形板跟踪转子的热态变形。通过实时调整扇形板位置，使其与转子径向密封片之间的间隙值保持在合理的设定范围内，从而减少漏风量。

1）扇形板提升加载机构。每一块扇形板配一套加载机构。为了确保控制扇形板同步调节，加载机构利用双级减速器同时驱动两台螺旋升降机的布置方式。电动机作为动力源，经过减速器降速后传递力矩至两侧螺旋升降机，最终通过提升杆等与扇形板连接，实现控制扇形板能够水平地上、下运动。在螺旋升降机顶部装有绝对值位移装置用于显示扇形板的实际跟踪距离，同时安装“完全回复”“最大变形”限位开关来控制扇形板的上、下极限位置。

加载机构配有力矩保护装置。当传动机构过载时，力矩保护装置动作，断开减速机与传动轴之间扭矩传递，电机空转，从而达到保护加载机构的目的。

1.3.1 制作血涂片使用EDTA-K2真空抗凝的采血技术进行血样采集,样本常温下2小时内完成检测操作。取一滴血液样本放置在载玻片上,倾斜玻片45°,推动玻片让血细胞均匀的分布风干。然后,在载玻片中滴入瑞氏-吉姆萨复合型染色试剂,保证试剂彻底覆盖住样本血膜,持续3~5 min,再把二倍体积磷酸盐药液滴放于染色液上面,持续15 min。最后采取双蒸水洗涤玻片,等自然风干后可实施镜检。

经调试，设定激光测距量程为2 800～3 200 mm,对应4～20 mA电信号，其中零位值A侧为2 980 mm，B侧为2 960 mm。

3）位移传感器。行程开关箱内的滑阻电位器装置反馈扇形板的绝对位移值。A1-A3，B1-B3共6个。冷态时扇形板位移值为0 mm。

经调试，扇形板位移量程为：-25 mm～75 mm，对应4～20 mA电信号。上提限位为-10 mm，下压限位理想值约为40 mm。

该系统在自动控制过程中，当A侧或B侧激光传感器或者电位器出现故障时，相应的扇形板控制系统将会自动进入温控模式。该控制模式由安装在烟气进口处的热电偶负责温度信号采集，送至PLC进行计算处理，根据当前烟气的温度来控制扇形板的投放位置。

气温高的季节，由于空预器的空气和烟气侧热端的温度差异，导致空预器转子的热端并不处于同一平面，一般情况下，A3、B3所在的一次风侧与二次风交界处转子形变量最大，且外缘低于热端径向切面，见图8。

因此，系统需要引入转子预设形变量。通过热态调试时确定每块扇形板的下压极限值来调整每块扇形板的预设形变量，此次形变量设定见表1。扇形板分布见图7，转子形变示意图见图8。

密封间隙值=激光测距值-激光零位值-扇形板绝对位置-转子预设形变量

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扇形板动作判定：当计算出的间隙值大于设定范围且持续1 min，扇形板执行下放动作。当间隙值小于设定范围且持续5 s，扇形板执行提升动作。

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动作时间计算：激光传感器采集转子角钢平面在旋转一周中的间隙最小值，在PLC中通过式（1）计算，得出扇形板提升、下压的动作时间，当根据实时间隙值判断出间隙大/小，则触发下压/上提指令脉冲，持续时间为相对应的动作时间。使扇形板行至预设位置，从而保持预设间隙值。

如图9，转子角铁表面有积灰、褶皱，需要对激光测距值进行滤波，以免间隙测量值频繁波动。

5）温控模式

还是那句话：该说的话要说，该做的事要做。把媒体和球迷当成自家人，坦诚地把真实情况告诉他们，争取他们的理解和支持。现在做有点晚，好在还来得及！

4）间隙控制模式。转子角钢变形量与扇形板位移值之差即为扇形板与空预器转子径向密封片之间的间隙。将最终计算出的实际间隙值与设定间隙值进行比较，当实际间隙值大于设定值时，控制扇形板下行动作，当实际间隙值小于设定值时，控制扇形板上行动作，保持扇形板始终与径向密封片处于最佳的间隙设定值。

（1）当空预器在某一温度稳定一段时间后，下放扇形板至转子电流开始变大，然后提升1 mm，此时记录当前温度值和扇形板位置；变化一个温度段，再使用上述方法，测量出温度和扇形板位置的关系，通过几次测量后，进行函数拟合，求出转子形变量与空气进口温度和空气出口温度的函数A。

放风时，定植后棚外温度还不是太稳定，相对较低，所以要放腰风，不能放底风。进入6月份以后，外界温度逐渐升高，可以加大放风量。进入7～8月份高温季节，可以把风一放到底，同时可以昼夜放风。下雨时要及时关风，防止雨水进入棚内。温度计要挂在棚的中央，高度在作物生长点以上10厘米。随着作物生长温度计不断提升，最后定位在1.2米左右。

（2）设定漏风间隙设定值，通过函数A，即可算出扇形板当前最佳位置：

转子形变量-间隙设定值。

（3）为防止扇形板连续跟随温度变化，因此对漏风间隙值设定死区。当漏风间隙实际值持续大于漏风间隙设定值与死区值之和5 min，则向下动作至漏风间隙设定值；当漏风间隙实际值持续小于漏风间隙设定值与死区值之差1 min，则向上动作至漏风间隙设定值。

温控模式有如下特点：

①通过自学习的方式计算出转子形变量，而非传感器碰撞的方式，减少材料损耗；

四分仓密封是需要重新设计烟道，一般是和新建机组同步投入使用，现役机组很难进行升级换型。

③发生故障的概率减小，从而投运率大幅提升，进而保障较小的漏风率。

4）采用接触式弹簧密封，弹簧已脱落，扇形板损坏严重。

采用氧化镁半熔法处理样品、热水浸提时发现，因氧化镁颗粒较细且带有电荷，其在水中不易凝聚，形成的沉淀体积较大，对高铼酸根有一定的吸附作用，故试验尝试采用加入凝聚剂的方式来凝聚沉淀以减少其对铼的吸附。选取2g氧化镁和铼标准溶液为试验对象，按照实验方法，分别以氨水、硝酸铵、聚乙烯醇和氢氧化钠为凝聚剂进行试验，以铼的测定值除以理论值计算铼回收率，结果见表2。

5 多层密封结构

1）结构原理

在空预器的直接漏风中，径向漏风占比最大，可达60%以上，因此，降低径向漏风，对空预器换热效率及锅炉性能的提高最为显著。

直接漏风量可按照漏风间隙公式进行计算：

式（2）中，

k——常数；

A——漏风通道面积，m

；

在这种情形下，侦查成本与侦查效益的关系将会出现向经济学中的“边际效用递减”① 所谓边际效用递减，是经济学中的一个专业术语，指的是在一定时间内，在其他商品数量保持不变的条件下，当消费超过一定量后，随着消费者对某种商品消费量的增加，消费者从每一消费单位中所得到的效用增量，即边际效用是递减的。现象。那么侦查成本与侦查效益会有一定的交叉点，这一交叉点就是成本和效益的最佳结合点，也就是经济学中的“均衡点”。能够实现这一点的侦查决策方案就是在决策时能够满足侦查工作需要的，就是我们可以实施的决策方案。

ρ——各产生漏风部位的实际空气密度，kg/m

；

ΔP——泄漏缝隙两侧的压力差，kPa；

Z——密封道数。

根据以上计算可知，能控制的因素仅为减小漏风间隙大小和增加密封道数，因为空预器转速、烟/空气压差和转子容积在空预器和锅炉系统完成设计后即无法改变。

天然气分布式能源站可实现能源梯级利用，具有效率高、污染少等优点，可满足岛内用电、冷、热水等需求[8]。目前气电三联供系统中主要应用的发电机包括燃气轮机、燃气内燃机和微燃机等[9-10]。根据天然气电厂占地面积、经济性、调峰能力等因素，本文以技术成熟、应用广泛的6B、LM2 500和J920三种容量不同的机型[6]为例，对岛内建设天然气电厂方案进行分析比较。参考国内已投产的项目情况，上述各类机组单机容量和平均造价如表1所示。

以此为基础，在原有硬密封的基础上，增加两道柔性密封片，一方面可以增加密封道数，另一方面对空预器原始结构没有改动和破坏，并且成本最低，效果最明显。

根据仿真模拟，设定条件为密封片与扇形板之间的间距为2.5 mm，泄漏通道两侧压差为15 kPa，因为迷宫密封效应的影响，使每个腔体之间压差显著降低，增设两道柔性密封与原单道密封片相比，泄漏通道的局部流速可下降30%左右，从而起到直接降低径向漏风的作用。不同密封道数密封情况的仿真模拟见图11。