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百万机组空预器漏风控制系统可靠性分析唐巍

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：唐巍

[导读] 摘要：空气预热器是火力发电厂的主要辅助设备。目前，回转式空气预热器广泛用于大中型电厂对其传热密度高的优点，结构紧凑，耐腐蚀，使用寿命长，运行费用低，尤其是在新建的大型和超大型火电机组近年来在中国。

        神华国华寿光发电有限责任公司山东寿光 262700
        摘要：空气预热器是火力发电厂的主要辅助设备。目前，回转式空气预热器广泛用于大中型电厂对其传热密度高的优点，结构紧凑，耐腐蚀，使用寿命长，运行费用低，尤其是在新建的大型和超大型火电机组近年来在中国。然而，结构漏风是回转式空气预热器的固有特点和先天缺陷，这是不可避免的，其漏风率约为8%。空气预热器漏风过多将大大增加风机出力，降低锅炉热效率，增加能耗。严重时，锅炉出力不足，机组低负荷运行，影响机组安全、经济、稳定运行。
        关键词：百万机组；空预器；漏风控制系统；可靠性
        一、回转式空预器漏风原因及分析
        （一）预热器漏风
        （1）直接漏风。空预器是一种转动机械，为防止动静之间产生摩擦，转子与空预器之间存在间隙，由于空预器内的一次风、二次风区域呈现的是正压，而热的烟气仓为负压，空气仓和烟气仓之间存在压差，导致一部分一、二次风漏入到烟气中去，这种漏风称为直接漏风。通过减小引起漏风的径向间隙、降低空气区和烟气区的压差，是降低预热器漏风的主要途径。
        （2）携带漏风，是三分仓空气预热器所固有的漏风，是因旋转的转子经过一、二次风侧，再转到烟气侧时，转子的空腔携带空气而造成的，这部分漏风是不可避免的。空预器的转速越快，携带漏风量就越大。为满足加热空气温度的需要，提高换热器的效率，有效降低锅炉的排烟温度，空预器的设计转速大都较低，约为1r/min，因此携带漏风量在总漏风量中占比很小。所以回转式空预器的漏风以直接漏风为主。
        （二）空预器直接漏风的原因分析
        空预器转子在热态时，热烟气端温度高，转子的径向膨胀较大，冷一二次风端温度低，膨胀小，并且由于中心轴向上膨胀，中心部上移多，外缘上移小，形成“蘑菇状”变形，导致出现扇形密封板与转子、静子端面的密封间隙，形成三角状的漏风区，从而使空预器漏风量增大。
        （三）检测装置可靠性差
        机械式传感器在长期运行过程中，受高温，磨损等因素影响，检测的安全性低，自动控制系统不能工作。当传感器本身发生机械变形，做出扇形板上下行动作时，由于会直接引发传感器故障，从而发出警报自动摆脱规则控制，转变为温度控制模式。另外，传感器的二级开关出现了调节异常。在长期运行中，传感挂钩杠杆存在生锈，刺刀等问题，使扇形板自动投入时，可直接按二级开关自动提高温度调控模式。另外，第二阶段开关的螺栓也被打开，出现了传感器故障导致的申报问题。当这种检测装置发生故障时，控制系统就无法进行可靠的投入，使空预器的间隙得到最大的调整，降低了正常运行的经济性。
        （四）就地元件单一保护可靠性低
        系统的所有控制信号都来自就地的开关。因此，开关坏掉后相应设备损坏的可能性很大。特别是漏风控制系统的安全保护开关都是单一的保护，保护控制的可靠性低，没有应有的保护功能。一旦得不到保护，特别是在扇形提升或向下移动的过程中，会发生一些设备损坏，例如螺栓的损坏，传感器的弯曲等，给空预器的正常工作带来一定的安全隐患。
        二、可靠性分析与优化
        针对以上问题，从提高控制系统可靠性出发，可以从以下两大方面对空预器漏风控制系统安全可靠性进行一些优化，保证空预器漏风控制的安全可靠运行。
        （一）优化提供一种新的监控系统
        目前，漏风控制系统为单一PLC就地控制，类似一个信息孤岛。而目前消除信息孤岛是电厂实时监控近几年来的发展方向。

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为此，充分利用DCS的现有信息资源和操作平台，同时利用PLC就地控制的优势和工业以太网高速通讯技术，采用通讯方式，建立一套基于PLC控制的DCS在线监控系统，消除信息孤岛，提高系统运行的可靠性。
        利用MCDBUS通讯方式，漏风控制系统将就地PLC控制信号通过通讯卡以打包形式送至DCS系统通讯模块（所有传输信号均为打包16位制模拟量信号），通过专用的模/数转换模块将打包信号进行数据格式转换，然后在DCS系统上进行逻辑组态，生成空预器漏风控制系统监控画面。根据漏风控制的操作要求，在DCS上实现就地PLC相关操作功能和监控数据显示；特别提供了自动跟踪、强制提升和紧急停机三种功能，同时按等级进行闭锁操作。通过这种基于PLC控制的DCS监控系统，有效地规避了运行人员无法在线监控扇形板投入情况的风险，便于根据实时工况进行在线操作及时处理就地设备异常，提高了系统安全运行的可靠性。
        （二）系统安全保护单元的可靠性优化
        针对目前就地控制保护元件运行的不可靠性，对就地保护的开关采用容错的设计理念进行优化布置；利用其他辅助参数参与调节和保护。通过这些方法提高控制系统安全保护的可靠性，有效规避保护元件的误动和拒动，确保控制系统的有效可靠投入。
        1）引入双重限位保护
        为了防止漏风控制系统在提升过程中发生完全恢复开关故障而造成空预器提升装置及一些控制设备的损坏，增加空预器漏风控制系统扇形板上限位开关。即在每个扇形板提升杆上增加上限位开关，与原漏风控制的完全恢复开关串接在一起，任动作即停止空预器提升装置电机。
        2）引入空预器电流保护与调节
        为防止空预器漏风控制在运行中发生扇形板与空预器发生摩擦现象，而目前空预器漏风控制又不能很好的检测到，这可能造成扇形板和空预器相关设备更大的损坏。因此，提出增加空预器漏风控制过电流信号，利用空预器主电机电流信号，设置一个定值，当主电机电流超过该定值后，过电流保护动作，紧急提升一侧空预器漏风控制的三个扇形板至上限，从而避免漏风控制设备的损坏乃至故障的进一步扩大。
        另外，针对自动投入时检测装置不可靠的问题，系统可引入空预器电流作为备用的安全保护调节。在扇形板下降的过程中实时监控空预器电流的反馈值，当电流变化量超出常态一定比例（如20%，可随机设定）时即向上提升扇形板--定距离（如3m，可随机设定）。提升到位后监测电流变化情况，如趋于稳定则扇形板停止，待电流变化后再次提升或下降。如电流继续变大或没有趋于常态，继续上提，直至达到完全回复。
        3）设定探测超时保护
        在DCS或PLC控制逻辑上，设置限时环节以限定每次探测的升和降的最大时间，一旦超时，则自动暂停传感器升降，发出相应的探测超时报警信号，并作紧急提升.有效避免控制系统异常或停机时扇形板提升过大导致提升装置及扇形板损坏的问题。
        此外，在提高漏风控制系统可靠性方面，还应加强对空气预热器漏风控制系统的维护，特别是传感器测量部件要定期检查、校验，确保显示、动作正常。另外，对漏风控制参数要进行定期巡检，分析模拟量及开关量动作情况，一有异常到就地进行检查特别是机组启停前，确保各项参数正常，保护开关良好，确保漏风控制系统的有效可靠投入。
        三、结语
        通过漏风装置投运前后的对比，空气预热器漏风率由10%下降到6%左右，说明漏风风险控制装置对减少空气预热器直接漏风是有效的，装置运行维护成本低，自动化程度高，操作方便。漏风装置投运以来，预热器漏风明显减少，全厂用电率大大降低，减少了预热器排烟口烟温的虚降，真实反映了锅炉排烟温度，为操作人员的燃烧调整提供了实际依据。应用泄漏风险自动控制系统，可以有效降低空气预热器漏风率，提高锅炉热效率，大大降低发电煤耗。
        参考文献：
        [1]胡峻榕.百万超超临界机组风烟系统能效评价与诊断的研究[D].华北电力大学（北京），2017.
        [2]陈志恒.660MW机组空预器节能及防堵改造研究[D].华北电力大学，2016.