空气预热器扇形板控制装置升级与调试

张忠新，田永丰

(国能粤电台山发电有限公司，广东 江门 529228)

在电站锅炉中，空气预热器是一个利用尾部烟道中烟气的余热来加热空气的热交换设备[1]。回转式空气预热器是一种转动机械，无论是受热面转动还是风罩转动，在空气预热器的动、静部件之间总要留有一定的间隙，以便转动部件运动。回转式空气预热器存在动、静部件之间间隙漏风的问题及携带漏风的问题。空气预热器采用径向-轴向、径向-旁路双密封系统，这样就可以使密封处的压差减小一半，从而减少漏风。空气预热器热端扇形板与转子顶部的径向密封片配合，二者构成热端密封装置。对空气预热器漏风的控制，是通过热端的扇形板自动跟踪转子变形以减小泄漏间隙实现的。对冷端、轴向及旁路密封采用预留间隙的方法来实现减少漏风，冷端密封间隙的预留以其热态间隙最小为原则。

1 空气预热器密封控制系统的作用

空气预热器热端泄漏是由热端到冷端的温度变化引起的[2]。烟气、空气相向流经空气预热器转子，造成热端温度比冷端温度高很多，导致转子向冷端膨胀弯曲，使得空气预热器转子呈蘑菇形。冷、热端温度偏差增大，使转子热端径向密封与扇形板之间的间隙增大，泄漏区域的面积增大。

热端密封控制系统可驱动热端扇形板向转子方向移动，以减小泄漏面积，减少漏风量，减少锅炉风机的能耗损失和锅炉排烟热损失[3-6]。扇形板的位置依据转子变形传感器信号控制，传感器可监测扇形板外端与转子径向密封间的接近程度，以建立最小的密封间隙。

2 机械式间隙探测构成的扇形板控制装置

对600 MW以上电站锅炉应普遍配置由机械碰撞探测开关测量扇形板与转子间隙的扇形板控制装置。扇形板控制装置由可编程序控制器、手动控制箱、间隙传感器、限位开关箱、扇形板提升执行机构、电源箱组成，另外包括空气预热器进口烟气温度元件、转速测量仪表和冷却气源。

机械碰撞探测开关式间隙探头是一种四重套装结构。它能探测到扇形板到转子圆周角钢的相对位置。它相对于空气预热器顶部外壳可移动，并能够跟随扇形板移动，其微动的敏感原件是一根探杆，探杆连接着传动杠杆，杠杆末端可以触发微动开关，发出开关量电信号。

自动方式下，这一装置采用周期性的程序控制。扇形板每隔6 h与相连的机械碰撞探测开关一起下行，来“寻找”转子，微动开关触发则上行3 mm，如此循环。必要时加大动作频率，尤其在烟气温度变化较快时，应缩短周期，以逼近连续闭环控制的效果[7]。正常运行或当锅炉启动或变负荷运行时，应1 h动作一次。考虑杠杆动作的空行程，以及为了安全性而设置的正间隙偏置量，实际的扇形板运行间隙应有所增加。如果由扇形板摩擦导致的空气预热器电机电流刚刚上升，同时微动开关被触发，则扇形板的运行间隙将变为最小值3 mm。

冷态调试时，确认空气预热器转子温度为常温，扇形板置于机械刻度零位，则探杆应与转子径向密封圈上的楔形块保持距离应为0.8～1.2 mm。冷态调试的目的是为热态调试做好准备。热态调试以空气预热器电机电流刚刚上升为扇形板处于零间隙的特征量，辅以考虑仪表的机械空行程和保证安全性的偏置量为指标。

转子圆周角钢上的楔形块丢失、微动开关空行程大、探测周期短等将造成探杆螺纹冲击磨损严重。如果在扇形板上行止点处，探杆仍然与转子楔形块碰撞，则探杆将碰断。由于转子圆周角钢上的传感瓣与探杆的探测头呈周期性的碰撞，周期越短，探杆机械磨损越严重，探杆应配铜材质螺帽以保护探杆的安全。

3 激光测距构成的扇形板控制装置

为了完成污染物排放总量的控制要求，以及提高生产效率和节能降耗，有必要进行空气预热器扇形板控制装置技术的升级。对该装置进行系统升级，取消PLC柜，改为由DCS系统完成控制逻辑，扇形板控制器避开了生产现场恶劣的环境，给值班员在远处提升扇形板带来方便。探测扇形板与转子间隙的机械式碰撞开关改为激光式，进行实时监测，实现将开环控制方式升级为闭环调节方式。

激光测距仪表与空气预热器顶部外壳硬连接，可测量转子绝对变形；激光测距仪表与扇形板硬连接，可测量扇形板与转子间隙。前一种安装方式容易实现。

闭环控制在设计时应考虑被控对象的以下几个特点：执行动作较慢，控制过程周期较长；必须高度重视被调量的负偏差；厂用电失去时扇形板仍能够提升到安全位置[8-10]。扇形板控制逻辑见图1。间隙设定值应有限幅处理，防止间隙过小。

图1 扇形板自动控制逻辑

每块扇形板应设置就地控制箱，有就地、远方操作功能和切换开关。

当激光测距仪表出现故障时，扇形板控制模式切换到温控模式。在温控模式下，扇形板的绝对位置将随由空气预热器进口烟气温度决定的位置曲线变化。

由于执行动作较慢，扇形板调节过程必然是非周期过程，不存在过调现象。若间隙测量精度、执行器精度合适，设置一定的正间隙设定值，则可以较好控制被调量的负偏差情况，杜绝扇形板与转子的摩擦。

由于扇形板控制逻辑在DCS柜完成，能够方便地引用空气预热器电机电流超限信号作为扇形板与转子间隙接近零时的超驰动作信号。操作人员操作时监视电流即可保证安全。

DCS控制柜后备电源及扇形板驱动电动机后备电源分别为电池组和柴油发电机。在DCS柜失去电源时应立即完全提升扇形板，此时DCS柜继电器的常闭触点接通电机提升回路，扇形板提升以完全回复开关动作为上止点。在厂用电出现故障时，柴油发电机带载的保安段电源能够驱动扇形板提升，值班员应及时按下扇形板控制退出按钮，以完全提升扇形板。空气预热器停转时动作同上。扇形板保护提升指令逻辑图见图2。

图2 扇形板保护提升逻辑

扇形板控制退出状态由退出按钮触发，该状态下扇形板将提升到上止点。

扇形板运行间隙越小，控制装置故障抢修的时间窗口越窄，因此要求后备操作功能必须完备。例如：手动摇柄齐全，转向标识清楚，就地控制柜完好，就地操作工序清晰；驱动螺杆正反转标识清楚；电动机接触器驱动方向标识清楚；保护功能定期实验正常。

4 结论

空气预热器扇形板控制装置的性能直接影响着空气预热器的安全性，也影响着发电机组的经济性。须认真调试和记录激光测距仪表才能正确判断扇形板与转子运行间隙。做好全部信号传动，做好保护功能定期实验，可为扇形板控制装置的安全运行做好准备工作。停机时注意标定扇形板位置棒图，与机械标尺一致，确保数值准确、数字量报警信号正确。冷、热态调试记录数据应记录完整，运行和检修人员应以此为依据，共同讨论合适的间隙设定值。当设定值满足经济性和安全性两方面要求时，可以避免空气预热器设备损坏、避免维修策略的偏差。

精准控制空气预热器扇形板工作是节能减排重要的基础工作之一，测量仪表和控制逻辑均需要升级。为了运行在最小热端间隙，应允许空气预热器电机电流微小上升。