间隙程控系统专题

电站锅炉回转式空气预热器漏风间隙程控系统西安理工大学信息与控制工程研究中心一、间隙控制系统应用背景容克式空气预热器因其卓越的性能目前已经成为主流的空气预热器形式，但是这种空预器存在一个特殊的漏风问题。

容克式空气预热器的基本结构是一个装满蓄热元件的巨型转子（如图一所示）。

通过使蓄热元件交替通过烟道和风道将烟气中的余热传递给助燃空气。

然而旋转的转子与静止的外壳之间不可避免的存在缝隙，这就使部分空气直接泄露进烟道造成能源的损失。

容克式空气预热器的漏风可以分为径向漏风、周向漏风和携带漏风 ，而径向漏风又有上部径向漏风和下部径向漏风的分别。

由于空预器转子工作时下部温度低上部温度高，中间温度高四周温度低，致使空预器转子工作时呈一种特殊的“蘑菇状”变形（如图二所示）。

空气预热器下部径向变形间隙是随负荷的增加而减小的，而且下部扇型板泄露的是“冷风”只影响送引风机的出力，一般采取预留间隙的方法。

但上部变形间隙是随负荷的增大而增大的，这是与高负荷下需要更大送风量的要求相矛盾的，而且上部扇型板泄露的是经过预热后的热风，热风的大量泄露将直接降低锅炉的燃烧效率，增加煤耗。

如果不采取措施，满负荷下将有大约60%的漏风是通过上部径向变形间隙泄露的。

（图一）（图二）以300MW 机组为例,转子上部边沿的极限变形量为30mm 转子半径5米，按三角型面积公式近似计算一块扇型板就可以形成0.075平方米的漏风面积,如果能测量空预器转子外沿的变形量，并根据测量的变形量控制机械升降机构提升扇型板上下动作来补偿变形间隙，这样就可以大幅度降低空预器的漏风率（如图三所示），空预器上部漏风的减小可明显减小单位千瓦的燃煤消耗。

二、间隙控制系统的结构 空预器漏风间隙控制系统是在空预器上部扇型板上固定一个变形间隙测量探头,由该探头连续的测量扇型板与空预器转子外沿法兰之间的漏风间隙。

如果漏风间隙因热变形发生变化，则测量探头就可以将这个变化反馈给控制计算机，由计算机控制执行机构上电机的动作来调节扇型板的位置使漏风间隙始终维持在不使扇型板与转子发生激烈摩擦的最小间隙值（如图四所示）。

（图三）（图四）空预器间隙控制系统采用工业计算机和高可靠的PLC作为控制器。

由扇型板上安装的密封间隙测量装置将测量的信号传送到主控制柜，由柜内的计算机和PLC根据间隙测量值和设定值比较产生扇型板的调节信号驱动机械提升结构的电机产生动作，达到稳定漏风间隙的目的（控制系统结构如图五所示，在图上展示的系统中一次风与二次风之间的扇型板也是可调节的，与珞璜电厂实际情况有差异请注意）。

（图五）三、高温电涡流位移检测装置空预器密封间隙控制系统中的关键问题是预热器变形量的测量问题。

它的难点在于发生变形的预热器转子是运动的而且空预器内的温度接近摄氏400度同时其内部还有大量的煤灰和腐蚀性气体。

在这样恶略的环境下检测运动物体的位移是非常困难的。

由我们研制的高温型电涡流位移测量装置填补了国内在此领域的空白甚至在国外也未发现同类型的产品。

间隙测量装置的主要性能指标：1.间隙测量范围 0-10mm2.分辨率≤0.1mm3.频率响应≥50HZ4.间隙测量探头耐温≥420℃5.信号变送器耐温≥65℃6.输出信号标准 0-10mA与4-20mA 可设置7.测量装置维护周期 两年（不加冷却风装置）四年（安装冷却风装置）该冷却系统对冷却风的要求底，既可以引压缩空气也可以直接从空预器下部引冷一次风，施工非常方便。

四、间隙控制系统的调节规律1、系统的间隙调节原理mm603封堵1金属软管2法兰盘7单层波纹管 10法兰盘11波纹管5引线导出管6炉壁8探头支架9探头12通气孔4排气孔（图八现场安装的测量探头）（图六 实验台架上的探头与信号变送器）控制系统对预热器转子旋转一周的间隙信号进行实时测量从中找出最小值（即转子法兰面与扇形板之间的最小间隙值）作为调节依据。

将测量的最小值与间隙给定值进行比较，当测量值大于给定值0.3mm时，输出间隙大信号；当测量值小于给定值0.2mm时，给出间隙小信号；当测量值在给定值上0.3mm，下0.2mm之间时输出间隙正常信号。

例如：当给定值为7.0mm时，间隙信号在6.8mm-7.3mm之间为正常，在7.3mm以上为间隙大，在6.8mm以下为间隙小。

在测量信号与给定值相比大或小时，如果系统处于自动状态，系统会自动调整扇形板到正常状态。

系统每60s根据测量的间隙最小值进行一次调节，调节时间与间隙偏差的大小有关，偏差越大调节时间越长，但每次最大调节时间均小于20s，对应调节距离为1mm。

为提高系统间隙调节的稳定性，防止干扰引起的执行机构频繁动作，调节规律中增加了调节的滞后启动功能。

当回路状态由“正常”变为“大”或“小”的第一个周期并不立即进行调节，等待第二个周期的状态，如果第二个周期的状态恢复为“正常”则认为第一个周期“大”或“小”状态是由干扰引起的，如果第二个周期的状态与第一个周期的状态一致则按照相应的规律进行调节。

这样做既可以有效的防止了干扰又不会降低调节的响应速度。

由于防止了干扰引起的执行机构频繁动作，因此提高了系统调节的稳定性，间隙控制的调节流程减小了机械机构的磨损，有效延长了机构的使用寿命。

2、系统的过电流调节原理 系统还可以根据空预器主电机电流的大小自动设定间隙信号的给定值。

确定给定值时系统依次分别下放同一个空预器上的扇型板，在下放某块扇型板的过程中当空预器主电机驱动电流大于正常工作值3安培且持续时间超过0.5s 时，系统将提升该扇形板，直到电流恢复到设定值以下，再延时提升0.5mm 停止。

然后以此时的间隙信号测量值作为间隙信号给定值使系统投入自动。

这样就可以使密封间隙始终维持在0.5mm 左右，达到减小漏风的目的。

我们把这个功能称为“过电流调节”。

过电流调节不但可以自动确定间隙给定值还可以修正来自测量信号的漂移。

这项功能结合了非接触调节与接触式调节的优点，提高了系统的安全性，而且可最大限度的减小预热器的漏风量，使系统达到最佳的漏风控制效果。

3、控制系统的特点与扇型板不能调节的所谓自密封式空预器相比，我们所采用的调节式空预器密封方法在工作过程中扇型板与转子之间无磨损,探头与转子之间也无磨损,所以在一个检修周期内漏风率可以始终维持在最低值,没有漏风率随设备磨损而过电流调节流程增加的问题（如图九所示）。

同时由于无磨损扇型板和密封片的使用寿命成倍增加,减少了机械设备的维护费用。

（图九）由于我国燃煤火力发电厂在电网中经常起调峰作用，有时负荷变化很大。

从国外引进的采用探针定时检测漏风间隙并进行调节的空预器密封间隙控制系统，以及各种衍生系统并不完全符合我们的情况。

这种系统一般间隔数小时调节一次，在负荷变化后不能及时跟踪空预器的变形造成空预器漏风加大。

而我们采用无磨损的电涡流位移检测装置测量漏风间隙，它可以实时的检测漏风间隙，因此控制系统可以把漏风间隙始终调节在最小间隙值。

（两种空预器漏风控制系统的比较如图十所示）（图十）五、智能型间隙程控装置经过多年的探索和改进，在总结以往经验的基础上我们推出了全新的第三代空气预热器密封间隙控制系统。

这套系统的特点有：1.高可靠性，系统内部设计了完善的故障自动诊断功能和故障报警功能。

系统可以自动检测多种内部故障并将这些故障分为两类，对于危及系统安全的故障以闪光报警的方式提醒运行人员注意,同时在计算机屏幕以汉字显示故障种类。

对于一般性的故障系统将其记录在故障报警画面里等待维护人员在条件许可时再处理。

2.高自动投入率，系统采用连续调节规律使密封间隙始终维持在最小值，消除了间歇式调节的“假自动”现象。

同时系统可以自动修正测量探头的漂移，防止了信号漂移引起的自动解除，进一步提高了自动投入率。

3.简单的使用与维护，由于采用智能控制方法和良好的人机界面使使用户能够很方便地根据提示进行操作，而且系统的故障分析和记录功能使设备维护工作简单易行。

空预器密封间隙控制系统系统主画面六、全封闭扇型板提升机构传统的立式扇型板提升机构传动部件和行程开关暴露在外，在空预器周围的高温高粉尘环境下易发生故障。

我们从新设计的新型全封闭式扇型板提升机构不但体积小巧、可靠性高还改进了机械零位的指示功能，使用更加方便。

七、间隙控制系统业绩我们生产的空预器密封间隙控制系统自1990年起，已经应用于河北张家口发电总厂，山东潍坊发电厂，山东辛店发电厂，山东胜利发电厂，山西太原第一热电厂，山西阳泉发电厂，河南安阳发电厂，河南首阳山发电厂，河南三门峡发电厂，四川广安发电厂，广州恒运热电厂，广东湛江发电厂，广东韶关发电厂，云南曲靖发电厂，贵州安顺发电厂，安徽马鞍山发电厂，江苏彭城发电厂，安徽淮北发电厂，陕西宝鸡第二发电厂，陕西渭河发电厂，兰化发电厂，伊朗阿拉克电厂，马来西亚古晋电厂，孟加拉吉大港电厂等24个电厂，60多台机组。

目前采用新技术第三代间隙控制系统也已经应用于马鞍山电厂１号炉和２号炉，湛江电厂１号炉和２号炉，广州恒运电厂２号炉，张家口电厂4、７号炉和８号炉，辛店电厂３号炉和４号，贵州安顺电厂３号炉，重庆珞磺电厂2号炉共12台机组。

采用新系统的安顺4号和广州恒运４号炉正在施工之中。

传统立式扇型板提升机构全封闭扇型板提升机构。