新型漏风控制系统在1000MW超超临界火电机组中的应用

李德

摘要：如今，对于锅炉燃烧控制的高效能运行、安全性能以及节能消耗的要求越来越高。在分析我国首台研发的1000MW超超临界火电机组空预器间隙系统控制结构的基础上，针对1000MW超超临界火电机组锅炉中，空气预热器存在的漏风问题，结合系统工作原理，构建新型漏风控制系统，提出有效的控制方法。基于PCL系统，确保改善1000 MW超超临界火电机组空气预热器的漏风问题，真正实现运行稳定、系统性能可靠，确保1000 MW超超临界火电机组的环保、高效、安全等性能。

关键词：新型漏风控制系统；1000MW；超超临界机组

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号1672-3791（2016）10（c）-0000-00

Abstract：Today， the demand of highly effective operation， safety performance and energy consumption of a boiler combustion， is higher and higher. This paper analysised the research and development of China's first 1000MW ultra supercritical thermal power unit air preheater clearance system control structure， on the basis of boiler for 1000MW ultra supercritical thermal power units， the problems of air leakage in air preheater， combining with the working principle of the system， building new leakage risk control system， and putting forward effective control method. Based on PCL system， improving the air leakage problem of 1000 MW ultra-supercritical thermal power unit. To ensure the environmental protection， high efficiency， safety performance of 1000 MW ultra supercritical thermal power generating unit.

Key words： New leakage risk control system； 1000 mw； Ultra supercritical unit

电力行业对整个国家而言占据重要地位，电力行业的稳定运行是保证人民正常生活和生产的技术，电力行业的技术发展水平直接关系到整个国家地区的发展。随着时代的不断发展，我国现代化建设对电力方面的需求越来越高，燃煤火力发电机组成为我国电力发展过程中不可缺少的重要部分。1000 MW超超临界火电机组空气预热器是火力发电设备中最重要的系统，空气预热器位于锅炉尾部，主要用于提高锅炉的热交换性能，降低能量消耗，其原理是锅炉尾部烟道中的烟气，通过内部散热片将进入锅炉前的空气预热到一定程度。在空气预热器中最常用的是回转式空气预热器，因为它具有耐腐蚀、运行费用低、传热密度高等优势，所以被广泛采用，尤其在我国近年来建设大型火电机组工程中，采用的全都是回轉式空气预热器。

本文结合超（超）临界机组的发展与改进，对1000 MW超超临界火电机组进行分析，针对1000 MW超超临界火电机组空气预热器的漏风问题，进行深入详细的分析，并基于PCL系统构建出新型漏风控制系统，旨在提高1000 MW超超临界火电机组的环保、高效、安全等性能。

1 1000MW超超临界火电机空气预热器间隙系统控制结构

本次研究的研究对象是许昌龙岗发电有限责任公司1000MW燃煤发电机组空气预热器中的新型自动跟踪系统，型号为GJC-111型，是由西安智通公司开发研制出的。

锅炉中安装的控制系统，上位计算机、PCL、空气开关、信号隔离模块等元件具有控制作用，控制着空气开关、中间继电器数字式仪表以及交流接触器等元件；上下限位接近开关等元件具有操作作用；信号放大器板和冷却风扇等元件具有传递信息作用。采集转子和扇形密封板之间的间隙信号，然后经过信号放大器输出电流信号。在自动状态下，间隙探头测量出来的数据会被系统进行计算，得出处理之后的间隙大小，活动式扇形密封板会自动升高或降低，维持转子和扇形密封板之间的间隙设定值。

1.通过PCL控制系统和DCS监控软件，实施间隙的设定与系统中故障记录的现实。

2.引入空气预热器进行调节。将其引入电流参与密封间隙进行调节，利用智能控制系统进行合理判断，控制扇形密封板位置，可改善系统的自动投入率。

3.系统中安装监控软件，可以随时诊断出存在的故障问题。系统中可自动诊断内部故障，最常出现的两种故障分别为：（1）出现正常故障报警，一般都是显示报警画面，等有条件后进行处理，这样一来有效提高了系统安全，且简便了设备使用和维护。（2）如果出现故障导致系统无法正常运行，系统会通过监控软件进行光字报警，随后显示在屏幕上，使人员可以及时处理；

2 1000MW超超临界火电机空气预热器间隙控制系统功能

由西安智通公司生产的空气预热器间隙测量探头配置，它的设计是采用高温传感器，400℃条件下，也能以正常运行状态对空气预热器进行监测，由于高温传感器存在原理上的限制，其最大间隙距离为10mm。

2.1 PLC实现功能

1.调节空气预热器间隙信号，是通过运算处理、下降动作、实时采集、发出机构上升、给出间隙信号等过程进行的。

2.根据就地柜与程控柜按钮动作信号、停转输入信号及处理过载，给出相应的动作信号。

3.通过实时采集、运算处理、给出的过流信号等进行电机电流信号的过流调节。

2.2上位机实现功能

1.根据PLC系统，计算出电流值和动态间隙值，并将其通过屏幕显示出相应的条形图或数字。

2.设定电流给定值和动态间隙给定值，并传入PLC系统。

3.通过PLC得知间隙调整、程控柜按钮动作信号、过流动作信号，然后通过屏幕显示出图片形式信息和相应位置。

4.显示出图片形式的间隙信号历史曲线。

5.每日定期清理故障记录和检查故障信号。

2.3间隙信号检测与调节功能

预热器转子旋转一周后的转子根据自动系统，在各个间隙之间收集信号，采集到其中最小值，作为回路测量值。将最小值与给定值进行比较，如大于给定值0.3mm，则输出的间隙信号大，如小于给定值0.2mm，则输出的间隙信号小。如果触发时间及给定值信号与测量值之间存在正比，则触发时间会越大，偏差会越大，但是触发的时间上限是20s，对应的调节距离为lmm；如测量值介于给定值上0.3mm和下0.2mm之间，则输出的间隙信号正常，扇形密封板则不运行。为避免执行机构动作操作频繁，需防止干扰并调节规律，提高间隙系统调节的稳固性。

3基于漏风控制系统分析空气预热器漏风问题

许昌龙岗发电有限责任公司1000MW燃煤发电机组空气预热器中，采用的是回转式空气预热器（如图3-1所示）。主要部件中包含一个作为热交换元件的低速转子，其为直径10米以上。高速烟气一般由上而下经过转子左侧，然后对转子中的蓄热元件进行加热，将已加热的蓄热元件转入右侧，空气会由下自上经过蓄热元件，将热量带出，最后实现预热空气的目的。

空气预热器是转动机构，因此运动部分和固定部分之间存在一定间隙，且烟气和空气之间也存在一定压力差，因此无可避免的会存在漏风问题。尤其是在热态运转时，转子下位温度低，上位温度高，满负荷状态下工作，烟气入口温度可达350℃左右，烟气出口温度可达120℃左右。在这种条件下，转子就会发生变形现象，在1000MW超超临界火电机组中，转子发生变形可使外缘下垂32mm以上。

空气预热器存在的冷端径向、旁路和轴向间隙，可利用冷态调节方法，保证间隙在转子遭遇变形时也能具有很好的密封性。此外，可以利用自动跟踪转子热态变形软件，确保转子和热端上部扇形板之间的密封间隙，无论是在满负荷运行还是负荷变动时，都能维持密封状态。空气预热器存在的漏风现象，与跟踪转子形变有关，因此需要调节扇形板的密封装置，进而达到最有效的密封间隙，降低出现机组漏风现象的概率。

4 1000MW超超临界机组漏风控制系统设计

许昌龙岗发电有限责任公司1000MW燃煤发电机组空气预热器，使用的是西安智通公司的空气预热器间隙测量探头配置，本文结合机组漏风现象，基于系统运作原理设计出新型漏风控制系统。

4.1系统工作原理

漏风控制系统主要是由间隙测量机构、安全保护连锁机构、执行机构、就地主控站、远程操作站、温度辅助控制机构六大部分组成。

上文中将PLC系统与收集的间隙信号给定值进行了相关比较，总结出执行机构的动作方向、动作时间分别根据偏差值正负和偏差大小来判定，然后根据收集到的间隙信号正确地控制指令，形成自动调整间隙控制系统，使间隙始终保持密封状态，从而降低空气预热器的漏风问题，达到节能、降低损耗的目的。

4.2 PLC系统

PLC系统由双机热备控制系统组成，控制系统是由两台ABSLCS、05CPU组成的双机热备系统，两者相互备份和运行检测。机组正常运行时，CPU作为主要的处理器处理着所有运行的数据。留一台CPU备用，在对主处理器运作进行监测时，需要通过BSN模块进行数据备份，如果主处理器出现故障和停机状态，则备用的CPU就可以立即投入使用，两台主处理器的切换使用，有效地确保了系统长期稳固的运行。BSN模块负责与远程站连接并进行数据传输，远程I/O利用的是现场运行信息，通过ASB模块与PLC数据链路两台处理器之间进行传送。

4.3安全保护连锁机构

为了确保漏风控制系统的可靠、稳定运行以及安全，还需要制定安全保护方案：加载机构力矩保护、转子停转的保护、转子电流超限的保护等。机组中每个运行系统都需要采取保护措施，确保保证整个机组可以正常运作。

4.4温度辅助控制机构

本文利用温度控制装置改进空气预热器漏風控制系统，在系统中放置多种温度传感器，收集空气预热器内部的温度信息。转子平面钢结构遇热就会发生变形，且转子变形情况与受热温度存在非线性关系，PLC系统通过收集温度信号，计算出内部转子形变量与数据控制扇形板位移。转子受热后变形得出的数学函数公式如下：

上式中，K代表金属碰撞系数，Th代表转子受热的温度量，Tc为转子受冷的温度量，H为转子内部传热元件的总温度量，R为转子半径。在预热器设计结束后，R、H作为定值，K会因为温度的变化幅度变小而成为常数。因此，由于转子上下金属具有温差关系，因此转子在受热发生形变量。转子上下部的温度就是烟气温度平均值，而由于烟空气入口和出口温度处于平衡状态，因此转子的形变量就是烟气进口和空气进口两者之间的函数。

PLC系统控制漏风控制系统，传感器通过收集温度数据进行扇形板移动位置的控制，进而构成间隙漏风控制系统。本次研究将温度控制模式引入漏风控制系统中，在实际应用中可以取得有效的控制效果。

5总结

本文主要以许昌龙岗发电有限责任公司1000MW超超临界燃煤发电机组漏风控制系统为研究对象，分析控制系统的优势及控制策略，基于PLC控制技术，构建了1000MW超超临界燃煤发电机组新型漏风控制系统，使漏风控制系统获得了良好的控制效果。

本文首先介绍了1000MW超超临界火电机空气预热器间隙控制系统的主要功能，并分析出漏风控制系统分析空气预热器存在的漏风问题，随后进行了各项定值分析和PLC系统的控制分析，对漏风控制系统存在漏风问题的原因进行探讨。在分析漏风控制系统工作原理的基础上，将安全保护锁、新型温度辅助控制模型等模块引入漏风控制系统中，全面提高机组的自动控制技术，从而达到真正改善控制的效果。对超超临界1000MW机组漏风控制系统进行研究，能有效提高漏风控制系统的可靠性、节能性及安全性。此外，还有效避免了空气预热器漏风问题，且引风机和送风机的大量耗电情况也有了明显改善，为公司带来节能降低损耗、可靠、稳定运行以及安全的1000MW超超临界火电机组。

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