劉鳳友，盛 偉，席澤艷，周 朋，高清河

(1.國家電投內(nèi)蒙古能源有限公司,內(nèi)蒙古 通遼 028000; 2.沈陽工程學(xué)院 研究生部,遼寧 沈陽 110136; 3.山西兆光發(fā)電有限責(zé)任公司,山西 霍州 031400；4.吉林瑞萊堡電力科技有限公司,吉林 長春 130114)

隨著近些年國內(nèi)大容量機組的不斷擴建，回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的應(yīng)用也越來越廣泛。回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率的高低是衡量其是否節(jié)能的重要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)[1]。因此，研究回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的密封技術(shù)，降低漏風(fēng)率具有十分重要的現(xiàn)實意義。

目前，回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的密封技術(shù)主要有以下7種[2]：多密封技術(shù)、可調(diào)式密封技術(shù)、柔性密封技術(shù)、間隙自補償技術(shù)、加壓密封技術(shù)、疏導(dǎo)密封技術(shù)和四分倉結(jié)構(gòu)。應(yīng)用較多的則是多密封技術(shù)與可調(diào)式密封技術(shù)的聯(lián)合。其次是采用柔性密封技術(shù)，但該技術(shù)需要及時對設(shè)備進行檢修和更換，才能保持較低的漏風(fēng)率。間隙自補償技術(shù)、加壓密封技術(shù)、疏導(dǎo)密封技術(shù)和四分倉密封技術(shù)雖然也能降低漏風(fēng)率，但由于實際應(yīng)用太少，其可靠性和應(yīng)用效果有待考察。多密封技術(shù)是指在空氣預(yù)熱器的徑向、軸向以及周向都安裝2道及以上密封片，包括雙密封技術(shù)、固定式密封技術(shù)以及三密封技術(shù)?？烧{(diào)式密封技術(shù)中的間隙跟蹤密封技術(shù)，是利用機械傳感器定時監(jiān)測轉(zhuǎn)子的變形狀態(tài)，然后執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)反饋信號調(diào)整扇形板高度，從而減小漏風(fēng)間隙，降低漏風(fēng)率。該密封技術(shù)對傳感器要求較高，并根據(jù)多年的運行情況總結(jié)發(fā)現(xiàn)，間隙控制系統(tǒng)中的間隙測量環(huán)節(jié)最容易出現(xiàn)故障。因此，對間隙測量的主要設(shè)備——機械傳感器問題的研究具有十分重要的意義。

1 機械傳感器的研究現(xiàn)狀

機械傳感器是間隙控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，包含行程限位開關(guān)、初級限位開關(guān)、次級限位開關(guān)以及傳感器探頭。其中，傳感器探頭安裝在具有高溫、高腐蝕以及高粉塵環(huán)境下的空氣預(yù)熱器內(nèi)部。在這種惡劣的環(huán)境中，傳感器探頭一旦損壞將無法在線更換，且使傳感器間隙測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確；傳感器的初級限位開關(guān)和次級限位開關(guān)安裝位置狹小，周圍環(huán)境溫度過高，出現(xiàn)故障后也無法及時更換，對維修造成極大的困難。

近些年以來，針對以上傳感器所存在的問題，國內(nèi)一些學(xué)者提出了相應(yīng)的解決措施。如楊劍、余振華等人在空氣預(yù)熱器間隙控制系統(tǒng)有關(guān)探針的改造方面，提出在空氣預(yù)熱器探頭上面加裝壓縮空氣冷卻回路，從而改善空氣預(yù)熱器探頭的工作環(huán)境，延長其使用壽命[3]；藍奇和農(nóng)正提出采用陶瓷金屬化方法制造間隙傳感器，從根本上解決了傳感器在高溫環(huán)境中使用時出現(xiàn)的問題，滿足實際使用需求[4]；杜航和岳繼光在密封間隙測量探頭的安裝上提出，使探頭端面到轉(zhuǎn)子法蘭上表面的距離與扇形板到徑向密封片的距離相等，以便檢測轉(zhuǎn)子法蘭上表面，使測量信號更加準(zhǔn)確[5]；樊兆恩對600 MW 鍋爐回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器間隙控制系統(tǒng)的應(yīng)用進行了分析，基于間隙探頭安裝位置不合理會影響間隙探測信號值的問題，詳細介紹了安裝間隙測量探頭的注意事項[6]；劉建國對300 MW機組空氣預(yù)熱器間隙控制系統(tǒng)漏風(fēng)進行研究，在解決探針壽命短問題上提出從壓縮空氣或一次風(fēng)道中取出冷卻風(fēng)送入冷卻風(fēng)系統(tǒng)，從而改善了探針?biāo)幍墓ぷ鳝h(huán)境[7]；何俊松針對在空氣預(yù)熱器機械傳感器漏風(fēng)控制系統(tǒng)的研究中提出用激光傳感器替換機械傳感器，每臺空氣預(yù)熱器共用一套激光傳感器的方法，取得了良好的效果[8]。

雖然以上學(xué)者的研究都是針對機械傳感器的，但他們對傳感器的改進措施主要集中在改善傳感器所處的惡劣環(huán)境或者是直接改變傳感器方式，并沒有針對傳感器探頭本身安裝的研究。

2 機械傳感器的改進

2.1 機械傳感器故障的改造方案

引起機械傳感器發(fā)生故障的原因主要有一下幾方面：

1)傳感器探頭故障

由于傳感器探頭安裝在具有高溫、高腐蝕以及高粉塵環(huán)境下的空氣預(yù)熱器內(nèi)部，在這種惡劣的環(huán)境中傳感器探頭一旦損壞將無法在線更換，使傳感器間隙測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

2)傳感器限位開關(guān)故障

限位開關(guān)距離熱源較近，周圍環(huán)境溫度高，使其使用壽命很短，環(huán)境溫度使維修工作人員無法對其進行及時更換。

3)傳感器安裝位置受限

傳感器安裝在空氣預(yù)熱器的狹縫里，環(huán)境溫度高且散熱效果低，在調(diào)試過程和維修過程中存在許多不方便的地方，增加了維修難度。

為了能更好地解決以上機械傳感器可能發(fā)生的故障問題，某電廠經(jīng)過研究和測試，對傳感器進行了一些改進：

1)在空氣預(yù)熱器內(nèi)部的傳感器探針及其限位開關(guān)、工作開關(guān)等均使用耐高溫材料，保證了工作壽命，從而使系統(tǒng)安全性得到保證；

2)探針可以直接從空氣預(yù)熱器內(nèi)部拔出，無需維修人員進入預(yù)熱器內(nèi)，使維修過程方便，這對解決傳感器探頭故障引起的間隙測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確有重要意義；

3)在安裝方面，只需要先將設(shè)備固定管焊接體固定在原設(shè)備法蘭上，再將探針固定管焊接體固定在設(shè)備固定管焊接體上，最后將設(shè)備底板固定在設(shè)備固定管焊接體上，聯(lián)接各處氣動管接頭即可。

機械傳感器探針裝置安裝示意圖如圖1所示，其工作原理：空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子變形量的檢測是通過伺服馬達(汽缸)帶動探針下移，探針與轉(zhuǎn)子端面接觸，從而能實時檢測出轉(zhuǎn)子的變形量，系統(tǒng)以此變形量去控制扇形板馬達，進而達到扇形板與密封片間保持固定的距離，保證密封效果。探針原理設(shè)備圖如圖2所示。

圖1 機械傳感器探針安裝

圖2 空氣預(yù)熱器探針機械原理

2.2 新傳感器探針的機械原理

探針的安裝位置以及周圍環(huán)境在改裝前、后沒有發(fā)生大的變化，但探針安裝形式以及各限位開關(guān)的材料性能有較大的改進，改裝后探針設(shè)備安裝過程較之前簡單并且易于維修，同時采用耐高溫材料的各種開關(guān)保證了設(shè)備的使用壽命。每一個扇形板上都配有一個扇形板提升裝置且在扇形板右側(cè)安裝有一個探針設(shè)備。扇形板提升裝置與探針布置如圖3所示。

圖3 扇形板提升裝置與探針布置

1)動作說明

圖4為探針開關(guān)安裝示意圖。

伺服馬達帶動探針下移，當(dāng)高溫軸承與轉(zhuǎn)子端面接觸時，觸發(fā)工作開關(guān)，此時伺服馬達停止，PLC有位移信號輸出，此位移量就是轉(zhuǎn)子的變形量。隨后，伺服馬達反轉(zhuǎn)，再繼續(xù)測量，共測量6次，這6次的平均值就是該處轉(zhuǎn)子的變形量?？刂葡到y(tǒng)使用此變形量去控制扇形板馬達轉(zhuǎn)動相應(yīng)的圈數(shù)，使扇形板與密封片始終保持固定距離。測量頻率可以設(shè)定為30 min。每次測量后，探針再下移，保持高溫軸承與轉(zhuǎn)子端面距離為1～2 mm，此時應(yīng)用初級限位開關(guān)和次級限位開關(guān)確保扇形板與密封片不會卡死，傳感器的限位開關(guān)安裝示意圖如圖5所示。當(dāng)預(yù)熱器有故障或者轉(zhuǎn)子變形突然很大時，保證扇形板升到最高位置，扇形板開關(guān)安裝示意圖如圖6所示。

圖4 機械傳感器探針開關(guān)安裝

2)安全性保證

該裝置設(shè)有初級限位開關(guān)和次級限位開關(guān)，以保證在預(yù)熱器出現(xiàn)故障時，扇形板升到最高位置，避免扇形板與密封片摩擦而造成事故。

3)精度保證

轉(zhuǎn)子的變形由PLC系統(tǒng)發(fā)出的脈沖數(shù)檢測，可保證精度在0.1 mm之內(nèi)。

4)低摩擦結(jié)構(gòu)

探針裝置與轉(zhuǎn)子端面接觸處使用的是耐高溫軸承，接觸時是滾動摩擦，對裝置的沖擊小。耐高溫軸承裝置示意圖如圖7所示。

圖5 機械傳感器限位開關(guān)安裝

圖6 機械傳感器扇形板開關(guān)安裝

3 工程應(yīng)用

某電廠3#、4#機組為600 MW燃煤發(fā)電機組，鍋爐的最大連續(xù)出力為2 027 t/h，其類型為超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈直流爐，四角切圓燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、半露天布置、全鋼構(gòu)架的∏型直流爐。配有2臺型號為2-32VI-2185(2300)SMRC的空氣預(yù)熱器。為了解空氣預(yù)熱器漏風(fēng)問題，該電廠于2017年5月18日至5月19日分別對3#、4#機組進行空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)試驗。跟據(jù)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的一般要求，在燃用設(shè)計煤種、鍋爐額定工況下，空氣預(yù)熱器的總漏風(fēng)率在機組投產(chǎn)第一年內(nèi)不高于6%，運行一年后不高于8%。根據(jù)該電廠機組的實際狀況， 3#機組分別在550 MW和450 MW兩種負荷下進行空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)試驗，4#機組在550 MW負荷下進行空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)試驗。

圖7 耐高溫軸承裝置

空氣預(yù)熱器漏風(fēng)計算公式如下：

式中，α1為空氣預(yù)熱器煙氣入口過量空氣系數(shù);α2為空氣預(yù)熱器煙氣出口過量空氣系數(shù)；δ為漏風(fēng)率。

改裝前，3#機組在510 MW負荷下空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率為A:4.6%、B:5.5%；在450 MW負荷下空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率為A:5.2%、B:6.2%。由于測得的漏風(fēng)率相對較高，廠家在探針改進后調(diào)整了空氣預(yù)熱器的間隙設(shè)定，以此減少漏風(fēng)量，詳細調(diào)整的參數(shù)如表2所示。調(diào)整間隙后，通過測試得出，在520 MW負荷下空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率為A:3.4%、B:3.8%；在480 MW負荷下空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率為A:3.5%、B:4%，總體漏風(fēng)率較低，基本滿足漏風(fēng)率4.5%的設(shè)計要求。

表1 空預(yù)扇形板間隙設(shè)定數(shù)據(jù) mm

同時，將改進后的探針設(shè)備用于4#機組空氣預(yù)熱器進行測試調(diào)整，在550 MW負荷下空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率為A:4.4%、B:4.3%，顯然總體漏風(fēng)率較低。

4 結(jié) 論

通過對某電廠3#、4#機組空氣預(yù)熱器間隙跟蹤密封技術(shù)關(guān)鍵部件的改造，說明采用改造后的傳感器部件是極為有效的降低漏風(fēng)率的手段，達到了燃煤機組節(jié)能減排的目標(biāo)，值得在電力系統(tǒng)內(nèi)推廣。傳感器材料的選用方面對設(shè)備測量漏風(fēng)間隙的精準(zhǔn)度來說十分重要，可以繼續(xù)進行深入研究，在達到保障密封效果的同時，盡可能提高傳感器使用壽命。

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