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1、回转预热器漏风控制系统在黄岛660MW超临界锅炉的成功应用大唐黄岛发电有限公司 张元生 丁 浩【摘 要】 黄岛电厂三期工程2660MW超临界机组锅炉回转式空气预热器采用漏风自动控制系统（LCS），从投产至今运行稳定，漏风率控制良好，漏风率一般维持在45之间，应用非常成功，最小只有约3，从而保证了锅炉效率及煤耗指标。本文对该系统及使用维护情况作详细介绍，以供新机组选型或老机组技术改造参考。【关键词】 黄岛 660MW锅炉 回转式空气预热器 漏风控制 应用 成功Abstract: Huangdao Power Plant Phase III 2 660MW supercritical boiler
2、 unit with rotary air preheater leakage control system (LCS), from the production has stable operation and good control air leakage rate, air leakage rate is normally maintained at 45%, application of a very successful ,the smallest only about 3%, thus ensuring the efficiency and the coal boiler tar
3、get. This article of the system and its maintenance of a detailed description for the selection of new units or the technical transformation of old units for reference.Key Words: Huangdao 660MW Boiler Rotary air preheater Leakage control Application Success一、 综 述黄岛电厂三期工程2660MW超临界机组，#5、#6机组分别于2006年10
4、月和2007年11月投产。锅炉选用上海锅炉厂生产的超临界变压运行螺旋管圈直流锅炉，单炉膛、一次中间再热、平衡通风、型露天布置、固态排渣、全钢架悬吊结构，型号为SG-2102/25.4-M953，设计燃用兖州地区烟煤。炉后尾部布置两台转子直径为14236mm的三分仓容克式空气预热器。空气预热器型号2-32.5VI（T）-2185SMRC，一、二次风分隔布置，一次风开度为50。预热器换热元件包总高度2185mm，冷、热端各布置一套蒸汽吹灰器。为解决预热器漏风问题，将引进的美国技术和国内的实践结合起来，采用热端径向密封漏风自动跟踪控制系统，以保证预热器的低漏风率。预热器漏风率设计保证值是在投产第一年
5、内不高于6，一个大修期内不高于8。自投产以来，预热器经过一次脱硝改造，设备运行稳定，漏风控制系统运行良好，漏风率一般维持在45之间，故障状态下可能到6，最小只有3左右，真正保证了锅炉效率及机组煤耗指标。以下是#5、#6炉预热器漏风率情况统计：#5炉预热器漏风率（%）#6炉预热器漏风率（%）168h后性能考核试验5.35/4.224.92/2.392008年大修前4.89/6.124.82/6.472008年大修后3.76/2.634.26/3.452009年小修前5.33/5.304.88/4.31（2010年小修前）2009年小修后3.27/3.05未试验 从统计数据看，预热器漏风率总体运行
6、在45之间，最高时为6左右，最低3左右，指标良好。二、 空气预热器漏风控制系统介绍1、空气预热器漏风介绍空气预热器的漏风包括二部分：直接漏风和携带漏风，预热器的转子与壳体之间存在间隙。预热器中空气与烟气由惰性区密封分开。转子密封片与壳体密封板之间的密封间隙总是大于零。压力较高的空气必然要穿过密封间隙漏向压力较低的烟气中，这是直接漏风。转子仓格中所包容的风量随着转子的旋转，会不断地转移到烟气侧，被烟气带走，这是携带漏风。携带漏风是预热器的结构型式本身决定的，无法减小。直接漏风与密封间隙成正比，与压差的平方根成正比。在运行后就不可能减小预热器中气流间的压差值了。因此，减小漏风的唯一途径是将密封间隙
7、控制在最小限度。空气预热器密封装置的关键就在于按照预热器变形的规律，使密封装置能够有效地控制各种工况下、主要是BMCR工况下密封间隙处在最小限值。参考已有的研究结果表明，在引起漏风的各种因素中，热端径向密封漏风是空气预热器漏风的最主要因素，占总量的30%50%，这是由于预热器转子在热态运行时产生的“蘑菇状”变形导致径向密封间隙增大造成的，转子变形量与转子半径的二次方成正比，变形如图所示：转子热端蘑菇状变形曲线热端径向自动漏风控制系统就是实现这一目标的一个有效手段，如下示意图：预热器热态蘑菇状变形及漏风间隙示意图转子在运行中受热膨胀，由于转子冷热端存在温度差，一般在250左右，使得冷热端的膨胀量
8、不同，造成转子产生蘑菇状变形。因此，空预器其他部位的密封是按照预先计算的结果在安装、检修中设置（如下密封间隙表数据所示）；漏风控制系统是针对控制热端径向密封间隙设计。尽可能地减小热端径向密封间隙，以达到减小漏风的目的。位置设 置 值径 向 密 封 设 置 （ mm）冷端内侧 A0冷端中间Ic6Jc13.5Kc23.5冷端外侧B37热端内侧C2热端中间Ih8Jh9Kh7热端外侧D2轴 向 密 封 设 置 （mm）热端 G13.5冷端 H7旁 路 密 封 设 置 （mm）热端 M7冷端 B37可调式的扇形板设计在其内侧端吊于导向端轴过渡套上，在近外侧端连接到有电动机的漏风控制驱动系统。外侧端只是按
9、控制系统的要求下调或回复。扇形板平面是平面的密封表面。扇形板的内侧端，随转子中心筒的膨胀而上移。扇形板的外侧端利用跟踪系统，在热端膨胀状态（启动或增负荷时）随转子移动以减少内侧端径向密封与扇形板的摩擦。2、漏风自动跟踪控制系统空气预热器漏风控制系统（LEAKAGE CONTROL SYSTEM以下简称LCS）的原理是：使扇形密封板与热变形的转子形状紧密吻合。在各种工况下，扇形板定时向下跟踪转子的热态变形使漏风面积在各种过渡工况和BMCR运行时期都减小了。预热器漏风控制系统LCSII结合温度数据采集技术、可编程序控制器（PLC）和触摸屏的一体化控制，具有技术含量高、设计合理、结构简便、操作、维护
10、、保养方便、稳定可靠等特点。3、LCS系统组成介绍当预热器中温度升高，其中转子的圆周产生下垂弯曲，系统将控制扇形板外侧端跟踪向下位移使扇形板底面的密封面与转子上的径向密封片始终保持理想的间隙，以达到控制漏风取得节能的目的。 LCSII部分的组成：加载机构、传感器、热电偶温度辅助控制装置、转子测速停转报警装置和电气控制五部分。 加载机构：间隙调整装置现场图每块扇形板配一套加载机构，每台预热器三套。电动机通过减速器降速后，与二只螺旋千斤顶连接。螺杆千斤顶中装有螺杆间隙调整装置，保证系统的灵敏度，使螺杆千斤顶中螺杆准确上下运动，施力于扇形板不可弯曲面外侧。为了使二只千斤顶同步调节，扇形板始终处在水平
11、位置，采取了一齿轮箱同时驱动二只螺杆千斤顶的布置方式。行程指示组件可显示扇形板的准确位置。加载机构配有力矩保护装置。当传动机构过载时，力矩保护装置动作，触发提升信号。系统将自动提升至“完全回复”位置。 传感器：为了探测锅炉各运行状态下转子位置的变化，从而使扇形板的密封面能准确地跟踪转子，保持热端径向密封间隙处在最佳值，LCSII中采用了一个能探测密封面到热变形转子外侧端的相对位置的传感器，传感器将测量的结果转换成电的信号发出，触发加力传动装置动作，调节扇形板的位置，实现调节密封间隙的目的。如图所示，传感器中心有一根探杆，探杆的下端装着一只探测头，该探测头与装在转子圆周角钢上的传感瓣保持0.81
12、.2 mm间隙，热态转子下垂后，扇形板向下跟踪，装在扇形板侧部的探测头随之向下，直到与传感瓣接触，届时扇形板与转子之间的间隙处在最小允许值，这时探杆向上移动，触发上面探测头组件中的初级限位开关，此开关使电动机停转2秒钟，然后倒转，使扇形板回升到扇形板与转子密封片的最佳间隙。为了确保传感器正常工作，采用清洁的压缩空气进行温度控制，压缩空气通过管路接头，一路通向传感器上部，使限位开关正常工作，另一路通向传感器套管中，吹扫探测头，使之保持一定的工作温度。为了延长使用寿命，探测头端部与传感瓣均采用硬度较高的合金材料。 热电偶温度辅助控制装置LCSII在自动跟踪过程中，当传感器的初级限位开关失效而触发次
13、级限位开关动作时，系统将自动转入温度控制模式。该装置由安装在烟气进口处的热电偶来负责采集温度信号，再送至PLC进行数据处理。根据当前烟气进口处温度来控制扇形板的位置，温度与位置的对应值预先设定。 转子测速停转报警装置实时监测空气预热器转子的转速，每台空气预热器有3路独立测速装置，该转子停转报警传感器装在空气预热器转子下端轴承处。当转子低于设定转速时，由它发出转子停转信号，使扇形板强制回复，确保预热器安全。 电气控制部分空气预热器有A侧和B侧两台,每台预热器各有三块扇形板,共用一个主控箱和六个分控箱控制每块扇形板的漏风量。每块扇形板的控制系统都是相同的，由主控箱和分控箱来完成，主控箱安装在平台上
14、，分控箱为挂箱形式，通过焊接支架就近安装在千斤顶附近，这样便于调试时的现场操作。三、 冷态调试与热态调试由于扇形板与转子密封片在预热器安装时可能存在偏差，所以在正式投入LCSII运行前及密封系统大小修后必须先进行冷态与热态调试。在调试中根据现场实际状况来调节传感器探测头的上下位置，以便获得径向密封与热端扇形板外侧之间最佳的运行间隙。冷态调试重点检查系统零位、测试电气控制系统正常与否，一般需12天时间。热态调试主要设定调整装置的最大行程，需在90以上负荷进行，1天即能够完成。四、 系统运行该系统采用触摸屏作为人机界面, PLC作为主控设备,通过触摸屏上的显示按钮和开关可以直接控制电机,驱动扇形板
15、完成对预热器转子的定时自动跟踪。同时本系统在触摸屏上还可以同步实时地显示和设定各种系统参数,自动输出各种报警信息,与集控室DCS系统进行同步通讯。正常运行无需操作。漏风控制系统故障报警页面当LCSII系统正常投运后，自动跟踪系统立刻就开始自动跟踪。启动电动机，使扇形板以1 .6毫米分的速度下行，直到传感器探测头与预热器转子密封角钢上的传感瓣相碰，传感器的推杆向上移动，使“初级限位开关”动作，此时电动机停转，2秒后上升，回复设定的距离(设定为3毫米)，这时扇形板与转子径向密封片之间的间隙为正常间隙。完成跟踪后，主控箱触摸屏上“跟踪间隔时间”开始显示，等定时器时间到，系统进行下一次跟踪。锅炉稳定投
16、运时一般设定为每6小时跟踪一次，也可以设置为其他时间间隔。若机组发电负荷下降时，预热器转子由于温度降低而向上还原，传感瓣与传感器探测头接触，探杆向上移动使初级限位开关动作，此时电动机就回复设定的距离。如果转子不断往上回升，这一过程就会反复进行，直到扇形板回升到转子的“完全回复”位置。五、 维护及故障处理1、 日常维护 螺旋千斤顶：千斤顶每隔三个月要用耐高温二硫化钼复合钙基脂添加一次。 二级减速器：润滑油为半年更换一次。 过滤减压阀：定期清洗过滤芯，一般为半年。 电动机：电动机每隔一年做一次二级保养。2、 故障处理：系统主要故障概述及排除方法故障类型故障起因现象与动作排除方法预热器转子停转系统检
17、测到预热器转子转速低于0.6转/分触摸屏画面停转报警指示,同时主控箱发出声报警,系统中断转子停转侧三块扇形板的工作模式,将扇形板提升到完全回复位置。检测线路，观测故障侧转子是否停转，对触摸屏报警画面予以确认，并按下“报警消声”按钮消除声报警，当转子重新正常运转、停转报警信号消失后可重新启动系统。热电偶故障A、B侧热电偶断偶，不能正常测温触摸屏画面热电偶故障指示，同时主控箱发出声报警，系统自动将备用热电偶投入使用。根据触摸屏报警信息提示，检测故障热电偶。待停炉维修时更换故障热电偶传感器异常初级限位开关失效，扇形板下行时碰到次级限位开关触摸屏画面传感器异常报警指示，同时主控箱发出声报警，系统中断原
18、来的工作模式，自动切换到温控运行，在将扇形板提升到完全回复位置的同时采集检测烟气进口温度，并判断其属于哪个负荷温度段，再驱动扇形板按“温控设定”所对应的扇形板下降值下降，到达指定位置后停机。此外当发电机组负荷发生变化，超出原先的负荷温度段时，系统会按预设定的扇形板下降值再次进行自动运行跟踪一次。进入相应的故障扇形板分控画面，将“紧急停机”开关置“ON”，中断温控运行模式，在将“紧急停机”开关置“OFF”后按“强制提升”开关，将扇形板提升至“完全回复”位置后停机。此时可维修跟换失效的初级限位开关，更换完毕后可重新启动系统。电机力矩保护负载过大，电机力矩保护限位开关动作(大于280NM)触摸屏画面
19、力矩保护报警指示，同时主控箱发出声报警，系统中断原来的工作模式，上行力矩保护时就地停机，下行力矩保护时先停机两秒，然后将扇形板提升到完全回复位置处停机。检查机械驱动各部件是否有卡死现象，及时排除。上行力矩保护时手工将扇形板提升至“完全回复”位置，待力矩保护故障报警信号消失后可重新启动系统电机过载负载过大，电机主回路热继电器断开触摸屏画面电机过载报警指示，同时主控箱发出声报警，系统中断原来的工作模式，就地停机检查机械驱动各部件是否有卡死现象，及时排除。检查电机主回路，确认热继电器已断开，手工将扇形板提升到“完全回复”位置，待热继电器恢复常态，过载报警信号消失后重新启动系统PLC故障PLC内部故障
20、主控箱声报警检查确认PLC是否处于正常工作状态，若无法马上排除。手工将扇形板提升到“完全回复”位置主电源断电，由主电源切换到备用电源主电源非正常断电触摸屏画弹出报警指示，同时主控箱发出声报警，此时六块扇形板依次被强制提升至完全回复位置后停机。检测电源电路。若使用备用电源，可重新投入运行当系统出现故障时都会报警，除了PLC故障、电机过载等故障外，都会引起相应的扇形板强提至“完全回复”位置。此时，先把发生故障的扇形板切换到“手动控制” 状态，然后查看故障的原因，对症处理，排除故障，故障状态复位，最后投入“自动跟踪”运行。3、 特殊故障处理：#5炉在2008年出现过一次因扇形板被圆弧板卡住不能下行，
21、造成螺旋千斤顶破坏的情况。分析原因是基建安装时安装尺寸不准确造成，在停炉时调整圆弧板位置，更换螺旋千斤顶后恢复正常运行。2010年刚刚进行的#6炉小修中发现扇形板内积灰严重，造成扇形板提升困难，清灰后解决了该问题，不过产生的原因及如何彻底避免该问题仍在研究中。六、 存在的问题解决及预热器主要改造情况黄岛预热器漏风控制系统自投产以来，存在的主要问题是提升杆漏灰较为严重，尤其是在A3、B3扇形板处漏灰最为严重，原因主要是原设计的压盖密封方式不太合理。2009年11月#5炉小修时，进行了密封改造，增加了密封座，该密封座上部顶盖由两个HALF组成，这两个HALF通过螺钉与下面的密封座相连，可以方便地更
22、换密封填料。改造后漏灰现象得到了彻底根治。2008年黄岛电厂三期#5、#6锅炉进行了脱硝改造，采用选择性催化还原方式（SCR），为避免预热器腐蚀及堵灰现象的发生，同时对预热器进行了改造，冷端传热元件改造为高度为1米的搪瓷元件，替代原考登钢元件，预热器重量也有所增加。改造后没有影响预热器漏风自动跟踪控制装置的运行，运行状况依然良好。七、 结 论黄岛电厂三期2660MW超临界机组锅炉回转式空气预热器漏风控制系统 （LCS）运行稳定，应用成功，预热器漏风率能够保持在设计值之下，45的预热器漏风率，对减小风机电耗、制粉电耗、提高锅炉效率都有重要的意义。尽管随着新技术、新材料的出现，在如何降低回转预热器漏风问题上，也可能有其他的手段或密封技术的发展方向，但目前在大型机组上采用漏风自动跟踪控制系统仍具有较高的研究价值。谨以此文供大型电站锅炉预热器选型及改造提供参考。参考资料：1 上海锅炉厂有限公司：预热器漏风控制系统安装说明书。2 上海锅炉厂有限公司：预热器漏风控制运行维修说明书。3 上海锅炉厂有限公司：预热器运行维修说明书。9