新型漏風(fēng)控制系統(tǒng)在1000MW超超臨界火電機(jī)組中的應(yīng)用

李德

摘要：如今，對于鍋爐燃燒控制的高效能運行、安全性能以及節(jié)能消耗的要求越來越高。在分析我國首臺研發(fā)的1000MW超超臨界火電機(jī)組空預(yù)器間隙系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，針對1000MW超超臨界火電機(jī)組鍋爐中，空氣預(yù)熱器存在的漏風(fēng)問題，結(jié)合系統(tǒng)工作原理，構(gòu)建新型漏風(fēng)控制系統(tǒng)，提出有效的控制方法?；赑CL系統(tǒng)，確保改善1000 MW超超臨界火電機(jī)組空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)問題，真正實現(xiàn)運行穩(wěn)定、系統(tǒng)性能可靠，確保1000 MW超超臨界火電機(jī)組的環(huán)保、高效、安全等性能。

關(guān)鍵詞：新型漏風(fēng)控制系統(tǒng)；1000MW；超超臨界機(jī)組

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號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

電力行業(yè)對整個國家而言占據(jù)重要地位，電力行業(yè)的穩(wěn)定運行是保證人民正常生活和生產(chǎn)的技術(shù)，電力行業(yè)的技術(shù)發(fā)展水平直接關(guān)系到整個國家地區(qū)的發(fā)展。隨著時代的不斷發(fā)展，我國現(xiàn)代化建設(shè)對電力方面的需求越來越高，燃煤火力發(fā)電機(jī)組成為我國電力發(fā)展過程中不可缺少的重要部分。1000 MW超超臨界火電機(jī)組空氣預(yù)熱器是火力發(fā)電設(shè)備中最重要的系統(tǒng)，空氣預(yù)熱器位于鍋爐尾部，主要用于提高鍋爐的熱交換性能，降低能量消耗，其原理是鍋爐尾部煙道中的煙氣，通過內(nèi)部散熱片將進(jìn)入鍋爐前的空氣預(yù)熱到一定程度。在空氣預(yù)熱器中最常用的是回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，因為它具有耐腐蝕、運行費用低、傳熱密度高等優(yōu)勢，所以被廣泛采用，尤其在我國近年來建設(shè)大型火電機(jī)組工程中，采用的全都是回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。

本文結(jié)合超（超）臨界機(jī)組的發(fā)展與改進(jìn)，對1000 MW超超臨界火電機(jī)組進(jìn)行分析，針對1000 MW超超臨界火電機(jī)組空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)問題，進(jìn)行深入詳細(xì)的分析，并基于PCL系統(tǒng)構(gòu)建出新型漏風(fēng)控制系統(tǒng)，旨在提高1000 MW超超臨界火電機(jī)組的環(huán)保、高效、安全等性能。

1 1000MW超超臨界火電機(jī)空氣預(yù)熱器間隙系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)

本次研究的研究對象是許昌龍崗發(fā)電有限責(zé)任公司1000MW燃煤發(fā)電機(jī)組空氣預(yù)熱器中的新型自動跟蹤系統(tǒng)，型號為GJC-111型，是由西安智通公司開發(fā)研制出的。

鍋爐中安裝的控制系統(tǒng)，上位計算機(jī)、PCL、空氣開關(guān)、信號隔離模塊等元件具有控制作用，控制著空氣開關(guān)、中間繼電器數(shù)字式儀表以及交流接觸器等元件；上下限位接近開關(guān)等元件具有操作作用；信號放大器板和冷卻風(fēng)扇等元件具有傳遞信息作用。采集轉(zhuǎn)子和扇形密封板之間的間隙信號，然后經(jīng)過信號放大器輸出電流信號。在自動狀態(tài)下，間隙探頭測量出來的數(shù)據(jù)會被系統(tǒng)進(jìn)行計算，得出處理之后的間隙大小，活動式扇形密封板會自動升高或降低，維持轉(zhuǎn)子和扇形密封板之間的間隙設(shè)定值。

1.通過PCL控制系統(tǒng)和DCS監(jiān)控軟件，實施間隙的設(shè)定與系統(tǒng)中故障記錄的現(xiàn)實。

2.引入空氣預(yù)熱器進(jìn)行調(diào)節(jié)。將其引入電流參與密封間隙進(jìn)行調(diào)節(jié)，利用智能控制系統(tǒng)進(jìn)行合理判斷，控制扇形密封板位置，可改善系統(tǒng)的自動投入率。

3.系統(tǒng)中安裝監(jiān)控軟件，可以隨時診斷出存在的故障問題。系統(tǒng)中可自動診斷內(nèi)部故障，最常出現(xiàn)的兩種故障分別為：（1）出現(xiàn)正常故障報警，一般都是顯示報警畫面，等有條件后進(jìn)行處理，這樣一來有效提高了系統(tǒng)安全，且簡便了設(shè)備使用和維護(hù)。（2）如果出現(xiàn)故障導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運行，系統(tǒng)會通過監(jiān)控軟件進(jìn)行光字報警，隨后顯示在屏幕上，使人員可以及時處理；

2 1000MW超超臨界火電機(jī)空氣預(yù)熱器間隙控制系統(tǒng)功能

由西安智通公司生產(chǎn)的空氣預(yù)熱器間隙測量探頭配置，它的設(shè)計是采用高溫傳感器，400℃條件下，也能以正常運行狀態(tài)對空氣預(yù)熱器進(jìn)行監(jiān)測，由于高溫傳感器存在原理上的限制，其最大間隙距離為10mm。

2.1 PLC實現(xiàn)功能

1.調(diào)節(jié)空氣預(yù)熱器間隙信號，是通過運算處理、下降動作、實時采集、發(fā)出機(jī)構(gòu)上升、給出間隙信號等過程進(jìn)行的。

2.根據(jù)就地柜與程控柜按鈕動作信號、停轉(zhuǎn)輸入信號及處理過載，給出相應(yīng)的動作信號。

3.通過實時采集、運算處理、給出的過流信號等進(jìn)行電機(jī)電流信號的過流調(diào)節(jié)。

2.2上位機(jī)實現(xiàn)功能

1.根據(jù)PLC系統(tǒng)，計算出電流值和動態(tài)間隙值，并將其通過屏幕顯示出相應(yīng)的條形圖或數(shù)字。

2.設(shè)定電流給定值和動態(tài)間隙給定值，并傳入PLC系統(tǒng)。

3.通過PLC得知間隙調(diào)整、程控柜按鈕動作信號、過流動作信號，然后通過屏幕顯示出圖片形式信息和相應(yīng)位置。

4.顯示出圖片形式的間隙信號歷史曲線。

5.每日定期清理故障記錄和檢查故障信號。

2.3間隙信號檢測與調(diào)節(jié)功能

預(yù)熱器轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周后的轉(zhuǎn)子根據(jù)自動系統(tǒng)，在各個間隙之間收集信號，采集到其中最小值，作為回路測量值。將最小值與給定值進(jìn)行比較，如大于給定值0.3mm，則輸出的間隙信號大，如小于給定值0.2mm，則輸出的間隙信號小。如果觸發(fā)時間及給定值信號與測量值之間存在正比，則觸發(fā)時間會越大，偏差會越大，但是觸發(fā)的時間上限是20s，對應(yīng)的調(diào)節(jié)距離為lmm；如測量值介于給定值上0.3mm和下0.2mm之間，則輸出的間隙信號正常，扇形密封板則不運行。為避免執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作操作頻繁，需防止干擾并調(diào)節(jié)規(guī)律，提高間隙系統(tǒng)調(diào)節(jié)的穩(wěn)固性。

3基于漏風(fēng)控制系統(tǒng)分析空氣預(yù)熱器漏風(fēng)問題

許昌龍崗發(fā)電有限責(zé)任公司1000MW燃煤發(fā)電機(jī)組空氣預(yù)熱器中，采用的是回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器（如圖3-1所示）。主要部件中包含一個作為熱交換元件的低速轉(zhuǎn)子，其為直徑10米以上。高速煙氣一般由上而下經(jīng)過轉(zhuǎn)子左側(cè)，然后對轉(zhuǎn)子中的蓄熱元件進(jìn)行加熱，將已加熱的蓄熱元件轉(zhuǎn)入右側(cè)，空氣會由下自上經(jīng)過蓄熱元件，將熱量帶出，最后實現(xiàn)預(yù)熱空氣的目的。

空氣預(yù)熱器是轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，因此運動部分和固定部分之間存在一定間隙，且煙氣和空氣之間也存在一定壓力差，因此無可避免的會存在漏風(fēng)問題。尤其是在熱態(tài)運轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子下位溫度低，上位溫度高，滿負(fù)荷狀態(tài)下工作，煙氣入口溫度可達(dá)350℃左右，煙氣出口溫度可達(dá)120℃左右。在這種條件下，轉(zhuǎn)子就會發(fā)生變形現(xiàn)象，在1000MW超超臨界火電機(jī)組中，轉(zhuǎn)子發(fā)生變形可使外緣下垂32mm以上。

空氣預(yù)熱器存在的冷端徑向、旁路和軸向間隙，可利用冷態(tài)調(diào)節(jié)方法，保證間隙在轉(zhuǎn)子遭遇變形時也能具有很好的密封性。此外，可以利用自動跟蹤轉(zhuǎn)子熱態(tài)變形軟件，確保轉(zhuǎn)子和熱端上部扇形板之間的密封間隙，無論是在滿負(fù)荷運行還是負(fù)荷變動時，都能維持密封狀態(tài)。空氣預(yù)熱器存在的漏風(fēng)現(xiàn)象，與跟蹤轉(zhuǎn)子形變有關(guān)，因此需要調(diào)節(jié)扇形板的密封裝置，進(jìn)而達(dá)到最有效的密封間隙，降低出現(xiàn)機(jī)組漏風(fēng)現(xiàn)象的概率。

4 1000MW超超臨界機(jī)組漏風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計

許昌龍崗發(fā)電有限責(zé)任公司1000MW燃煤發(fā)電機(jī)組空氣預(yù)熱器，使用的是西安智通公司的空氣預(yù)熱器間隙測量探頭配置，本文結(jié)合機(jī)組漏風(fēng)現(xiàn)象，基于系統(tǒng)運作原理設(shè)計出新型漏風(fēng)控制系統(tǒng)。

4.1系統(tǒng)工作原理

漏風(fēng)控制系統(tǒng)主要是由間隙測量機(jī)構(gòu)、安全保護(hù)連鎖機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、就地主控站、遠(yuǎn)程操作站、溫度輔助控制機(jī)構(gòu)六大部分組成。

上文中將PLC系統(tǒng)與收集的間隙信號給定值進(jìn)行了相關(guān)比較，總結(jié)出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作方向、動作時間分別根據(jù)偏差值正負(fù)和偏差大小來判定，然后根據(jù)收集到的間隙信號正確地控制指令，形成自動調(diào)整間隙控制系統(tǒng)，使間隙始終保持密封狀態(tài)，從而降低空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)問題，達(dá)到節(jié)能、降低損耗的目的。

4.2 PLC系統(tǒng)

PLC系統(tǒng)由雙機(jī)熱備控制系統(tǒng)組成，控制系統(tǒng)是由兩臺ABSLCS、05CPU組成的雙機(jī)熱備系統(tǒng)，兩者相互備份和運行檢測。機(jī)組正常運行時，CPU作為主要的處理器處理著所有運行的數(shù)據(jù)。留一臺CPU備用，在對主處理器運作進(jìn)行監(jiān)測時，需要通過BSN模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，如果主處理器出現(xiàn)故障和停機(jī)狀態(tài)，則備用的CPU就可以立即投入使用，兩臺主處理器的切換使用，有效地確保了系統(tǒng)長期穩(wěn)固的運行。BSN模塊負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)程站連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，遠(yuǎn)程I/O利用的是現(xiàn)場運行信息，通過ASB模塊與PLC數(shù)據(jù)鏈路兩臺處理器之間進(jìn)行傳送。

4.3安全保護(hù)連鎖機(jī)構(gòu)

為了確保漏風(fēng)控制系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定運行以及安全，還需要制定安全保護(hù)方案：加載機(jī)構(gòu)力矩保護(hù)、轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)的保護(hù)、轉(zhuǎn)子電流超限的保護(hù)等。機(jī)組中每個運行系統(tǒng)都需要采取保護(hù)措施，確保保證整個機(jī)組可以正常運作。

4.4溫度輔助控制機(jī)構(gòu)

本文利用溫度控制裝置改進(jìn)空氣預(yù)熱器漏風(fēng)控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)中放置多種溫度傳感器，收集空氣預(yù)熱器內(nèi)部的溫度信息。轉(zhuǎn)子平面鋼結(jié)構(gòu)遇熱就會發(fā)生變形，且轉(zhuǎn)子變形情況與受熱溫度存在非線性關(guān)系，PLC系統(tǒng)通過收集溫度信號，計算出內(nèi)部轉(zhuǎn)子形變量與數(shù)據(jù)控制扇形板位移。轉(zhuǎn)子受熱后變形得出的數(shù)學(xué)函數(shù)公式如下：

上式中，K代表金屬碰撞系數(shù)，Th代表轉(zhuǎn)子受熱的溫度量，Tc為轉(zhuǎn)子受冷的溫度量，H為轉(zhuǎn)子內(nèi)部傳熱元件的總溫度量，R為轉(zhuǎn)子半徑。在預(yù)熱器設(shè)計結(jié)束后，R、H作為定值，K會因為溫度的變化幅度變小而成為常數(shù)。因此，由于轉(zhuǎn)子上下金屬具有溫差關(guān)系，因此轉(zhuǎn)子在受熱發(fā)生形變量。轉(zhuǎn)子上下部的溫度就是煙氣溫度平均值，而由于煙空氣入口和出口溫度處于平衡狀態(tài)，因此轉(zhuǎn)子的形變量就是煙氣進(jìn)口和空氣進(jìn)口兩者之間的函數(shù)。

PLC系統(tǒng)控制漏風(fēng)控制系統(tǒng)，傳感器通過收集溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行扇形板移動位置的控制，進(jìn)而構(gòu)成間隙漏風(fēng)控制系統(tǒng)。本次研究將溫度控制模式引入漏風(fēng)控制系統(tǒng)中，在實際應(yīng)用中可以取得有效的控制效果。

5總結(jié)

本文主要以許昌龍崗發(fā)電有限責(zé)任公司1000MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組漏風(fēng)控制系統(tǒng)為研究對象，分析控制系統(tǒng)的優(yōu)勢及控制策略，基于PLC控制技術(shù)，構(gòu)建了1000MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組新型漏風(fēng)控制系統(tǒng)，使漏風(fēng)控制系統(tǒng)獲得了良好的控制效果。

本文首先介紹了1000MW超超臨界火電機(jī)空氣預(yù)熱器間隙控制系統(tǒng)的主要功能，并分析出漏風(fēng)控制系統(tǒng)分析空氣預(yù)熱器存在的漏風(fēng)問題，隨后進(jìn)行了各項定值分析和PLC系統(tǒng)的控制分析，對漏風(fēng)控制系統(tǒng)存在漏風(fēng)問題的原因進(jìn)行探討。在分析漏風(fēng)控制系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上，將安全保護(hù)鎖、新型溫度輔助控制模型等模塊引入漏風(fēng)控制系統(tǒng)中，全面提高機(jī)組的自動控制技術(shù)，從而達(dá)到真正改善控制的效果。對超超臨界1000MW機(jī)組漏風(fēng)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，能有效提高漏風(fēng)控制系統(tǒng)的可靠性、節(jié)能性及安全性。此外，還有效避免了空氣預(yù)熱器漏風(fēng)問題，且引風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)的大量耗電情況也有了明顯改善，為公司帶來節(jié)能降低損耗、可靠、穩(wěn)定運行以及安全的1000MW超超臨界火電機(jī)組。

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