热端自动跟踪装置的设计与应用

热端自动跟踪装置的设计与应用

容克空气预热器是一种空气回收装置。目前,世界上使用最多的容克式空气预热器为立式倒置布置,即烟气从上向下流,空气从下向上流动。热态时转子中心筒的轴向膨胀使热端径向密封片与热端扇形板的间隙减少。如果原来预留间隙小,则引起扇形板与密封片的磨损;如果预留间隙较大,则预热器的漏风就大。为解决这一问题,美国ABB-API公司设计了热端跟踪装置,后称为随动装置。该装置的功能是使预热器在任何工况下,热端扇形板内侧与径向密封片的间隙始终保持在预先的设定值上。1降低漏风的必要性由于回转式预热器主要是由回转体(转子)与非回转体(转子外壳等)组成,这两者之间总会有间隙存在。又由于空气与烟气之间存在静压差,部分空气在压力的作用下流向烟气。此外当转子作回转运动时,转子从空气侧到烟气侧,存在于转子内的那部分空气也会被带入烟气中去。漏风增加了送风机和引风机的负荷和耗电率,严重的甚至会限制锅炉出力。降低漏风对锅炉运行是有利的,但是这应该控制在一个合理的范围内。从技术上看,零件数量越少、结构越简单的设备越安全。2基于传感器的传动机构设计在热态下预热器转子产生蘑菇状变形,转子向上膨胀,转子外侧下垂,无法采用预留间隙的方法解决热端径向密封的间隙变大问题。目前世界上各预热器公司采用两种方法解决热端径向密封问题:固定式热端扇形板和热端扇形板跟踪系统。第一种方法结构简单,没有复杂的漏风控制系统,运行维修费用低,但无法补偿因转子热态变形而引起的漏风增大问题。在大负荷和满负荷下漏风较大,因此这种结构多用在尺寸较小的预热器上,如转子直径在10m以下。随着技术的发展,预热器越来越大,转子的下垂量也越来越大,例如29-Ⅵ型转子的下垂量为22mm左右,而33-Ⅵ型则是50mm左右。因此,加装热端扇形板自动跟踪装置以控制漏风量就很有必要。扇形板自动跟踪装置工作原理是利用传感器自动地定时探测转子变形状态,把采集到的信息传给执行机构以驱动热端扇形板运动。按照传感器工作原理不同,目前过内外所采用的热端扇形板自动跟踪装置(或称漏风控制系统)有下列3种:(1)接触式机械传感器。国外以ABB-API为代表,国内以哈尔滨风华机械厂为代表。传感器固定在热端扇形板外侧,与扇形板同步运动。扇形板的运动由执行机构实现。在设计上要求热端扇形板与径向密封片外侧间隙为3mm左右。这样使整个密封长度上的平均间隙为1.5mm(内侧为零间隙)或3mm。锅炉点火后,扇形板执行机构接通驱动电机,该电机使扇形板下移,使装在传感器上的触头与转子外侧T型钢上的两块凸块(180°布置一块)相接触,迫使推杆向上移动,闭合装在传感器上部的微动开关,使驱动电机停转。随后电机反转,使扇形板向上提升,达到设定的密封间隙。该动作每6h重复一次,直到达到最大转子下垂量为止。这时锅炉进入满负荷稳定运行。装在推杆上的限位开关发出信号,指挥计算机改为24h动作一次的“跟踪”模式。当锅炉负荷降低时,转子变形减小,凸形块与传感器上的触头接触,触发微动开关,接通驱动电机,使扇形板以向上模式动作,它们之间每接触一次,扇形板便向上移动3mm。只要转子一直上翘,即锅炉一直处于低负荷状态,这个动作便一直连续下去。若锅炉负荷增加,重新使转子下垂,扇形板驱动系统就将按前面提到的每6h一次的跟踪模式动作,并在最大下垂时改为每24h一次的跟踪模式。这种传感器原理简单、直观,对其设计、安装、使用有下列特殊要求:推杆的触头和凹块的材料均应是耐磨材料;安装精度要求高,保证锅炉在任何负荷下触头和凹块均能接触;冷态安装时要考虑转子热态时的膨胀量;推杆上下位移时应灵活,无卡死现象,不要因堵灰、生锈、腐蚀等现象而使推杆无法运动;所有电器元件,特别是感知推杆动作的微动开关、上下限位开关都应适应预热器的工作环境,在多尘、高温下连续工作而不发生任何故障。针对上述要求国内一些厂家对ABB-API原设计进行了改进,如利用杠杆原理把推杆位移量放大了几倍,提高了灵敏度;使传感器上的电器元件远离高温区,改善了环境温度;设计了力矩过载保护系统,增加系统安全性;采用可编程控制器,提高系统稳定性;推杆的触头和凸块采用特殊材料;扩大触头直径,保证在任何负荷下均能与凸块保持接触。(2)非接触式电涡流传感器。国外以日本加达流斯为代表,国内有哈尔滨工业大学和徐州燃烧控制院分别研制成功。电涡流传感器是根据高频磁场在金属表面的涡流效应原理制成的。由于涡流传感器对金属表面进行非接触测量,没有任何机械磨损,而且抗干扰能力强,灵敏度高,使用方便。传感器可直接将位置的变化量转换成电磁量。传感器控制其表面到被测金属表面(转子外侧法兰面)的距离,并以相应的电压值传给控制系统与设定间隙比较,根据偏差的正负决定执行机构的方向——上升、放下、不动;根据偏差的大小决定动作的时间,使扇形板与径向密封片之间的间隙自动维持在规定的范围内。密封间隙以数字显示,便于运行人员观察和了解运行工况。电涡流传感器的关键技术是感应线圈、绝缘材料、线圈骨架等均要用特殊材料制成,并需用专门的加工装配工艺,以适应特殊的工作环境和工作周期。另一项关键技术是温度变化对线圈阻抗的影响,即所谓的温度漂移问题。(3)声波传感器。南京中电电力公司成功地把这类传感器应用于预热器的漏风控制。声波传感器安装在声波传导器的尾部,它监测扇形板与径向密封片的摩擦情况,接受特殊密封片与扇形板接触时的声频信号,并转换成电信号。通过电缆把该信号送到前置放大器进行选频放大,滤除背景噪音,对有效信号整形放大,转换成电流信号,再传送到控制系统中。以上不同类型传感器的漏风控制系统中,为提高其运行安全性和可靠性,一般装有下列装置:(1)扇形板上下极限位置限位开关。上极限开关的作用是:限制扇形板最高位;保护执行机构不超过载损坏。下极限开关作用是:防止扇形板越限压住转子使转子停转;防止执行机构过载。此外对于机械接触式传感器和声源传感器下极限开关还有改变系统跟踪时间模式的作用。(2)过载保护装置。这类装置防止因某种原因如执行机构的推杆卡涩,扇形板上下位置越限,预热器内有不正常落物妨碍转子正常回转等引起执行机构损坏。(下转第38页)(上接第22页)(3)转子停转紧急提升。几乎每台预热器都配有转子停转报警系统。当转子的转速低于某一规定值时,该系统发出报警信号。如果配有漏风控制系统,则报警信号同时命令扇形板紧急提升,保证预热器安全运行。(4)探测超时保护。设置限时环节以限定每次探测的升和降的最大时间,一旦超时,则自动暂停传感器升降,发出相应的探测超时报警信号,并作紧急提升。还有不少针对不同的自动跟踪原理而设计的保护装置,如扇形板位置显示装置、密封间隙显示装置等。以下主要介绍专家控制系统。热端径向密封间隙是由于转子受热后发生蘑菇状变形而形成的,在预热器设计、制造、安装之后,转子变形量仅与入口烟温有关,因为转子热容量的影响,转子变形将滞后于烟温变化一段时间,即转子变形量是在一定时间内入口烟气平均温度的函数。这种函数关系可以通过人工计算和计算机程序获得。在专家控制系统中,通过自学习,用求烟气温度移动平均线方法,自动建立转子变形量与烟气温度平均值的关系模型。获得知识有两个方法:一是通过理论计算得出的关系模型初始值;二是依据传感器对密封间隙的调节阶段,自动修正和完善这种关系模型。关系模型建