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圖1  空預(yù)器結(jié)構(gòu)圖

圖2  空預(yù)器轉(zhuǎn)子變形圖

    以360MW機(jī)組為例，轉(zhuǎn)子上部邊沿的極限變形量為30mm，轉(zhuǎn)子半徑為5m，按三角型面積公式近似計(jì)算一塊扇型板就可以形成0.075m2的漏風(fēng)面積，如果能測(cè)量空預(yù)器轉(zhuǎn)子外沿的變形量，并根據(jù)測(cè)量的變形量控制機(jī)械升降機(jī)構(gòu)提升扇型板上下動(dòng)作來補(bǔ)償變形間隙，這樣就可以大幅度降低空預(yù)器的漏風(fēng)率（如圖3所示），空預(yù)器上部漏風(fēng)的減小可明顯減小單位千瓦的燃煤消耗。

圖3  密封原理示意圖

2  鍋爐三分倉空預(yù)器主流密封方式

    目前電廠對(duì)空預(yù)器徑向采用較多的密封方式，主要分機(jī)械密封和采用控制系統(tǒng)控制的密封擋板方式的動(dòng)態(tài)密封。
機(jī)械密封方式多采用柔性的密封片分別布置在轉(zhuǎn)子徑向的隔柵分欄上，通過空預(yù)器的轉(zhuǎn)動(dòng)，依靠柔性密封片和密封擋板之間的摩擦來達(dá)到密封效果。這種密封方式密封效果好，一般密封效果可以達(dá)到空預(yù)器漏風(fēng)率5%~6%，但對(duì)柔性密封片的要求很高，同時(shí)具有磨損性，在機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后，將更換柔性密封片，增加經(jīng)濟(jì)成本，也存在設(shè)備一次性投入高的問題。
    采用控制系統(tǒng)控制的密封擋板的動(dòng)態(tài)密封方式，一般采用工控機(jī)加PLC來控制密封擋板的密封間隙，通過跟蹤對(duì)密封擋板和轉(zhuǎn)子之間的間隙測(cè)量，以閉環(huán)控制的方式，實(shí)時(shí)控制空預(yù)器的密封間隙，使密封擋板和裝子之間的間隙達(dá)到最小。由于投入少，密封效果好，采用控制系統(tǒng)的空預(yù)器密封擋板動(dòng)態(tài)密封方式成為常用的控制空預(yù)器漏風(fēng)的手段。
空預(yù)器密封控制系統(tǒng)以測(cè)量原理分以下幾種控制方式：

    (1)  通過機(jī)械探針周期性測(cè)量密封擋板和轉(zhuǎn)子間隙的方式。這種方式較早應(yīng)用于空預(yù)器密封控制，缺點(diǎn)是存在機(jī)械磨損，對(duì)探針的要求較高，而且不是完全的連續(xù)測(cè)量；
    (2)  采用測(cè)量空預(yù)器內(nèi)部噪音音譜來實(shí)現(xiàn)間隙的測(cè)量，實(shí)際應(yīng)用較少；
    (3)  采用耐高溫腐蝕和磁感應(yīng)線圈的方式來測(cè)量密封擋板和轉(zhuǎn)子的間隙，優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量較準(zhǔn)，但對(duì)探頭要求較高；
    (4)  采用對(duì)空預(yù)器轉(zhuǎn)子的電流的測(cè)量來實(shí)現(xiàn)對(duì)空預(yù)器密封的控制。
    還有其他的控制方式，如采用跟蹤機(jī)組鍋爐負(fù)荷的變化，在不同負(fù)荷下，計(jì)算出的空預(yù)器轉(zhuǎn)子的變形量，根據(jù)這種變形量，通過函數(shù)曲線的方式設(shè)定密封擋板的下降幅度，達(dá)到空預(yù)器密封的效果。這種方式由于是開環(huán)控制，實(shí)際應(yīng)用中，考慮到每次檢修后和長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，轉(zhuǎn)子的變形量不一，往往設(shè)計(jì)有較大的間隙余量，因此效果不是太好。

3  鍋爐空預(yù)器密封控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例及分析

    華能珞璜電廠機(jī)組采用法國ALSTOM公司引進(jìn)的360MW火力發(fā)電機(jī)組，空預(yù)器采用容克式三分倉空預(yù)器，一期工程兩臺(tái)360MW機(jī)組的空預(yù)器密封控制系統(tǒng)在引進(jìn)時(shí)采用的是機(jī)械探針式的密封控制方式。二期工程兩臺(tái)360MW機(jī)組的密封控制系統(tǒng)采用的是開環(huán)控制方式，即根據(jù)鍋爐負(fù)荷的變化，固定密封擋板的密封行程的方式，實(shí)際密封效果均不理想。
    2002年，華能珞璜電廠對(duì)空預(yù)器密封控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，采用的是耐高溫腐蝕和磁感應(yīng)線圈的方式來測(cè)量密封擋板和轉(zhuǎn)子的間隙的方案。

3.1  空預(yù)器漏風(fēng)間隙控制系統(tǒng)原理
    空預(yù)器漏風(fēng)間隙控制系統(tǒng)是在空預(yù)器上部扇型板上固定一個(gè)變形間隙測(cè)量探頭，由該探頭連續(xù)的測(cè)量扇型板與空預(yù)器轉(zhuǎn)子外沿法蘭之間的漏風(fēng)間隙。如果漏風(fēng)間隙因熱變形發(fā)生變化，則測(cè)量探頭就可以將這個(gè)變化反饋給控制計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)上電機(jī)的動(dòng)作來調(diào)節(jié)扇型板的位置使漏風(fēng)間隙始終維持在不使扇型板與轉(zhuǎn)子發(fā)生激烈摩擦的最小間隙值。

3.2  空預(yù)器漏風(fēng)間隙控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    空預(yù)器間隙控制系統(tǒng)采用工業(yè)計(jì)算機(jī)和高可靠的PLC作為控制器。由扇型板上安裝的密封間隙測(cè)量裝置將測(cè)量的信號(hào)傳送到主控制柜，由柜內(nèi)的計(jì)算機(jī)和PLC根據(jù)間隙測(cè)量值和設(shè)定值比較產(chǎn)生扇型板的調(diào)節(jié)信號(hào)驅(qū)動(dòng)機(jī)械提升結(jié)構(gòu)的電機(jī)產(chǎn)生動(dòng)作，達(dá)到穩(wěn)定漏風(fēng)間隙的目的。

圖4  空預(yù)器密封控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.3  系統(tǒng)的間隙調(diào)節(jié)原理
    控制系統(tǒng)對(duì)預(yù)熱器轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周的間隙信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，從中找出最小值（即轉(zhuǎn)子法蘭面與扇形板之間的最小間隙值）作為調(diào)節(jié)依據(jù)。將測(cè)量的最小值與間隙給定值進(jìn)行比較，當(dāng)測(cè)量值大于給定值0.3mm時(shí)，輸出間隙大信號(hào)；當(dāng)測(cè)量值小于給定值0.2mm時(shí)，給出間隙小信號(hào)；當(dāng)測(cè)量值在給定值上0.3mm，下0.2mm之間時(shí)輸出間隙正常信號(hào)。例如：當(dāng)給定值為7.0mm時(shí)，間隙信號(hào)在6.8mm~7.3mm之間為正常，在7.3mm以上為間隙大，在6.8mm以下為間隙小。在測(cè)量信號(hào)與給定值相比大或小時(shí)，如果系統(tǒng)處于自動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整扇形板到正常狀態(tài)。系統(tǒng)每60s根據(jù)測(cè)量的間隙最小值進(jìn)行一次調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時(shí)間與間隙偏差的大小有關(guān)，偏差越大調(diào)節(jié)時(shí)間越長(zhǎng)，但每次最大調(diào)節(jié)時(shí)間均小于12s，對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)距離為1mm。
    為提高系統(tǒng)間隙調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性，防止干擾引起的執(zhí)行機(jī)構(gòu)頻繁動(dòng)作，調(diào)節(jié)規(guī)律中增加了調(diào)節(jié)的滯后啟動(dòng)功能。當(dāng)回路狀態(tài)由“正常”變?yōu)椤按蟆被颉靶　钡牡谝粋€(gè)周期并不立即進(jìn)行調(diào)節(jié)，等待第二個(gè)周期的狀態(tài)，如果第二個(gè)周期的狀態(tài)恢復(fù)為“正常”則認(rèn)為第一個(gè)周期“大”或“小”狀態(tài)是由干擾引起的，如果第二個(gè)周期的狀態(tài)與第一個(gè)周期的狀態(tài)一致則按照相應(yīng)的規(guī)律進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣做既可以有效的防止干擾又不會(huì)降低調(diào)節(jié)的響應(yīng)速度。由于防止了干擾引起的執(zhí)行機(jī)構(gòu)頻繁動(dòng)作，因此提高了系統(tǒng)調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性，減小了機(jī)械機(jī)構(gòu)的磨損，有效延長(zhǎng)了機(jī)構(gòu)的使用壽命。

3.4  系統(tǒng)的過電流調(diào)節(jié)原理
    系統(tǒng)還可以根據(jù)空預(yù)器主電機(jī)電流的大小自動(dòng)設(shè)定間隙信號(hào)的給定值。確定給定值時(shí)系統(tǒng)依次分別下放同一個(gè)空預(yù)器上的扇型板，在下放某塊扇型板的過程中當(dāng)空預(yù)器主電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流大于正常工作值3A且持續(xù)時(shí)間超過0.5s時(shí)，系統(tǒng)將提升該扇形板，直到電流恢復(fù)到設(shè)定值以下，再延時(shí)提升0.5mm停止。然后以此時(shí)的間隙信號(hào)測(cè)量值作為間隙信號(hào)給定值使系統(tǒng)投入自動(dòng)。這樣就可以使密封間隙始終維持在0.5mm左右，達(dá)到減小漏風(fēng)的目的，這就是“過電流調(diào)節(jié)”。過電流調(diào)節(jié)不但可以自動(dòng)確定間隙給定值還可以修正來自測(cè)量信號(hào)的漂移。這項(xiàng)功能結(jié)合了非接觸式調(diào)節(jié)與接觸式調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的安全性，而且可最大限度的減小預(yù)熱器的漏風(fēng)量，使系統(tǒng)達(dá)到最佳的漏風(fēng)控制效果。

3.5  控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
    由于在工作過程中扇型板與轉(zhuǎn)子之間無磨損，探頭與轉(zhuǎn)子之間也無磨損，所以在一個(gè)檢修周期內(nèi)漏風(fēng)率可以始終維持在最低值，沒有漏風(fēng)率隨設(shè)備磨損而增加的問題（如圖5所示）。同時(shí)由于無磨損扇型板和密封片的使用壽命成倍增加，減少了機(jī)械設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。

圖5  漏風(fēng)控制趨勢(shì)圖