CN105486162B - 一种光纤式空气预热器漏风控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤式空气预热器漏风控制系统及其控制方法，用于自动控制扇形板与转子角钢平面之间的间隙，该系统包括：驱动电机用于通过所述扇形板提升机构驱动所述扇形板和所述光纤传感器同步上行或下行；光纤传感器用于检测所述扇形板与所述转子角钢平面之间的距离是否达到设定值：当两者距离达到设定值时，反馈一通断开关信号至所述可编程逻辑控制器；可编程逻辑控制器用以接收所述光纤传感器反馈的通断开关信号，驱动所述驱动电机反转并驱动所述扇形板和所述光纤传感器上行一间隙距离。为了有效减少漏风间隙，本发明利用一种光纤式传感器来检测反馈漏风间隙状态，从而有效减少漏风率，提高锅炉燃烧效率。

Description

一种光纤式空气预热器漏风控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于锅炉设备的热交换装置，尤其涉及一种光纤式空气预热器漏风控制系统及其控制方法。

背景技术

空气预热器是锅炉的重要部件之一，它利用锅炉尾部烟气温度来加热锅炉燃烧用空气的一种热交换的设备。由于转子的不断转动，转子上表面持续受到热风侧的高温烟气的加热，温度较高；而转子的下表面也连续受到冷风侧一、二次冷风的冷却，温度较低。这样就使得转子的上部热膨胀大于下部的热膨胀，产生“蘑菇状”的热态变形。在这种“蘑菇状”的热态变形中，空气预热器转子的外周发生向下的沉降现象，而转子中心发生隆起。这就使得热态时转子下部的三角形漏风间隙和转子圆周的轴向漏风间隙变得比冷态时小，而转子上部的漏风间隙变得比冷态时大。而且随着锅炉负荷的升高，空气预热器转子换热量的增加，上述“蘑菇状”变形就越明显，各处漏风间隙的变化也就越大。

有鉴于此，如何设计一种新的空气预热器漏风控制系统及其控制方法，或对现有的空气预热器漏风设计进行有效改善，以消除现有的上述缺陷，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。

为了有效减少漏风间隙，本发明设计一种光纤式传感器来检测反馈漏风间隙状态，通过非接触式的检测转子角钢平面，当检测距离到达设定理想间隙值时，光纤传感器可通过光纤输出信号并将信号通过放大器转化为高电平信号，PLC采集到高电平信号，驱动执行电机上下行运动来调节扇形板与径向密封片之间的距离，从而有效减少漏风率，提高锅炉燃烧效率。

新型漏风控制系统采用先进的非接触式光纤传感器，利用被测量的变化调制传输光广播的某一参数，使其随之变化，然后对已调制的光信号进行检测，从而得到被测物理量。这种方式具有极高的灵敏度和精度，固有的安全性好、抗电磁干扰能力强、耐高温耐腐蚀、集传感和传输于一体的高性能传感器，再结合智能化控制系统，实现对漏风间隙的最佳控制。

发明内容

针对现有技术中的空气预热器漏风控制时所存在的上述缺陷，本发明提供了一种新颖的、具有良好稳定性和控制精度的光纤式空气预热器漏风控制系统及其控制方法，实现漏风间隙的有效控制。

为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明公开了一种光纤式空气预热器漏风控制系统，用于自动控制扇形板与转子角钢平面之间的间隙，包括光纤传感器、驱动电机、可编程逻辑控制器和扇形板提升机构，其中，

所述驱动电机，与所述可编程逻辑控制器电性连接，用于通过所述扇形板提升机构驱动所述扇形板和所述光纤传感器同步上行或下行；

所述光纤传感器，与所述扇形板同步移动，用于检测所述扇形板与所述转子角钢平面之间的距离是否达到设定值：

当两者距离达到设定值时，反馈一通断开关信号至所述可编程逻辑控制器；

所述可编程逻辑控制器，用以：

接收所述光纤传感器反馈的通断开关信号；

驱动所述驱动电机反转并驱动所述扇形板和所述光纤传感器上行一间隙距离。

进一步的，还包括温度监测装置，所述温度监测装置安装于空气预热器的烟气进口处，并将采集到的温度信号传送至所述可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器根据所述温度信号通过所述驱动电机驱动所述扇形板提升机构，进而控制所述扇形板上行或下行。

优选的，还包括位移反馈装置，与所述可编程逻辑控制器相连接，用于检测并反馈所述扇形板的位移数据至所述可编程逻辑控制器；所述可编程逻辑控制器还用以根据事先拟合出的扇形板位置与烟气进口温度的曲线，结合所述温度监测装置测出的温度值以及所述位移反馈装置反馈的位移数据控制所述扇形板与转子角钢平面之间的距离。

进一步的，还包括人机界面，用于：

显示所述扇形板与所述转子角钢平面之间距离的设定值、间隙距离；

响应输入修改所述扇形板和所述光纤传感器上行的间隙距离。

进一步的，所述波纹管内部设置有调节保护套，所述调节保护套套设于所述光纤传感器的外侧，用于实现所述光纤传感器相对于所述波纹管的上下调节。

本发明另外公开了一种光纤式空气预热器漏风控制方法，用于自动控制扇形板与转子角钢平面之间的间隙，包括以下步骤：

步骤一：可编程逻辑控制器通过扇形板提升机构控制扇形板和光纤传感器同步上下行；

步骤二：光纤传感器检测其与转子角钢平面之间的距离是否达到设定值；

步骤三：当两者距离达到设定值时，光纤传感器反馈一通断开关信号至可编程逻辑控制器；

步骤四：可编程逻辑控制器接收光纤传感器反馈的通断开关信号，驱动扇形板和光纤传感器上行一间隙距离。

优选的，步骤二之前还包括确认设定值的步骤，所述确认设定值的步骤包括：

控制所述扇形板，使得所述扇形板与所述转子角钢平面之间的距离为第一次设定的值X1，将所述扇形板上行或下行一段距离，进行第二次设定；

控制所述扇形板，使得所述扇形板与所述转子角钢平面之间的距离为第二次设定的值X2；

将两次设定后的距离值相加取平均值X3＝(X1+X2)/2；

在所述步骤二中，采用X3为设定值。

优选的，所述间隙距离通过所述人机界面进行实时修改。

优选的，在所述步骤一后，还包括判断所述光纤传感器发生故障的过程，若未发生故障，则进入步骤二，若发生故障，则：

所述控制系统根据已拟合出的扇形板位置与烟气进口温度的曲线，结合所述温度监测装置测出的温度值来实时控制所述扇形板与转子角钢平面之间的距离。

优选的，扇形板位置与烟气进口温度的曲线通过以下方式拟合得到：

温度监测装置采集烟气进口温度；

将所述烟气进口温度划分为多个温度区间，并根据不同温度段扇形板的位置值，拟合出扇形板位置与烟气进口温度之间的曲线图。

优选的，所述不同温度段扇形板的位置值是通过冒泡排序法将同一温度区间内采集到的最小值作为当前温度段的实际扇形板的位置值。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1.基于新型光纤式传感器研发的漏风控制系统较传统式机械传感器而言，不仅提高了控制的精度，同时这种非接触式感应方式也提高了传感器使用的寿命，保证系统安全可靠运行；

2.控制空气预热器的扇形板上下运行，以控制扇形板与转子角钢平面之间的间隙，使其时刻保持最佳间隙距离，从而有效减少漏风，提高锅炉效率；

3.本发明漏风控制系统在新型光纤传感器的基础上，增加了温度监测装置，使之在光纤传感器发生故障时，可立即采取温度负荷控制方式来保证系统的正常运行，且两种方式可实现无缝自由切换，保证了空气预热器的运行安全性和可靠性。

附图说明

结合附图，通过下文的详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：

图1是本发明一种光纤式空气预热器漏风控制系统的俯视结构示意图；

图2是本发明一种光纤式空气预热器漏风控制系统整体机构示意图；

图3是本发明一种光纤式空气预热器漏风控制方法的流程框图；

表1是本发明一种光纤式空气预热器漏风控制方法中实际扇形板位置值与温度区间对应表；

图4是本发明一种光纤式空气预热器漏风控制方法的一具体实施例的操作流程图。

【主要符号说明】10-光纤传感器；20-位置反馈装置；30-扇形板提升机构；40-温度监测装置；50-驱动电机；60-扇形板；70-转子角钢平面；80-可编程逻辑控制器。

具体实施方式

为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。下面参照附图，对本发明各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。

结合图1和图2，本发明公开了一种光纤式空气预热器漏风控制系统，用于自动控制扇形板与转子角钢平面之间的间隙，其包括光纤传感器10、驱动电机50、可编程逻辑控制器80和扇形板提升机构30。此外，该系统还包括三个扇形板60。

具体而言，所述驱动电机50，与所述可编程逻辑控制器80电性连接，用于通过所述扇形板提升机构30驱动所述扇形板60和所述光纤传感器10同步上行或下行；

所述光纤传感器10，安装于空气预热器的波纹管内，并与所述扇形板60底部连接且同步移动，用于检测所述扇形板60与所述转子角钢平面70之间的距离是否达到设定值：

当两者距离达到设定值时，反馈一通断开关信号至所述可编程逻辑控制器；

所述可编程逻辑控制器80，用以：

接收所述光纤传感器10反馈的通断开关信号；

驱动所述驱动电机50反转并驱动所述扇形板60和所述光纤传感器10上行一间隙距离。以及

所述扇形板提升机构30，与所述扇形板60一一对应设置，用于根据所接收的通断信号实时控制所述扇形板60同步上行或下行。

例如，光纤传感器一直广泛应用于军事、航空、安全应用程序等，其工作方式是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，再利用被测量对光的传输特性施加的影响，完成测量。其高灵敏度、高精度、电绝缘性及化学稳定性、抗电磁干扰能力强、耐高温腐蚀性强且轻细柔韧便于安装等一系列高性能参数都符合现场恶劣的工作环境。本实施例中，光纤传感器10可在480°的高温环境下工作，其安装于特制波纹管中与扇形板60底部连接，由驱动电机50驱动扇形板60和光纤传感器10同步上行或下行。当光纤传感器10检测到其与转子角钢平面70的距离到达设定值范围内时，其立即发出高电平信号，经放大器传送至可编程逻辑控制器80，可编程逻辑控制器80根据其反馈的信号支配扇形板提升机构30控制扇形板60上下行运动，来调节光纤传感器10与转子角钢平面70之间的最佳间隙位置。

在另一实施例中，还包括温度监测装置40，所述温度监测装置40安装于空气预热器的烟气进口处，并将采集到的温度信号传送至所述可编程逻辑控制器80，所述可编程逻辑控制器80根据所述温度信号通过所述驱动电机50驱动所述扇形板提升机构30，进而控制所述扇形板60上行或下行。优选的，通过所述温度监测装置40将采集到的烟气进口温度划分为多个温度区间，并根据不同温度段扇形板60的位置值，拟合出扇形板60位置与烟气进口温度之间的曲线图。

优选的，还包括位移反馈装置20，与所述可编程逻辑控制器80相连接，用于检测并反馈所述扇形板60的位移数据至所述可编程逻辑控制器80；所述可编程逻辑控制器80还用以根据事先拟合出的扇形板位置与烟气进口温度的曲线，结合所述温度监测装置40测出的温度值以及所述位移反馈装置20反馈的位移数据控制所述扇形板60与转子角钢平面70之间的距离。此外，所述位移反馈装置20包括旋转式电位器装置，所述位移反馈装置20将旋转式电位器装置所反馈的0-10V电压信号传送至所述可编程逻辑控制器80，所述可编程逻辑控制器80根据所述电压信号支配所述扇形板提升机构30控制所述扇形板60同步上行或下行。

在另一实施例中，还包括人机界面，用于实时显示所述光纤传感器10与所述转子角钢平面70之间的距离设定值、间隙距离，并响应输入修改所述扇形板60和所述光纤传感器10上行的间隙距离。

在另一实施例中，所述波纹管内部设置有调节保护套，所述调节保护套套设于所述光纤传感器10的外侧，用于实现所述光纤传感器10相对于所述波纹管的上下调节，以调整至所述光纤传感器10与所述转子角钢平面70之间的距离处于最佳间隙距离。

此外，参照图3一种光纤式空气预热器漏风控制方法的流程框图，其用于自动控制扇形板60与转子角钢平面70之间的间隙，所述光纤式空气预热器漏风控制方法包括以下步骤：

步骤一：可编程逻辑控制器80控制扇形板60和光纤传感器10同步上下行；

步骤二：光纤传感器10检测其与转子角钢平面70之间的距离是否达到设定值；

步骤三：当两者距离达到设定值时，光纤传感器10反馈一通断开关信号至可编程逻辑控制器80；

步骤四：可编程逻辑控制器80接收光纤传感器10反馈的通断开关信号，驱动扇形板60和光纤传感器10上行一间隙距离。

优选实施例中，本发明漏风控制系统通过将光纤传感器10安装于特制波纹管内，从管道上方通入压缩冷空气对传感器表面及检测面进行不断吹扫，防止沉积的灰尘对检测精度造成一定的影响。波纹管内部调节保护套可以对光纤传感器本体进行上下调节，以调整传感器检测距离处于最佳位置。待机组满负荷运行时进行热态调试。

在步骤二之前还包括确认设定值的步骤，所述确认设定值的步骤主要采用静态设定，所述静态设定通过两次不同的距离位置进行对比设定，包括：

控制所述扇形板60，使得所述扇形板60与所述转子角钢平面70之间的距离为第一次设定的值X1，将所述扇形板60上行或下行一段距离，进行第二次设定；

控制所述扇形板60，使得所述扇形板60与所述转子角钢平面70之间的距离为第二次设定的值X2；

将两次设定后的距离值相加取平均值X3＝(X1+X2)/2；

在所述步骤二中，采用X3为设定值。

所述可编程逻辑控制器80控制所述扇形板60上行或下行，与所述扇形板60连接的光纤传感器10一同和所述扇形板60上行或下行进行跟踪，当所述光纤传感器10检测到设定值X3时，由放大器向所述可编程逻辑控制器80反馈一高电平信号，所述可编程逻辑控制器80接收所述高电平信号后立即停止所述驱动电机50的上行或下行动作，并立即反转上行一最佳间隙距离。所述最佳间隙距离可根据机组实际运行工况而定，可通过所述人机界面进行实时修改。通过定时对转子角钢平面70进行跟踪，保证扇形板60与转子角钢平面70之间处于最佳间隙，保证整体漏风率。

在所述步骤一后，还包括判断所述光纤传感器10发生故障的过程，若未发生故障，则进入步骤二，若发生故障，则：

所述控制系统根据已拟合出的扇形板位置与烟气进口温度的曲线，结合所述温度监测装置40测出的温度值来实时控制所述扇形板60与转子角钢平面70之间的距离。

而扇形板位置与烟气进口温度的曲线通过以下方式拟合得到：

温度监测装置采集烟气进口温度；

将所述烟气进口温度划分为多个温度区间，并根据不同温度段扇形板的位置值，拟合出扇形板位置与烟气进口温度之间的曲线图。

其中，所述不同温度段扇形板的位置值是通过冒泡排序法将同一温度区间内采集到的最小值作为当前温度段的实际扇形板的位置值。

具体的，在漏风控制系统投入运行后，温度监测装置40开始运作，通过温度监测装置40将采集到的烟气进口温度划分为多个温度区间T1、T2、T3、……、Tn，并根据不同温度段扇形板60投放的位置，采集到的实际扇形板位置值S1、S2、S3、……、Sn(见表一)，并采用冒泡排序法将同一温度区间段内采集到的最小值作为当前温度段的实际扇形板位置值，通过采集到的不同温度段的扇形板位置值，可以拟合出扇形板位置与温度之间的曲线图，当光纤传感器10发生故障后，系统会自动切换至温度控制模式，所述控制系统根据拟合出的扇形板位置与烟气进口温度的曲线，结合所述温度监测装置40测出的温度值对应的所述扇形板位置值来实时控制所述扇形板60与转子角钢平面70之间的间隙值。两种方式自由切换，实时保证系统的正常运行，保证系统处于最佳漏风控制效果。

图4是本发明一种光纤式空气预热器漏风控制方法的一具体实施例的操作流程图。

首先，漏风控制系统进行上电初始化，并切入自动模式。接着，判断光纤传感器10是否出现故障，如无故障，则进入光纤传感器监测模式，并判断跟踪时间是否达到设定值，若达到设定值，则驱动电机50进行下行动作，若未达到设定值，则重新返回循环判断跟踪时间是否达到设定值；判断驱动电机50下行距离是否达到设定范围，若达到设定值，则驱动电机50停止并反转上行，若未达到设定值，则重新返回循环进行驱动电机50下行动作；判断驱动电机50上行距离是否达到最佳间隙距离，若达到最佳间隙距离，则驱动电机50停止运转，若未达到，则驱动电机50继续上行；驱动电机50停止运行后，再次循环判断跟踪时间是否达到设定值。

如光纤传感器10出现故障，则进入温度控制模式，温度监测装置40采集烟气进口温度，将烟气进口温度与扇形板位置值进行拟合，漏风控制系统根据拟合出的扇形板位置与烟气进口温度的曲线，计算出扇形板60下放的位置，从而驱动驱动电机50下行底座，并判断相应的温度区间对应的扇形板位置值是否达到，若达到，则驱动电机50停止运行，若未达到，则驱动电机50继续下行动作；驱动电机50停止运行后，再次循环采集烟气进口温度。

在光纤传感器检测模式和温度控制模式中，驱动电机50停止运行后，判断漏风系统是否有故障报警，若有，则采用声光报警，并通知DSC集控室，若没有，则循环判断漏风系统是否有故障报警。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种光纤式空气预热器漏风控制方法，用于自动控制扇形板与转子角钢平面之间的间隙，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：可编程逻辑控制器通过扇形板提升机构控制扇形板和光纤传感器同步上下行；

控制所述扇形板，使得所述扇形板与所述转子角钢平面之间的距离为第一次设定的值X1，将所述扇形板上行或下行一段距离，进行第二次设定；

控制所述扇形板，使得所述扇形板与所述转子角钢平面之间的距离为第二次设定的值X2；

将两次设定后的距离值相加取平均值X3＝(X1+X2)/2；

步骤二：采用X3为设定值，光纤传感器检测其与转子角钢平面之间的距离是否达到设定值；

步骤三：当两者距离达到设定值时，光纤传感器反馈一通断开关信号至可编程逻辑控制器；

步骤四：可编程逻辑控制器接收光纤传感器反馈的通断开关信号，驱动扇形板和光纤传感器上行一间隙距离。

2.如权利要求1所述的一种光纤式空气预热器漏风控制方法，其特征在于，所述间隙距离通过所述人机界面进行实时修改。

3.如权利要求1所述的一种光纤式空气预热器漏风控制方法，其特征在于，在所述步骤一后，还包括判断所述光纤传感器发生故障的过程，若未发生故障，则进入步骤二，若发生故障，则：

所述控制系统根据已拟合出的扇形板位置与烟气进口温度的曲线，结合所述温度监测装置测出的温度值来实时控制所述扇形板与转子角钢平面之间的距离。

4.如权利要求3所述的一种光纤式空气预热器漏风控制方法，其特征在于，扇形板位置与烟气进口温度的曲线通过以下方式拟合得到：

温度监测装置采集烟气进口温度；

将所述烟气进口温度划分为多个温度区间，并根据不同温度段扇形板的位置值，拟合出扇形板位置与烟气进口温度之间的曲线图。

5.如权利要求4所述的一种光纤式空气预热器漏风控制方法，其特征在于，所述不同温度段扇形板的位置值是通过冒泡排序法将同一温度区间内采集到的最小值作为当前温度段的实际扇形板的位置值。