CN110530303A - 气动式空气预热器的漏风间隙控制系统及其控制方法 - Google Patents

气动式空气预热器的漏风间隙控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种气动式空气预热器的漏风间隙控制系统，漏风间隙控制系统包括：气动测量装置，压力变送器，控制装置和扇形板执行机构。本发明相对于现有的电涡流或激光式空预器间隙控制技术，利用气动测控自身所具有的优点来实现非接触测量与控制，系统测量准确度高、耐高温恶劣环境、使用寿命长，易于检修维护等功能，可广泛应用于空气预热器间隙漏风控制系统。

Description

气动式空气预热器的漏风间隙控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及气动式空气预热器的控制系统，尤其是涉及气动式空预器的漏风间隙控制系统，本发明还涉及了气动式空预器的漏风间隙控制系统的控制方法。
背景技术
大型火电厂中空气预热器(简称：空预器)是电站锅炉中极为重要的辅助设备，其转子受热后会产生向下弯曲形变，漏风间隙控制采用通过控制系统控制扇形板执行机构升降空预器热端扇形板上下运动来跟踪转子的热态变形，以实现最佳的热端径向密封间隙。所以转子受热后的形变检测在整个空气预热器漏风间隙控制系统中显得极其重要，是空预器漏风控制的关键。对于非接触式漏风间隙控制一般采用电涡流测量和控制，但由于高温恶劣环境的影响，电涡流方式在原理上存在大距离间隙测量上诸多难点，测量结果不能很好的真实反映实际，特别在空预器内高温恶劣环境中，测量结果受温度漂移影响很大，高温环境对电涡流探头的使用寿命也有很大影响，一旦损坏需停炉检修时才能更换，不能很好地实现密封间隙的有效控制。
除上述电涡流式检测的控制方案外，还有通过激光测量转子形变的技术方案，但由于空预器内的高温、热膨胀、热变形、以及高温引起的空气湍流等影响，即便通过设置洁净气流通道提供一个激光检测路径，但还是不能完全解决激光测距仪安装基准热膨胀、激光束因气流扰动漂移、空气温度变化带来的折射率差异等问题，给激光测量结果带来的附加干扰和影响。其次，不能忽略激光测距仪自身技术参数会受到测量频率和测量精度等方面的限制，使激光测量方式在工程实际应用中仍存在测量精确度和误差较大的问题。另外单激光测量方式不能直接测量出扇形板和转子检测角钢之间的间隙，还需单独设置扇形板位移反馈装置，并结合位置反馈信号才能间接测量出间隙值，而信号在位置反馈和信号转换的过程中也会产生附加的测量误差，使测量准确度受到影响，因此在空预器间隙测量上使用激光式测量还有待于相关激光测量技术的进一步完善。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服上面所述的技术缺陷，提供一种稳定性好、耐高温、控制精度好的气动式空气预热器的漏风间隙控制系统及其控制方法。
为了解决上面所述的技术问题，本发明采取以下技术方案：
本发明提供一种气动式空气预热器的漏风间隙控制系统，漏风间隙控制系统包括：
气动测量装置，用于直接测量空气预热器的扇形板与转子检测角钢之间的间隙距离S，并将间隙距离S的变化转换为气压P的变化；
其中，气动测量装置进一步包括有：过滤减压阀、精密调压阀、气动测量头、气压检测管和气源管，气源管处设置有过滤减压阀和精密调压阀；所述气动测量装置由气源提供所需气动测量的动力源，气源经气源管及过滤减压阀和精密调压阀后得到稳定压力气流进入气动测量头，气动测量头测量后的气流经过气压检测管进入压力变送器；
压力变送器，与气动测量装置的气压检测输出端和控制装置输入端连接，用于将变化的气压P变换为电信号，并将该电信号送到控制装置；
控制装置，与压力变送器输出端和扇形板执行机构相连接，接收压力变送器发出的变化的气压P的电信号，并根据间隙距离S的测量值与预设控制值和预设控制偏差值比较的结果发出驱动控制信号给扇形板执行机构；
扇形板执行机构，与扇形板连接，根据控制装置发出的驱动控制信号提升或下降扇形板。
作为一种优选方式，所述的气动测量装置还包括有背压检测器，根据安装调试时系统规定预设的扇形板与转子检测角钢之间的最小安全间隙所对应的背压值，在气压检测管堵塞时提供最小安全间隙距离限制信号。
作为一种优选方式，所述的气动测量装置还包括有用于预防气压检测管堵塞的吹扫电磁阀，吹扫电磁阀由控制装置控制，用于定时吹扫和清洁气压检测管。
本发明还提供了气动式空气预热器的漏风间隙控制系统的控制方法，包括以下步骤：
(I)气动测量装置中的气动测量头连续测量扇形板与转子检测角钢之间的间隙距离S，并将连续测量的结果转换为气压信号输出给压力变送器进行信号转换；
(II)压力变送器将气压信号变换为电信号提供给控制装置；
(III)控制装置每秒采集一次间隙距离测量信号，同时控制装置在一个60秒的采样周期内，或空气预热器实际转动一周的时间内，对该采样周期内采集的全部间隙距离测量信号值的大小进行逐一比较，并仅保留该采样周期内间隙距离测量值中的最小值，这个最小值称之为“间隙最小采样值”；控制装置预设的间隙值有：间隙控制值、间隙控制正偏差值、间隙控制负偏差值；此时有三种工作状态：
当间隙控制负偏差值≤间隙最小采样值-间隙控制值≤间隙控制正偏差值，控制装置(103)不输出控制信号给扇形板执行机构(104)，扇形板(203)不动作；
当间隙最小采样值-预设间隙控制值＞间隙控制正偏差值，控制装置(103)输出下降驱动控制信号给扇形板执行机构(104)，扇形板(203)下降；
当间隙最小采样值-预设间隙控制值＜间隙控制负偏差值，控制装置(103)输出上升驱动控制信号给扇形板执行机构(104)，扇形板(203)上升。
(IV)控制装置103判断是否需要继续，若继续，则重复步骤(III)；若不继续，则结束工作。
本发明将扇形板与转子检测角钢之间的间隙距离S的变化引起气压P的变化，并转换成相应的电信号给控制装置，并由控制装置按照接收到的电信号进行扇形板的实时控制。此实现控制的方式不受空预器内的高温、热膨胀、热变形及高温引起的空气湍流等影响，能够提供性能稳定、控制精度良好、和测量准确度可靠的漏风间隙控制系统，能够应用于大型火电厂的空气预热器中。
附图说明
图1是本发明的漏风间隙控制系统的结构示意图。
图2是本发明中气动测量头、扇形板与转子检测角钢间隙的示意图。
图3是气动测量装置在空气预热器布置示意图。
图4是依据本发明的间隙漏风控制方法的步骤框图。
图5是基于图4的间隙漏风控制方法的一个具体实施例的逻辑流程图。
图中，10.气源、11.过滤减压阀、12.精密调压阀、13.气动测量头、14.背压检测器、15.气压检测管、16.气源管、101.气动测量装置、102.压力变送器、103.控制装置、104.扇形板执行机构、105.吹扫电磁阀、201.空预器转子、202.转子检测角钢、203.扇形板、204.径向密封片、501.一次热风出口、502.烟气侧进口、503.二次热风出口。
具体实施方式
为了更清楚地理解本发明的详细内容，可参考附图以及下面对本发明的描述和具体实施例，附图中相同部件用同一符号和数字代表。以下结合附图说明和实施例，对本发明进行较为详细的说明。相关领域的专业技术人员应当完全理解，以下所述和提供的实施例并非用来制约本发明所涉及的范围。另外，附图未按比例进行绘制，仅用于满足清楚地阐述和进行示意性说明。
请一并参阅图1和图2，如图所示，一种气动式空气预热器的漏风间隙控制系统，漏风间隙控制系统包括：
气动测量装置101，用于直接测量空气预热器的扇形板203与转子检测角钢202之间的间隙距离S，并将间隙距离S的变化转换为气压P的变化；
其中，气动测量装置101进一步包括有：过滤减压阀11、精密调压阀12、气动测量头13、气压检测管15和气源管16，气源管16处设置有过滤减压阀11和精密调压阀12；气动测量装置101由气源10提供所需气动测量的动力源，气源10经气源管及过滤减压阀11和精密调压阀12后得到稳定压力气流进入气动测量头13，气动测量头测量后的气流经过气压检测管进入压力变送器；
压力变送器102，与气动测量装置101的气压检测输出端和控制装置103输入端连接，用于将变化的气压P变换为电信号，并将该电信号送到控制装置103；
控制装置103，与压力变送器102输出端和扇形板执行机构104相连接，接收压力变送器102发出的变化的气压P的电信号，并根据间隙距离S的测量值与预设控制值和预设控制偏差值比较的结果发出驱动控制信号给扇形板执行机构104；
扇形板执行机构104，与扇形板203连接，根据控制装置103发出的驱动控制信号提升或下降扇形板203。
作为一种优选方案：气动测量头13的结构为同心双层结构，气动测量头13安装固定在扇形板侧面随扇形板一起上下移动，同时气动测量头13喷嘴出口端头与扇形板下平面保持同一水平面，气动测量头13喷嘴中心对准空气预热器转子检测角钢202中心位置。压缩空气流从气动测量头13喷嘴的外层向外喷射，当气动测量头13喷嘴下方的转子检测角钢202进入气动测量装置101的测量范围时，气流反射进入气动测量头13同心双层结构中心的气压检测管道，气压检测管中的气压P随着气动测量头喷嘴端头(扇形板下平面)与转子检测角钢202的间隙距离S的变化而变化，气压P与间隙距离S的函数关系为：P＝f(S)；
作为一种优选方案，气动测量装置还包括有背压检测器，根据安装调试时系统规定预设的扇形板203与转子检测角钢202之间的最小安全间隙所对应的背压值，在气压检测管15堵塞时提供最小安全间隙距离限制信号。
作为一种优选方案，气动测量装置还包括有用于预防气压检测管堵塞的吹扫电磁阀，吹扫电磁阀由控制装置控制，用于定时吹扫和清洁气压检测管。
安装调试时首先将气动测量头13与扇形板203连接固定，随扇形板203一起上下移动，气动测量头13喷嘴出口端头与扇形板下平面保持同一水平面；依据技术文件要求，标定扇形板203与转子检测角钢202之间实际最小安全间隙距离，并在此间隙距离位置核实背压检测14探测输出对应的气压值，记录此气压值作为安全间隙距离的下极限信号标志。此标志信号能确保控制系统让扇形板203与转子检测角钢202在预设标定的最小安全间隙距离运行，以实现漏风间隙控制始终处于最小；当气源10压力不满足技术规定条件，或背压检测14气压信号输出不正常，控制装置103将停止扇形板203下降动作，并提升至上限位安全位置，同时控制装置103发出相应报警信号。
一种气动式空气预热器的漏风间隙控制系统的控制方法，包括以下步骤：
(I)气动测量装置101中的气动测量头13连续测量扇形板203与转子检测角钢202之间的间隙距离S，并将连续测量的结果转换为气压信号输出给压力变送器102进行信号转换；
(II)压力变送器102将气压信号变换为电信号提供给控制装置103；
(III)控制装置103每秒采集一次间隙距离测量信号，同时控制装置103在一个60秒的采样周期内，或空气预热器实际转动一周的时间内，对该采样周期内采集的全部间隙距离测量信号值的大小进行逐一比较，并仅保留该采样周期内间隙距离测量值中的最小值，这个最小值称之为“间隙最小采样值”；控制装置103预设的间隙值有：间隙控制值、间隙控制正偏差值、间隙控制负偏差值；此时有三种工作状态：
当间隙控制负偏差值≤间隙最小采样值-间隙控制值≤间隙控制正偏差值，控制装置103不输出控制信号给扇形板执行机构104，扇形板203不动作；
当间隙最小采样值-预设间隙控制值＞间隙控制正偏差值，控制装置103输出下降驱动控制信号给扇形板执行机构104，扇形板203下降；
当间隙最小采样值-预设间隙控制值＜间隙控制负偏差值，控制装置103输出上升驱动控制信号给扇形板执行机构104，扇形板203上升。
(IV)控制装置103判断是否需要继续，若继续，则重复步骤(III)；若不继续，则结束工作。
当操作完成后，控制装置103刷新并保存当前新一轮周期内的间隙最小采样值，同时进行下一轮的测控和操作，如此往复循环。
根据下降或上升速度，可以预设在扇形板203下降或上升的时间t为5-15秒。
举例说明：
请参阅图3，以较为常见的三分仓空气预热器举例，三块扇形板203将空气预热器分为烟气侧进口502，一次热风出口501，二次热风出口503三部分；扇形板203由扇形板执行器104驱动上升或下降；气动测量装置101布置在空气预热器一次热风出口501和二次热风出口503方向，紧邻扇形板执行机构104和扇形板203旁侧。
假设控制装置的预设间隙控制值为8mm，预设间隙控制正偏差为0.5mm，预设间隙控制负偏差为0.2mm，则间隙控制偏差范围是8.5～7.8mm；当8.5mm≥间隙最小采样值≥7.8mm，则说明间隙合适，扇形板不动作；当间隙最小采样值＞8.5mm，则说明间隙偏大，扇形板下降10秒；当间隙最小采样值＜7.8mm，则说明间隙偏小，扇形板上升10秒。
上述实施例所述并不是唯一方法，在不偏离本发明含义的情况下，还可以对具体实施例进行各种变换和优化，这些变换和优化都在本发明权利要求书所限定的范围中。

Claims (5)

1.一种气动式空气预热器的漏风间隙控制系统，其特征在于，漏风间隙控制系统包括：
气动测量装置(101)，用于直接测量空气预热器的扇形板(203)与转子检测角钢(202)之间的间隙距离S，并将间隙距离S的变化转换为气压P的变化；
其中，气动测量装置(101)进一步包括有：过滤减压阀(11)、精密调压阀(12)、气动测量头(13)、气压检测管(15)和气源管(16)，气源管(16)处设置有过滤减压阀(11)和精密调压阀(12)；所述气动测量装置(101)由气源(10)提供所需气动测量的动力源，气源(10)经气源管及过滤减压阀(11)和精密调压阀(12)后得到稳定压力气流进入气动测量头(13)，气动测量头测量后的气流经过气压检测管进入压力变送器；
压力变送器(102)，与气动测量装置(101)的气压检测输出端和控制装置(103)输入端连接，用于将变化的气压P变换为电信号，并将该电信号送到控制装置(103)；
控制装置(103)，与压力变送器(102)输出端和扇形板执行机构(104)相连接，接收压力变送器(102)发出的变化的气压P的电信号，并根据间隙距离S的测量值与预设控制值和预设控制偏差值比较的结果发出驱动控制信号给扇形板执行机构(104)；
扇形板执行机构(104)，与扇形板(203)连接，根据控制装置(103)发出的驱动控制信号提升或下降扇形板(203)。
2.如权利要求1所述的漏风间隙控制系统，其特征在于：所述的气动测量装置还包括有背压检测器，根据安装调试时系统规定预设的扇形板(203)与转子检测角钢(202)之间的最小安全间隙所对应的背压值，在气压检测管(15)堵塞时提供最小安全间隙距离限制信号。
3.如权利要求1所述的漏风间隙控制系统，其特征在于：所述的气动测量装置还包括有用于预防气压检测管堵塞的吹扫电磁阀，吹扫电磁阀由控制装置控制，用于定时吹扫和清洁气压检测管。
4.如权利要求1所述的漏风间隙控制系统，其特征在于：气动测量头(13)为同心双层结构的气动测量头(13)，气动测量头(13)安装固定在扇形板侧面随扇形板一起上下移动，气动测量头(13)喷嘴出口端头与扇形板下平面保持同一水平面，气动测量头(13)喷嘴中心对准转子检测角钢(202)中心位置。
5.如权利要求1至4任一所述的气动式空气预热器的漏风间隙控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(I)气动测量装置(101)中的气动测量头(13)连续测量扇形板(203)与转子检测角钢(202)之间的间隙距离S，并将连续测量的结果转换为气压信号输出给压力变送器(102)进行信号转换；
(II)压力变送器(102)将气压信号变换为电信号提供给控制装置(103)；
(III)控制装置(103)每秒采集一次间隙距离测量信号，同时控制装置(103)在一个60秒的采样周期内，或空气预热器实际转动一周的时间内，对该采样周期内采集的全部间隙距离测量信号值的大小进行逐一比较，并仅保留该采样周期内间隙距离测量值中的最小值，这个最小值称之为“间隙最小采样值”；控制装置(103)预设的间隙值有：间隙控制值、间隙控制正偏差值、间隙控制负偏差值；此时有三种工作状态：
当间隙控制负偏差值≤间隙最小采样值-间隙控制值≤间隙控制正偏差值，控制装置(103)不输出控制信号给扇形板执行机构(104)，扇形板(203)不动作；
当间隙最小采样值-预设间隙控制值＞间隙控制正偏差值，控制装置(103)输出下降驱动控制信号给扇形板执行机构(104)，扇形板(203)下降；
当间隙最小采样值-预设间隙控制值＜间隙控制负偏差值，控制装置(103)输出上升驱动控制信号给扇形板执行机构(104)，扇形板(203)上升；
(IV)控制装置(103)判断是否需要继续，若继续，则重复步骤(III)；若不继续，则结束工作。
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