CN1432120A - 用于空气预热器中快速漏泄控制的以负荷为基础的控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种旋转式空气预热器(10)，它具有：一个转子(14)；至少一个靠近于转子设置的密封件；一个用于在邻近转子(14)的第一位置与离开该第一位置一定距离的第二位置之间往复作动上述密封件的一部分(60)的作动机构(62)；和一个控制上述作动机构(62)的控制系统(80)。当测出的锅炉负荷值高于第一存储的锅炉负荷值时，逻辑器(94)可向作动机构(62)发出第一作动信号，并在测出的锅炉负荷值低于第一存储的锅炉负荷值时向作动机构(62)发出第二作动信号。上述的第一作动信号驱使上述作动机构(62)将密封件的上述部分(60)移动至上述第一位置，上述的第二作动信号驱使上述作动机构将密封件的上述部分(60)移动至上述第二位置。
Description
本发明的背景
本发明涉及旋转回热式空气预热器，该空气预热器具有将它分隔成废气扇形区和一个或多个空气扇形区的扇形板，并具有与上述扇形板相配合以减少空气预热器扇形区之间的漏泄的径向密封件。更具体地，本发明涉及用于调节上述扇形板相对于上述径向密封件的位置的扇形板作动机构的控制系统。
旋转回热式空气预热器通过在废气流与空气流中连续旋转的转子的回热式传热表面将显热从离开锅炉的废气传给进入预热器的燃烧空气。由多个径向延伸的板件(称之为隔板)将具有传热表面的转子分隔成多个隔室，这些隔室可用于支承含有传热表面的标准组件笼。
通过扇形板将空气预热器分成废气侧(或者说废气扇形区)和一个或多个燃烧空气侧(或者说燃烧空气扇形区)，在转子上很靠近上述扇形板处安装有柔性的径向密封件(通常安装在上述隔板的顶边和底边上)，并可使扇形区之间的废气和空气的漏泄减至最少。在一种典型的旋转回热式热交换器中，热的废气和燃烧的空气从相反端部进入转子外壳内，并沿相反方向通过装在转子内的热交换件。因此，冷的空气进口和已冷却的废气的出口位于热交换器的一端(通常是底部，并称之为冷端)，而热的废气进口和加热了的空气出口则位于热交换器相对的另一端(通常是顶部，并称之为热端)。所以，从转子的热端至转子的冷端存在一定的轴向温度梯度，由于这种温度梯度，转子容易变形，并变成一种类似于倒置的盘子那样的形状(通常称为转子向下折转)。这样，安装在隔板顶边的径向密封件便被拉离扇形板，而在转子的外半径处出现较大的分离，这就打开了一个空隙而使废气和空气发生讨厌的混合。
已经发展出各种方法以在上述温度范围内使安装在隔板上的径向密封件与扇形板之间保持密封。众所熟知的是，旋转回热式空气预热器采用了一种延伸过隔板与扇形板之间的间隙的柔性密封件。当转子从冷态(非工作状态)转换到热态(工作状态)时，沿转子的温度梯度增大，热端隔板与扇形板之间的间隙也增大。上述柔性密封件设置成能与扇形板保持接触。
但是，上述的密封方法存在一些问题。经验表明，密封件与扇形板之间的连续接触会使密封件和扇形板都受到磨损。有时采用专用的衬垫来减少密封表面的磨损，但是采用这种衬垫既提高成本又增加了劳动量。另外，上述的密封件常由于挠曲和边缘破裂而过早失效。最后，可由上述密封件关闭的间隙量也是有限的。
本发明概述
本发明提供一种在空气预热器中保持转子与扇形板或轴向密封件之间的可控间隙以减少漏泄的控制系统。本发明的旋转式预热器具有至少一个靠近于转子设置并与转子相配合而阻止沿转子周围漏泄的密封机构(扇形板或轴向密封件)。这种预热器还具有可在邻近转子的第一位置与离开该第一位置一定距离的第二位置之间往复作动上述密封机构的至少一部分的作动机构。上述控制系统具有：用于检测锅炉负荷的负荷检测器；用于存储其值介于最小锅炉负荷与最大锅炉负荷之间的第一存储的锅炉负荷值的存储器；和用于将测出的锅炉负荷值与上述第一存储的锅炉负荷值进行比较的逻辑器，该逻辑器可在测出的锅炉负荷值高于上述第一存储的锅炉负荷值时向作动机构发出第一作动信号，并在测出的锅炉负荷值低于上述第一存储的锅炉负荷值时向作动机构发出第二作动信号，上述第一作动信号驱使作动机构将每个上述密封机构的上述部分移动至第一位置，上述第二作动信号驱使作动机构将每个上述密封机构的上述部分移动至第二位置。
例如，当空气预热器从冷态进入热态时从转子的隔板伸出的热端密封件便背离热端扇形板逐渐地从内侧端向外侧端移动。按照本发明，当测出的锅炉负荷达到一个预定值时，第一作动信号驱使作动机构将扇形板的外侧端部向转子的热端密封件移动，而关闭所增大的间隙。
本发明的目的是提供一种用于控制空气预热器内的功能性漏性的改进的新型控制系统。
本发明的又一目的是提供一种控制沿空气预热器的转子周围的漏泄的且在空气预热器内不需设置检测器的控制系统。
从下列的附图和说明中将会明白本发明的其他目的和优点。
附图的简述
图1是一种普通的旋转回热式空气预热器的总的透视图；
图2是一种三扇形区空气预热器的简单顶视图，示出壳体中的转子并示出了扇形板；
图3简单示出处于冷态的旋转回热式空气预热器；
图4是类似于图3的视图，示出了转子翻折而扇形板处于顶上位置；
图5是类似于图4的视图，但扇形板处于顶下位置；
图6是扇形板作动机构的一个实施例的顶视图；
图7是图6的扇形板作动机构的端视图；
图8是本发明的控制系统示意图。
优选实施例的说明
图1是典型的双扇形区空气预热器10的局部剖切透视图，上述预热器10具有一个壳体12，在该壳体12内，转子14安装在传动轴或者说立柱16上。上述壳体12被流体密封式扇形板18和20分隔成废气扇形区24和空气扇形区26。在该装置的底部上也设置了相应的扇形板。热的废气沿箭头18所示方向进入空气预热器10，流过废气扇形区，将热传给转子14的传热表面。当这个热的传热表面旋转通过空气扇形区26时，便将热传给从底部沿箭头30流过转子的空气，这样，冷的空气进口和冷却的废气出口便构成了冷的底部，而热的废气入口和加热了的空气出口则构成热的顶部。在壳体的上部设置有热端中央部件32，而在壳体底部则设置有相应的冷端中央部件34。转子14具有外壳36。转子14由隔板40分成多个饼状的隔室38，每个隔室含有多个热交换用的笼形组件42。
图2示出具有壳体12和转子14的三扇形区空气预热器的平面图，在本实施例中，壳体由扇形板18、20和22分隔成3个扇形区，这些扇形区是废气扇形区24和空气扇形区26，后者又分成主空气扇形区44和副空气扇形区46。图2中为了清晰起见在扇形板18、20和22上画出剖面线。转子14由外壳36和将转子分隔成隔室38的隔板40组成。上述隔板40的顶边和底边都与径向密封件相连接。
当空气预热器10工作时，转子14是冷的，而转子14与扇形板18、20和22的关系如图3所示。图3示出壳体12和由转子外壳36与隔板40组成的转子14以及扇形板18，20。在隔板40的顶部上设有径向密封件48(该密封件48在以后的图中将更详细示出，但它们也可以是任何普通结构的径向密封件)。如图3所示，径向密封件48与扇形板18、20相接合或十分贴近以形成所需的密封。
当旋转的转子14从冷的非工作状态进入热的工作状态时，便由于逆流的空气与废气流之间发生热交换而形成从转子的热的顶部至转子的冷的底部的轴向温度梯度，这种轴向温度梯度会引起转子14弯曲(如图4所示)，称为转子向下折转。结果，安装在隔板40的热端上的径向密封件48被拉离扇形板18、20，致使转子14的外围出现较大的离隙，从而使径向密封件48与扇形板18、20之间张开一个间隙50，该间隙50使空气和废气可在扇形区之间流动，造成不希望有的空气与废气的混合。与此不同，若在冷的底部设置扇形板52和54，并将它们安装成可在扇形板52、54与径向密封件58之间的周围存在一个预定间隙56(如图3所示)的冷态下开始工作，那么，当转子被加热并发生转子翻折时，上述间隙56便闭合，如图4所示。
为了使转子受热和翻折时形成的间隙50闭合，可驱动热端扇形板18、20，使其外侧端部60移向转子14。如图5所示，扇形板18、20的外侧端部60已被迫向下移至与径向密封件48相接触。可采用一种扇形板作动机构62来使扇形板18、20上、下往复动作而使间隙50闭合。
在第一实施例中，上述的扇形板作动机构62具有一个或两个电动马达64，该马达64通过减速器68和第一三通等径直角斜齿轮箱(mitrebox)70带动两个机械的螺旋作动器66。如果采用两个电动马达64，则每个马达通过第二三通轴锯箱72与减速器68相连接。上述的电动马达64、三通轴锯箱70、72、减速器68以及机械螺旋作动器66全都安装在钢制焊接底座74上，该底座74又安装在热端中央部件32上，每个机械的螺旋作动器66的传动机构都通过连杆76与扇形板18、20相连接。密封/导引组件78保持连杆对准，并防止发生沿连杆76周围的向外漏泄。
美国专利申请No.09/339250(1999年9月20日提出申请，并已转让给本申请的受让人，其内容纳入本文作为参考)公开了扇形板作动机构的另一种实施例，上述专利申请提出一种利用传动轴、双传动带、双作动气缸和双离心盘机构来使扇形板18、20往复运动的扇形板作动机构。
在普通的扇形板作动机构中，由控制系统根据转子的热端与冷端之间的密封间隙的变化或温度差的变化来操纵传动装置(电动马达或传动轴)。
上述的密封间隙由固定在每个热端扇形板上的转子位置传感器来测定，当上述的扇形板与设置在转子的外圆周上的转子T形棒相接触时便被作动，当系统处于“自动”模式时，传动装置便向着转子移动扇形板的外侧端。在与转子的T形棒相接触时，传感器便向传动装置发出停止信号，并使扇形板从转子缩回一小段距离，而在周围形成一个正常的间隙。应当明白，上述的转子位置传感器会由于空气预热器的转动而受到磨损、高温和振动的作用。另外，空气预热器工作过程中的瞬变状态也会对上述传感器产生机械冲击损伤。
通过安装在废气进口导管和废气出口导管内的检测器测量温度差，当到达所需温度时，控制系统便操纵传动装置闭合上述间隙。应当明白，设在废气进口处的检测器也暴露在高温下，而且两个温度检测器也会受到振动和机械冲击的作用。
在本发明的一种控制空气预热器漏泄的控制系统80中，根据锅炉的动力输出或者说锅炉负荷来控制扇形板18、20的位置。业已发现，动力锅炉中废气流和空气流的实际温度稳定在占全负荷工作量的极小百分数的全负荷温度中的相当窄的范围内。只是流量有显著变化。这就可简单地根据锅炉的负荷来设置十分贴近的空气预热器转子翻折和密封的间隙。通过测定锅炉负荷并根据锅炉负荷控制扇形板的作动机构62，便不需要设置扇形板位置传感器或温差检测器了。
在一个优先实施例中，本发明具有两个定位系统，其中，扇形板18、20的外侧部分60可从顶上位置82(见图4)作动到顶下位置84(见图5)，而扇形板则根据计算的全负荷转子翻折的百分数移动一定距离。本发明的空气预热器漏泄控制系统80利用锅炉负荷的第一预定百分数，并将它存储在控制系统80的存储器86内，以驱动扇形板作动机构62。上述的值基于锅炉的负荷需求量，例如，选定的初始锅炉负荷的值可以低达锅炉负荷的35％，此时可发生最大转子翻折的75％左右的翻折。可根据工作循环或用户的其他需求设定一个接近于全负荷作业的锅炉负荷的百分数。
本发明的空气预热器漏泄控制系统80应用了一个检测锅炉负荷的作为锅炉控制系统90之一部分的锅炉负荷检测器88，该锅炉负荷检测器88发出一个反映锅炉负荷的信号，并由控制系统80的接收器92接收。当检测出的工作负荷上升到高于存储的第一锅炉负荷值时，控制系统80的逻辑器94便通过控制系统80的发射器96发出一个作动信号。该作动信号驱使扇形板作动机构62向下作动扇形板18、20的外侧部分60使之从顶上位置82移到顶下位置84而闭合上述间隙50。如果测出的锅炉负荷值低于上述的第一锅炉负荷值，上述控制系统80会驱使扇形板作动机构62使扇形板18、20的外侧部分60从顶下位置84缩至顶上位置82。
如果预先使锅炉负荷长时间高于上述的第一锅炉负荷值，控制系统的逻辑器94就会使扇形板作动机构62循环工作，即周期地从顶下位置84移到顶上位置82，再从顶上位置82返回到顶下位置84，以保证定期地使密封表面形成自由流动空间。
由于不需要防止检测装置受磨损，故不需要使扇形板18、20在与转子接触时按照要求与转子检测系统一起缩离转子14。因此，若将工作负荷的起始点设定在全锅炉负荷值或接近于全锅炉负荷值，其密封效率实际上可超过更复杂的控制系统。
上述的控制系统80是一种两位置的控制系统，它可使扇形板18、20的外侧部分60在顶上位置82与顶下位置84之间移动。但是，另一种控制系统80’可使扇形板18、20的外侧部分60定位在三个或更多位置上，其中另一个位置是位于顶上位置82与顶下位置84之间的中间位置98(见图4)。在三位置控制系统中，当测出的锅炉负荷值上升到高于预定的中间值时，控制系统80’便开始将扇形板外侧部分60从顶上位置82移到一个中间位置98，上述的锅炉负荷中间值是介于最小的(零动力)锅炉负荷值与上述第一锅炉负荷值之间的值。
在测出的锅炉负荷值上升至高于第一锅炉负荷值或下降至中间锅炉负荷值之前，控制系统80’将一直保持外侧部位60处于中间位置98上。如果测出的锅炉负荷值低于上述的中间值，控制系统80’便使外侧部分60返回到顶上位置82上。如果测出的负荷值高于上述第一锅炉负荷值，控制系统80’会将外侧部分60移到顶下位置84上。只要测出的锅炉负荷值高于第一锅炉负荷值，控制系统80’就会将外侧位置60保持在顶下位置84上。如果锅炉负荷值下降到低于第一锅炉负荷值，控制系统80’就会将外侧部分60移动至中间位置98上。如前所述，在测出的锅炉负荷值上升至高于第一锅炉负荷值或下降至低于中间锅炉负荷值之前控制系统80’将一直保持外侧部分60在中间位置98上。
本发明的控制系统可以根据锅炉负荷值将扇形板18、20的外侧部分移至顶上位置82与顶下位置84之间的任一连续位置上。但是，由于控制范围太窄(在35％的锅炉负荷发生约75％的转子翻折，在70％的锅炉负荷发生约90％的转子翻折)，故控制系统实际被限制在较少的位置上。
但是，本发明的控制系统80，80’可在最大多数的工作条件范围内达到与转子14的严密的密封关系，而不需要检测空气预热器转子的实际位置或废气流或空气流的温度。
上述的两位置控制系统80也可用于在例如要使用多个独立的主预热器的设备中所用的轴向密封板的控制，由于本发明的控制系统结构简单、成本较低，故在上述应用场合有利于降低成本。普通的控制系统由于结构复杂且成本高，目前已不用于轴向密封控制。
虽然上面就具有热端上部并具有安装在上部的传动机构的空气预热器阐述了本发明，但是本发明同样适用于具有热端下部和安装在下部的传动机构的空气预热器。而且，本发明也可用于具有水平轴和安装在热的垂直端部的传动机构的水平流动的空气的预热器。
Claims (12)
1.一种供动力锅炉用的旋转回热式空气预热器的改进，上述动力锅炉生产从最小锅炉负荷至最大锅炉负荷的动力，上述预热器具有一个带有空气进口和废气出口的冷的轴向端和一个带有热空气出口和废气进口的热的轴向端，并具有位于上述热的轴向端将上述空气预热器分隔成废气扇形区和至少一个空气扇形区的热端扇形板，上述预热器还具有一个转子，在该转子的热端设有径向延伸的密封件，它与上述的热端扇形板一起构成上述扇形区之间的密封件，其中，上述的热端扇形板和上述的热端径向延伸的密封件各具有邻近上述转子的中心的内侧部分和邻近上述转子的圆周的外侧部分，其中，当上述空气预热器从冷态逐渐进入热态时，上述的热端的径向延伸的密封件便背离上述的热端扇形板逐渐地从上述的内侧部分向上述的外侧部分移动，上述的空气预热器还具有一个可使每个上述扇形板的上述外侧部分在邻近于上述热端的径向延伸的密封件的第一位置与离开上述第一位置一段轴向距离的第二位置之间往复移动的作动机构，上述的预热器的改进包括用于控制上述作动机构的控制系统，该控制系统具有：
用于检测上述锅炉负荷并产生与测出的锅炉负荷相应的动力信号的负荷检测器；
用于存储预定的第一锅炉负荷值的存储器，上述的第一锅炉负荷值介于上述的最小锅炉负荷值与上述的最大锅炉负荷值之间；和
用于对上述动力信号与上述第一锅炉负荷值进行比较并在上述测出的锅炉负荷上升至高于上述第一锅炉负荷值时向上述传动机构发出第一作动信号的逻辑器；
其中，上述的第一作动信号驱使上述的作动机构将每个上述的扇形板的上述外侧部分移至上述的第一位置。
2.根据权利要求1的改进，其特征在于，当上述的测出的锅炉负荷值低于上述第一锅炉负荷值时，上述的逻辑器便对上述作动机构发出第二作动信号，其中，上述的第二作动信号驱动上述作动机构将每个上述扇形板的外侧部分移动至上述的第二位置。
3.根据权利要求1的改进，其特征在于，上述的存储器还存储至少一个预定的中间锅炉负荷值，每个上述的中间锅炉负荷值介于上述第一锅炉负荷值与上述最小锅炉负荷值之间，当上述的测出的锅炉负荷值高于上述中间锅炉负荷值时，上述的逻辑器便对上述作动机构发出第三作动信号，其中，上述的第三作动信号驱使上述作动机构将每个上述扇形板的上述外侧部分移动到位于上述第一与第二位置之间的中间位置。
4.根据权利要求3的改进，其特征在于，当上述测出的锅炉负荷值低于上述中间锅炉负荷值时，上述的逻辑器便对上述作动机构发出第四作动信号，其中，上述的第四作动信号驱使上述作动机构将每个上述扇形板的上述外侧部分移动至上述第二位置。
5.根据权利要求3的改进，其特征在于，当上述测出的锅炉负荷值低于上述第一锅炉负荷值时，上述逻辑器便对上述作动机构发出第五作动信号，其中，上述的第五作动信号驱使上述作动机构将每个上述扇形板的上述外侧部分移动至上述中间位置。
6.一种控制动力锅炉的旋转回热式空气预热器的作动机构的方法，上述动力锅炉生产从最小锅炉负荷至最大锅炉负荷的动力，上述的预热器具有一个转子、一个密封板和一个包括逻辑器和存储器的控制系统，上述作动机构可驱动上述密封板的至少一部分在邻近于上述转子的第一位置与离开该第一位置一定距离的第二位置之间往复移动，上述的方法包含如下步骤：
在上述控制系统的上述存储器内存储一个预定的第一锅炉负荷值，该第一锅炉负荷值介于上述的最小锅炉负荷与上述最大锅炉负荷之间；
检测上述的锅炉负荷值；
由上述控制系统的上述逻辑器将上述测出的锅炉负荷值与上述第一锅炉负荷值进行比较；
当上述测出的锅炉负荷值高于上述第一锅炉负荷值时，便驱动上述的作动机构将上述密封板移动至上述第一位置上。
7.根据权利要求6的控制作动机构的方法，其特征在于，还包含如下步骤：当上述测出的锅炉负荷值低于上述的第一锅炉负荷值时，使驱使上述作动机构将上述密封板移动至上述第二位置。
8.根据权利要求6的控制作动机构的方法，其特征在于，还包含如下步骤：
在上述控制系统的上述存储器中存储至少一个预定的中间锅炉负荷值，每个上述的中间锅炉负荷值介于上述第一锅炉负荷值与上述最小锅炉负荷值之间；
由上述控制系统的上述逻辑器将上述测出的锅炉负荷值与上述的中间锅炉负荷值进行比较；和
当上述测出的锅炉负荷值高于上述中间锅炉负荷值时，便驱使上述作动机构将上述密封板移动至位于上述第一和第二位置之间的中间位置上。
9.根据权利要求8的控制作动机构的方法，其特征在于，还包含如下步骤：
由上述控制系统的上述逻辑器将上述测出的锅炉负荷值与上述的中间锅炉负荷值进行比较；和
当上述测出的锅炉负荷值低于上述中间锅炉负荷值时，便驱使上述作动机构将上述密封板移动至上述的第二位置。
10.根据权利要求9的控制作动机构的方法，其特征在于，还包含如下步骤：
由上述控制系统的上述逻辑器将上述测出的锅炉负荷值与上述的中间锅炉负荷值进行比较；和
当上述测出的锅炉负荷值低于上述第一锅炉负荷值时，便驱使上述作动机构将上述密封板移动至上述中间位置。
11.一种生产从最小锅炉负荷至最大锅炉负荷的动力的动力锅炉用的旋转回热式空气预热器，它具有：
一个转子；
至少一个靠近上述转子设置的密封件，该密封件与上述转子相配合而阻止沿上述转子周围的漏泄；
一种可驱使上述密封件的至少一部分在邻近上述转子的第一位置与离开该第一位置一定距离的第二位置之间往复作动的作动机构；和
用于控制上述作动机构的控制系统，该控制系统具有：
用于检测上述锅炉负荷的负荷检测器；
用于存储其值介于上述最小锅炉负荷值与上述最大锅炉负荷值之间的第一存储的锅炉负荷值的存储器；和
用于将上述测出的锅炉负荷值与上述的第一存储的锅炉负荷值进行比较的逻辑器，该逻辑器可在上述测出的锅炉负荷值高于上述第一存储的锅炉负荷值时向上述作动机构发出第一作动信号，并可在上述测出的锅炉负荷值低于上述第一存储的锅炉负荷值时向上述作动机构发出第二作动信号；
其中，上述的第一作动信号驱使上述作动机构将上述密封件的上述部分移动至上述第一位置，而上述的第二作动信号则驱使上述作动机构将上述密封件的上述部分移动至上述的第二位置。
12.一种用于生产从最小锅炉负荷至最大锅炉负荷的动力的动力锅炉的旋转回热式空气预热器，该预热器具有对置的冷的轴向端和热的轴向端，并具有：
一个具有热端径向延伸的密封件的转子；
一些设置在上述的热的轴向端上并将上述空气预热器分隔成废气扇形区和至少一个空气扇形区的热端扇形板，该热端扇形板与上述密封件相配合阻止沿上述转子周围的漏泄；
用于在邻近上述转子的第一位置与离开该第一位置一定轴向距离的第二位置之间往复驱动每个上述扇形板的至少一部分的作动机构；和
用于控制上述作动机构的控制系统，该控制系统具有：
用于检测锅炉负荷的负荷检测器；
用于存储其值介于上述最小锅炉负荷与上述最大锅炉负荷之间的第一存储的锅炉负荷值和至少一个第二锅炉负荷值的存储器，每个上述的第二锅炉负荷值介于上述第一存储的锅炉负荷值与上述最小锅炉负荷值之间；和
用于将上述测出的锅炉负荷值与上述第一和第二存储的锅炉负荷值进行比较的逻辑器，该逻辑器可在上述测出的锅炉负荷值高于上述第一存储的锅炉负荷值时向上述作动机构发出第一作动信号，并可在上述测出的锅炉负荷值低于上述第一存储的锅炉负荷时向上述作动机构发出第二作动信号，也可在上述测出的锅炉负荷值高于上述第二锅炉负荷值时向上述作动机构发出第三作动信号，还可在上述测出的锅炉负荷值低于上述第二锅炉负荷值时向上述作动机构发出第四作动信号，
其中，上述的第一作动信号驱使上述作动机构将上述扇形板的上述部分移动至上述的第一位置，上述的第二作动信号驱使上述作动机构将上述扇形板的上述部分移动至位于上述第一与第二位置之间的中间位置、上述的第三作动信号驱使上述作动机构将上述扇形板的上述部分移动至上述中间位置，上述的第四作动信号驱使上述作动机构将上述扇形板的上述部分移动至上述第二位置。
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