图1  空预器结构图

图2  空预器转子变形图

    以360MW机组为例，转子上部边沿的极限变形量为30mm，转子半径为5m，按三角型面积公式近似计算一块扇型板就可以形成0.075m2的漏风面积，如果能测量空预器转子外沿的变形量，并根据测量的变形量控制机械升降机构提升扇型板上下动作来补偿变形间隙，这样就可以大幅度降低空预器的漏风率（如图3所示），空预器上部漏风的减小可明显减小单位千瓦的燃煤消耗。

图3  密封原理示意图

2  锅炉三分仓空预器主流密封方式

    目前电厂对空预器径向采用较多的密封方式，主要分机械密封和采用控制系统控制的密封挡板方式的动态密封。
机械密封方式多采用柔性的密封片分别布置在转子径向的隔栅分栏上，通过空预器的转动，依靠柔性密封片和密封挡板之间的摩擦来达到密封效果。这种密封方式密封效果好，一般密封效果可以达到空预器漏风率5%~6%，但对柔性密封片的要求很高，同时具有磨损性，在机组运行一段时间后，将更换柔性密封片，增加经济成本，也存在设备一次性投入高的问题。
    采用控制系统控制的密封挡板的动态密封方式，一般采用工控机加PLC来控制密封挡板的密封间隙，通过跟踪对密封挡板和转子之间的间隙测量，以闭环控制的方式，实时控制空预器的密封间隙，使密封挡板和装子之间的间隙达到最小。由于投入少，密封效果好，采用控制系统的空预器密封挡板动态密封方式成为常用的控制空预器漏风的手段。
空预器密封控制系统以测量原理分以下几种控制方式：

    (1)  通过机械探针周期性测量密封挡板和转子间隙的方式。这种方式较早应用于空预器密封控制，缺点是存在机械磨损，对探针的要求较高，而且不是完全的连续测量；
    (2)  采用测量空预器内部噪音音谱来实现间隙的测量，实际应用较少；
    (3)  采用耐高温腐蚀和磁感应线圈的方式来测量密封挡板和转子的间隙，优点是测量较准，但对探头要求较高；
    (4)  采用对空预器转子的电流的测量来实现对空预器密封的控制。
    还有其他的控制方式，如采用跟踪机组锅炉负荷的变化，在不同负荷下，计算出的空预器转子的变形量，根据这种变形量，通过函数曲线的方式设定密封挡板的下降幅度，达到空预器密封的效果。这种方式由于是开环控制，实际应用中，考虑到每次检修后和长时间运行后，转子的变形量不一，往往设计有较大的间隙余量，因此效果不是太好。

3  锅炉空预器密封控制系统应用实例及分析

    华能珞璜电厂机组采用法国ALSTOM公司引进的360MW火力发电机组，空预器采用容克式三分仓空预器，一期工程两台360MW机组的空预器密封控制系统在引进时采用的是机械探针式的密封控制方式。二期工程两台360MW机组的密封控制系统采用的是开环控制方式，即根据锅炉负荷的变化，固定密封挡板的密封行程的方式，实际密封效果均不理想。
    2002年，华能珞璜电厂对空预器密封控制系统进行了改造，采用的是耐高温腐蚀和磁感应线圈的方式来测量密封挡板和转子的间隙的方案。

3.1  空预器漏风间隙控制系统原理
    空预器漏风间隙控制系统是在空预器上部扇型板上固定一个变形间隙测量探头，由该探头连续的测量扇型板与空预器转子外沿法兰之间的漏风间隙。如果漏风间隙因热变形发生变化，则测量探头就可以将这个变化反馈给控制计算机，由计算机控制执行机构上电机的动作来调节扇型板的位置使漏风间隙始终维持在不使扇型板与转子发生激烈摩擦的最小间隙值。

3.2  空预器漏风间隙控制系统结构
    空预器间隙控制系统采用工业计算机和高可靠的PLC作为控制器。由扇型板上安装的密封间隙测量装置将测量的信号传送到主控制柜，由柜内的计算机和PLC根据间隙测量值和设定值比较产生扇型板的调节信号驱动机械提升结构的电机产生动作，达到稳定漏风间隙的目的。

图4  空预器密封控制系统结构图

3.3  系统的间隙调节原理
    控制系统对预热器转子旋转一周的间隙信号进行实时测量，从中找出最小值（即转子法兰面与扇形板之间的最小间隙值）作为调节依据。将测量的最小值与间隙给定值进行比较，当测量值大于给定值0.3mm时，输出间隙大信号；当测量值小于给定值0.2mm时，给出间隙小信号；当测量值在给定值上0.3mm，下0.2mm之间时输出间隙正常信号。例如：当给定值为7.0mm时，间隙信号在6.8mm~7.3mm之间为正常，在7.3mm以上为间隙大，在6.8mm以下为间隙小。在测量信号与给定值相比大或小时，如果系统处于自动状态，系统会自动调整扇形板到正常状态。系统每60s根据测量的间隙最小值进行一次调节，调节时间与间隙偏差的大小有关，偏差越大调节时间越长，但每次最大调节时间均小于12s，对应调节距离为1mm。
    为提高系统间隙调节的稳定性，防止干扰引起的执行机构频繁动作，调节规律中增加了调节的滞后启动功能。当回路状态由“正常”变为“大”或“小”的第一个周期并不立即进行调节，等待第二个周期的状态，如果第二个周期的状态恢复为“正常”则认为第一个周期“大”或“小”状态是由干扰引起的，如果第二个周期的状态与第一个周期的状态一致则按照相应的规律进行调节。这样做既可以有效的防止干扰又不会降低调节的响应速度。由于防止了干扰引起的执行机构频繁动作，因此提高了系统调节的稳定性，减小了机械机构的磨损，有效延长了机构的使用寿命。

3.4  系统的过电流调节原理
    系统还可以根据空预器主电机电流的大小自动设定间隙信号的给定值。确定给定值时系统依次分别下放同一个空预器上的扇型板，在下放某块扇型板的过程中当空预器主电机驱动电流大于正常工作值3A且持续时间超过0.5s时，系统将提升该扇形板，直到电流恢复到设定值以下，再延时提升0.5mm停止。然后以此时的间隙信号测量值作为间隙信号给定值使系统投入自动。这样就可以使密封间隙始终维持在0.5mm左右，达到减小漏风的目的，这就是“过电流调节”。过电流调节不但可以自动确定间隙给定值还可以修正来自测量信号的漂移。这项功能结合了非接触式调节与接触式调节的优点，提高了系统的安全性，而且可最大限度的减小预热器的漏风量，使系统达到最佳的漏风控制效果。

3.5  控制系统的特点
    由于在工作过程中扇型板与转子之间无磨损，探头与转子之间也无磨损，所以在一个检修周期内漏风率可以始终维持在最低值，没有漏风率随设备磨损而增加的问题（如图5所示）。同时由于无磨损扇型板和密封片的使用寿命成倍增加，减少了机械设备的维护费用。

图5  漏风控制趋势图