一种全工况恒定漏风量自适应智能控制系统及方法

技术领域

本发明属于锅炉热交换技术领域，尤其涉及一种全工况恒定漏风量自适应智能控制系统及方法。

背景技术

锅炉设备是火力发电厂中的三大主要设备之一。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，是锅炉系统中的主要余热回收设备。

空预器在正常运行过程中，转子在高温及自重的作用下产生蘑菇状形变。空预器冷端扇形板和热端扇形板与转子间存在漏风间隙不断变化，由此产生的漏风对空预器运行效率与风机机组运行效率有着很大的负面影响。

目前，国内存在的几种空预器漏风控制系统安装在空预器热端，主要用于控制热端扇形板，其基本传动原理大体一致，均为一部马达驱动两只螺旋升降机同步运动，提升扇形板上下运动。冷端扇形板为固定式，其与转子冷端径向密封片之间的间隙在空预器安装时已经设定，但是，实际运行时，转子的实际形变量与理论设计之间存在偏差，冷端的漏风量得不到有效控制。且目前机组负荷变化频率较快，冷热端间隙变化也随之变化较大，如何综合高效地控制冷热端扇形板同时动作，优化各个负荷区间冷热端扇形板漏风间隙，是业内人员共同研究的一项课题。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种全工况恒定漏风量自适应智能控制系统及方法，实现各个负荷区间冷热端扇形板间隙综合同步优化控制，保持冷热端间隙值保持在最佳间隙位置。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种全工况恒定漏风量自适应智能控制系统，用于自动调节空气预热器的冷热端扇形板与转子角钢平面之间的间隙值，包括：测距传感器、绝对位移传感器、温度传感器、处理控制器、扇形板调节装置，其中，测距传感器、绝对位移传感器、温度传感器、扇形板调节装置分别设于空气预热器的冷热端；

温度传感器用于检测空气预热器冷热端的各测点温度，得到空气预热器从中心筒位置至转子外侧的温度场，测距传感器用于检测空气预热器冷热端的转子形变量，绝对位移传感器用于检测冷热端扇形板的绝对位置；

处理控制器用于结合转子形变量与温度场，得到空气预热器冷热端的最小热形变量，并根据工况的不同负荷段温度对应的最小热形变量进行曲线拟合得到转子形变模型，以及根据转子形变模型和绝对位置控制扇形板调节装置自动调节空气预热器的冷热端扇形板与转子角钢平面之间的间隙值。

根据本发明一实施例，处理控制器还用于根据实时检测的转子形变量和空气预热器的马达电流自动校正转子形变模型。

根据本发明一实施例，处理控制器还用于根据转子形变量对空气预热器进行保护。

根据本发明一实施例，温度场为以中心筒轴线为中心纵向温度分布、轴向温度分布、圆周向温度分布的全转子温度场。

根据本发明一实施例，扇形板调节装置为螺旋升降机，绝对位移传感器为直线电位器，测距传感器为激光传感器，空气预热器热端的温度传感器为热电偶传感器，空气预热器冷端的温度传感器为红外传感器，直线电位器设于螺旋升降机的顶部。

根据本发明一实施例，还包括上下行限位开关，用于限制扇形板的上下最大行程。

一种全工况恒定漏风量自适应智能控制方法，包括以下步骤：

S1：获取空气预热器从中心筒位置至转子外侧的温度场、空气预热器冷热端的转子形变量、冷热端扇形板的绝对位置；

S2：结合转子形变量与温度场，得到空气预热器冷热端的最小热形变量；

S3：将全工况划分为若干个负荷段，根据工况的不同负荷段温度对应的最小热形变量进行曲线拟合得到转子形变模型；

S4：根据转子形变模型和绝对位置自动调节空气预热器的冷热端扇形板与转子角钢平面之间的间隙值。

根据本发明一实施例，步骤S4进一步包括：

S41：根据转子形变模型和绝对位置得到空气预热器冷热端的最小间隙；

S42：将最小间隙与预设的设定间隙比较：若最小间隙大于设定间隙，则调小间隙值；若最小间隙小于设定间隙，则调大间隙值。

根据本发明一实施例，步骤S4还包括：根据实时检测的转子形变量和空气预热器的马达电流自动校正转子形变模型。

根据本发明一实施例，步骤S1中，获取空气预热器从中心筒位置至转子外侧的温度场进一步包括：

检测空气预热器冷热端的各测点温度，并以中心筒轴线为中心纵向温度分布、轴向温度分布、圆周向温度分布建立空气预热器的全转子温度场。

本发明与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

本发明为了机组在不同负荷区间使空气预热器的漏风率始终保持在最优恒定状态，系统通过测距传感器采集冷热端转子形变量、温度传感器采集转子的温度场，以建立工况不同负荷下转子的转子形变模型，寻找最优控制位置分别驱动热端扇形板和冷端扇形板至最佳控制位，保证热端和冷端密封间隙同时达到最小安全间隙，从而降低锅炉煤耗和厂用电，达到节能环保的目的；

其中，本发明将热端扇形板和冷端扇形板相结合，将系统划分为多个负荷段，再通过温度场建立，对于温度场分布，以中心筒轴线为中心，对于每个转角截面具有纵向分布和轴向分布，再计算圆周向的温度分布，可建立一个全转子温度场，得出转子径向方向上各个点的形变量，最终拟合出负荷、温度与冷热端最小转子形变量之间的温度形变摸模型，根据拟合出的负荷、温度与最小转子形变量曲线进行自动控制，将冷热端扇形板自动投放至最佳位置，另外，根据激光传感器检测的转子形变量及空预器马达电流实时辅助进行在线修正，减小了间隙控制的误差，达到冷热端综合漏风率最佳状态。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1为本发明的一种全工况恒定漏风量自适应智能控制系统的结构示意图；

图2为本发明的一种全工况恒定漏风量自适应智能控制系统的电路示意图；

图3为本发明的一种全工况恒定漏风量自适应智能控制方法的流程示意图。

附图标记说明：

1-测距传感器；2-绝对位移传感器；3-扇形板调节装置。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种全工况恒定漏风量自适应智能控制系统及方法作进一步详细说明。

参看图1和图2，本申请提供了一种全工况恒定漏风量自适应智能控制系统，用于自动调节空气预热器的冷热端扇形板与转子角钢平面之间的间隙值，包括：测距传感器1、绝对位移传感器2、温度传感器、处理控制器、扇形板调节装置3，其中，测距传感器1、绝对位移传感器2、温度传感器、扇形板调节装置3分别设于空气预热器的冷热端；

温度传感器用于检测空气预热器冷热端的各测点温度，得到空气预热器从中心筒位置至转子外侧的温度场，测距传感器1用于检测空气预热器冷热端的转子形变量，绝对位移传感器2用于检测冷热端扇形板的绝对位置；

处理控制器用于结合转子形变量与温度场，得到空气预热器冷热端的最小热形变量，并根据工况的不同负荷段温度对应的最小热形变量进行曲线拟合得到转子形变模型，以及根据转子形变模型和绝对位置控制扇形板调节装置3自动调节空气预热器的冷热端扇形板与转子角钢平面之间的间隙值。

现对本实施例进行详细说明，但不仅限于此。

本实施例通过研究空气预热器转子在机组全负荷工况下的形变情况，智能自学习温度与转子形变关系，构建转子形变模型，从而控制冷热端的扇形板自适应跟随动作，使各工况下空气预热器的漏风量始终保持在最优恒定状态。

由于机组在不同负荷时空气预热器中的转子受热形变的程度不同，必然导致热端扇形板与转子径向密封片之间的间隙和冷端扇形板与冷端径向密封片之间的间隙存在相对应的关系。随着机组负荷不断升高，热端漏风间隙逐渐增大，冷端漏风逐步减小，反之当机组负荷不断降低时，热端漏风间隙逐步减小，冷端漏风逐步增大。为了机组在不同负荷区间使空气预热器的漏风率始终保持在最优恒定状态，本实施例的全工况恒定漏风量自适应智能控制系统包括测距传感器、绝对位移传感器、温度传感器、处理控制器、扇形板调节装置，具体而言：

本实施例在热端扇形板和冷端扇形板分别安装有激光传感器，将激光光束直接照射至转子角钢平面来，利用激光传感器实现无接触远距离测量，激光光束在接收元件的位置通过模拟和数字电路处理，并通过微处理器分析，计算出相应的输出值，并在用户设定的模拟量窗口内，按比例输出标准4-20mA测量信号并由数据采集分析装置进行预处理，计算得出冷热端的转子形变量，可以达到实时检测、实时跟踪的效果。

本实施例分别在冷端和热端安装温度测点，热端测点采用热电偶传感器进行温度采集，冷端采用红外传感器进行温度采集，结合各个测点的温度数据建立不同负荷下从空预器中心筒位置至转子外侧的温度场。进一步优选地，本实施例以中心筒轴线为中心纵向温度分布、轴向温度分布、圆周向温度分布建立一个全转子温度场，得出转子径向方向上各个点的热形变量，从而筛选出冷热端的最小形变量。

本实施例的扇形板调节装置采用螺旋升降机，通过电机丝杆实现扇形板的升降调节，其中，通过该控制电机的运作时间和转动方向具体实现升降距离的精准控制。本实施例的绝对位移传感器根据直线电位器所反馈的模拟量信号得到扇形板的绝对位置。进一步地，绝对位移传感器是利用螺旋升降机丝杠的防转功能，将绝对位移传感器安装在螺旋升降机顶部，从而用于精确检测扇形板的实际位置，通过与测距传感器检测的转子形变量得出扇形板与转子密封片之间的间隙值，通过处理控制器输出上下行动作指令用以驱动扇形板调节装置的电机运转。优选地，本实施例还包括上行限位和下行限位开关，用以限制扇形板上下最大行程。

本实施例的处理控制器通过测距传感器采集的冷热端转子形变量与温度传感器采集的温度场，两者结合确定转子径向方向上各位置的热变形量，并将全工况划分为若干的负荷段，通过曲线拟合建立不同负荷段下转子形变的转子形变模型，通过转子形变模型和绝对位移传感器采集的绝对位置寻找最优控制位置，分别驱动扇形板调节装置自动调整热端扇形板和冷端扇形板至最佳控制位，以保证热端和冷端密封间隙同时达到最小安全间隙，从而降低锅炉煤耗和厂用电，达到节能环保的目的。具体地，参看图2，本实施例的处理控制器通过数据采集模块与冷热端的各个传感器信号连接，采集各类传感器输出信号，并进行数据预处理。优选地，处理控制器还用于根据实时检测的转子形变量和空气预热器的马达电流自动校正转子形变模型，其中，测距传感器得到的转子形变量不仅用于模型函数关系修正，而且还用于系统保护，避免调节超限。

本实施例为了机组在不同负荷区间使空气预热器的漏风率始终保持在最优恒定状态，系统通过测距传感器采集冷热端转子形变量、温度传感器采集转子的温度场，以建立工况不同负荷下转子的转子形变模型，寻找最优控制位置分别驱动热端扇形板和冷端扇形板至最佳控制位，保证热端和冷端密封间隙同时达到最小安全间隙，从而降低锅炉煤耗和厂用电，达到节能环保的目的。

本实施例的系统具有智能自学习的功能，系统经过一段时间的自学习，并结合数据采集分析和智能自学习所积累的各负荷区间的转子形变量历史数据，其中，将热端扇形板和冷端扇形板相结合，将系统划分为多个负荷段，再通过温度场建立，对于温度场分布，以中心筒轴线为中心，对于每个转角截面具有纵向分布和轴向分布，再计算圆周向的温度分布，可建立一个全转子温度场，得出转子径向方向上各个点的形变量，最终拟合出负荷、温度与冷热端最小转子形变量之间的温度形变摸模型，根据拟合出的负荷、温度与最小转子形变量曲线进行自动控制，将冷热端扇形板自动投放至最佳位置，另外，根据激光传感器检测的转子形变量及空预器马达电流实时辅助进行在线修正，减小了间隙控制的误差，达到冷热端综合漏风率最佳状态。

参看图3，本申请还提供了一种基于上述实施例的全工况恒定漏风量自适应智能控制方法，包括以下步骤：

S1：获取空气预热器从中心筒位置至转子外侧的温度场、空气预热器冷热端的转子形变量、冷热端扇形板的绝对位置；

S2：结合转子形变量与温度场，得到空气预热器冷热端的最小热形变量；

S3：将全工况划分为若干个负荷段，根据工况的不同负荷段温度对应的最小热形变量进行曲线拟合得到转子形变模型；

S4：根据转子形变模型和绝对位置自动调节空气预热器的冷热端扇形板与转子角钢平面之间的间隙值。

现具体对本实施例进行详细介绍，但不仅限于此。

本实施例通过温度传感器实时测量空气预热器的转子温度，得到从空预器中心筒位置至转子外侧的温度场，并结合外侧安装的激光传感器检测外侧转子形变量，计算出转子径向方向上各位置的热变形量，从而筛查出冷热端的最小热形变量。优选地，检测空气预热器冷热端的各测点温度，并以中心筒轴线为中心纵向温度分布、轴向温度分布、圆周向温度分布建立空气预热器的全转子温度场。

本实施例将全工况划分为N个负荷段，通过上述方法计算出N个负荷段对应的冷热端最小热形变量S

步骤S4进一步包括：S41：根据转子形变模型和绝对位置得到空气预热器冷热端的最小间隙；S42：将最小间隙与预设的设定间隙比较：若最小间隙大于设定间隙，则调小间隙值；若最小间隙小于设定间隙，则调大间隙值。具体地，本实施例根据转子形变模型，任何工况下对应的任意负荷段可得到一个安全的最小热形变量，与绝对位移传感器反馈的扇形板位置X

现场实际运行结果表明，该控制系统及方法具有良好的适应性、稳定性和控制精度，控制效果明显优于单端独立控制，在大型电站锅炉空气预热器中具有广阔的应用前景。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。