一种激光式空气预热器漏风控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种激光式空气预热器漏风控制系统。该系统包括：激光传感器，用于检测空气预热器的转子形变量；位移反馈装置，用于根据旋转式电位器所反馈的电压信号，计算扇形板的位移值；控制装置，与激光传感器和位移反馈装置相连接，用于接收转子形变量以及扇形板的位移值并计算间隙值，并根据间隙值与一预设间隙值的比较结果输出一驱动控制信号；以及扇形板加载机构，用于根据驱动控制信号提升或放低扇形板。相比于现有技术，本实用新型可利用高精度的激光测距技术来检测转子形变量，并借助于激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点来达到无接触、远距离测量、精度高的诸多功效。
【专利说明】一种激光式空气预热器漏风控制系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种用于锅炉设备的热交换装置，尤其涉及一种激光式空气预热 器漏风控制系统。
【背景技术】
[0002] 锅炉设备是火力发电厂的三大主要设备之一，而空气预热器是锅炉设备的重要部 件之一。空气预热器是一种热交换部件，其利用锅炉尾部的烟气温度来加热锅炉燃烧用空 气，从而回收锅炉设备中的主要余热。在空气预热器中，高温烟气加热蓄能元件，低温空气 流经蓄能元件时把热量带走，以实现预热空气的目的。
[0003] 在现有技术中，大型电站的锅炉设备普遍采用回转式空气预热器，当蓄能元件以 一定的速度旋转时，其周期性地与高温烟气和低温空气换热。由于回转式空气预热器中的 蓄能元件（诸如转子）的旋转运动需要一定的动静间隙，并且在回转式空气预热器中的烟 气处于负压状态，而空气处于正压状态，因此，会有一部分空气漏入烟气并随烟气排出空气 预热器，影响空气预热器的漏风率。在此，漏风率是指漏入烟气的空气占空气预热器入口烟 气的百分比，它是评价预热器性能的重要指标，漏风率过大时，送风机和引风机的负荷和耗 电率增加，严重影响锅炉的正常运行。此外，因空气预热器中的转子受热时会不均匀地膨 胀，发生蘑菇状变形，使得扇形板和转子径向密封圈之间存在着间隙，间隙越大，漏风面积 越大从而漏风率越高，为了减少空气预热器热端的漏风，必须设计一种高精度的传感器来 实时监测扇形板和转子径向密封圈之间的间隙变化，以便及时地提升或放低扇形密封板， 保证空气预热器的动静两部分既不会相碰，间隙也不致过大。
[0004] 当前的一种解决方案是采用纯温度控制模式，通过检测与温度相对应的转子形变 量来控制扇形板和转子径向密封圈之间的间隙。然而该模式存在大惯性、纯滞后、非线性、 受环境影响较大等诸多缺陷，控制精度较差。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。 实用新型内容
[0005] 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，本实用新型提供了 一种新颖的、具有良好稳定性和控制精度的激光式空气预热器漏风控制系统。
[0006] 依据本实用新型的一个方面，提供了一种激光式空气预热器漏风控制系统，适于 自动控制扇形板与转子角钢平面之间的间隙，包括 ：
[0007] 激光传感器，用于检测所述空气预热器的转子形变量；
[0008] 位移反馈装置，用于根据旋转式电位器所反馈的电压信号，计算所述扇形板的位 移值；
[0009] 控制装置，与所述激光传感器和所述位移反馈装置相连接，该控制装置用于接收 所述激光传感器所检测的转子形变量以及所述位移反馈装置所计算的扇形板的位移值，计 算所述扇形板与所述转子角钢平面的间隙值，并根据所述间隙值与一预设间隙值的比较结 果输出一驱动控制信号；以及
[0010] 扇形板加载机构，电性连接至所述控制装置，用于根据所接收的驱动控制信号提 升或放低所述扇形板。
[0011] 在其中的一实施例，所述激光传感器由激光器、激光检测器和测量电路组成，其中 所述激光器将可见红色激光射向物体表面，所述激光检测器接收经所述物体表面反射的激 光，所述测量电路用于计算所述激光传感器和被测物之间的距离。
[0012] 在其中的一实施例，所述控制装置为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogic Controller,PLC)〇
[0013] 在其中的一实施例，所述激光式空气预热器漏风控制系统还包括温度监测装置， 用于采集烟气进口温度。
[0014] 依据本实用新型的另一个方面，提供了一种激光式空气预热器漏风控制系统，适 于自动控制扇形板与转子角钢平面之间的间隙，包括 ：
[0015] 形变量计算装置，用于检测并计算所述空气预热器的转子形变量；
[0016] 位移反馈装置，用于根据旋转式电位器所反馈的电压信号，计算所述扇形板的位 移值；
[0017] 控制装置，与所述形变量计算装置和所述位移反馈装置相连接，该控制装置用于 根据所检测的转子形变量以及所述位移反馈装置所计算的扇形板的位移值，计算所述扇形 板与所述转子角钢平面的间隙值，并根据所述间隙值与一预设间隙值的比较结果输出一驱 动控制信号；以及
[0018] 扇形板加载机构，电性连接至所述控制装置，用于根据所接收的驱动控制信号提 升或放低所述扇形板，
[0019] 其中，所述形变量计算装置选择一激光检测模式或一温度检测模式来检测并计算 所述转子形变量，且所述激光检测模式的优先级高于所述温度检测模式。
[0020] 在其中的一实施例，当处于所述激光检测模式时，激光传感器用于采集所述转子 处于零位状态时的初始值以及所述转子受热时与所述转子角钢平面之间的距离值，其中， 所述转子形变量等于所述距离值与所述初始值之差。
[0021] 在其中的一实施例，当处于所述温度检测模式时，所述控制装置根据温度监测装 置所采集的烟气进口温度以及形变量/温度曲线得到所述空气预热器的转子形变量。
[0022] 采用本实用新型的激光式空气预热器漏风控制系统，其激光传感器检测空气预热 器的转子形变量，位移反馈装置根据旋转式电位器所反馈的电压信号计算扇形板的位移 值，控制装置接收所检测的转子形变量以及所计算的扇形板的位移值，从而计算扇形板与 转子角钢平面的间隙值，藉由实际间隙值与预设间隙值的比较结果以输出一驱动控制信 号，扇形板加载机构根据所接收的驱动控制信号提升或放低扇形板。相比于现有技术，本实 用新型可利用高精度的激光测距技术来检测转子形变量，并借助于激光的高方向性、高单 色性和高亮度等特点来达到无接触、远距离测量的功效。且本实用新型还可通过控制装置 来计算扇形板与转子角钢平面的间隙值并与预设间隙值进行比较，使得扇形板加载机构根 据比较结果来提升或放低扇形板，以实现良好的稳定性和高精度控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 读者在参照附图阅读了本实用新型的【具体实施方式】以后，将会更清楚地了解本实 用新型的各个方面。其中，
[0024] 图1示出依据本申请的一实施方式的激光式空气预热器漏风控制系统的结构组 成示意图；
[0025] 图2示出图1的激光式空气预热器漏风控制系统中，扇形板与转子角钢平面的间 隙示意图；
[0026] 图3示出依据本申请的另一实施方式的激光式空气预热器漏风控制方法的流程 框图；以及
[0027] 图4示出采用图3的激光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。
【具体实施方式】
[0028] 为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本实用新型的 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实用新型所涵盖的范围。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。
[0029] 下面参照附图，对本实用新型各个方面的【具体实施方式】作进一步的详细描述。
[0030] 图1示出依据本申请的一实施方式的激光式空气预热器漏风控制系统的结构组 成示意图。图2示出图1的激光式空气预热器漏风控制系统中，扇形板与转子角钢平面的 间隙示意图。
[0031] 结合图1和图2,该激光式空气预热器漏风控制系统可自动控制扇形板与转子角 钢平面之间的间隙，其包括激光传感器10、位移反馈装置20、控制装置（图中未示出）、扇形 板加载机构30。此外，该系统还包括三个扇形板，S卩，扇形板Pl?P3。较佳地，该控制装置 为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC)。
[0032] 具体而言，激光传感器10检测空气预热器的转子形变量。位移反馈装置20根据 旋转式电位器所反馈的电压信号，计算扇形板的位移值。控制装置与激光传感器10和位移 反馈装置20相连接，用于接收激光传感器10所检测的转子形变量以及位移反馈装置20所 计算的扇形板的位移值，从而计算扇形板与转子角钢平面的间隙值。
[0033] 例如，上述激光传感器10由激光器、激光检测器和测量电路组成，它们利用激光 的高方向性、高单色性和高亮度等特点实现无接触远距离测量。激光器通过镜头将可见红 色激光射向物体表面，经物体反射的激光通过接收器镜头，被内部的CCD线性相机接收， 根据不同的距离，CCD线性相机可以在不同的角度下识别这个光点。根据这个角度即可知 晓激光和相机之间的距离，进而测量电路计算出传感器和被测物之间的距离。同时，激光束 通过模拟和数字电路处理，并利用微处理器分析、计算出相应的输出值，在用户设定的模拟 量窗口内，按比例输出标准4-20mA信号，控制装置（诸如PLC)将采集到的4-20mA信号转 化成实际距离值，并将位移反馈装置20反馈的0-10V信号转化成扇形板的实际位移值，则 测出的转子形变量减去扇形板的位移值等于实际间隙值。控制装置将实际间隙值与预设间 隙值进行比较，并根据间隙值与预设间隙值的比较结果输出一驱动控制信号。扇形板加载 机构30电性连接至控制装置，根据所接收的驱动控制信号提升或放低扇形板。
[0034] 在一具体实施例中，当间隙值大于预设间隙值持续1分钟时，扇形板加载机构30 放低扇形板，以逐渐缩小实际间隙。当间隙值小于预设间隙值持续2秒钟时，扇形板加载机 构30提升扇形板，以逐渐增加实际间隙。此外，激光传感器10每秒检测一次转子形变量， 控制装置将1分钟内的60个间隙值进行大小排序。若最小间隙值大于预设间隙值，则控制 装置输出用于放低扇形板的驱动控制信号。若最小间隙值小于预设间隙值，则控制装置输 出用于提升扇形板的驱动控制信号。
[0035] 在一具体实施例中，该空气预热器漏风控制系统还包括温度监测装置40。温度监 测装置40采集烟气进口温度，其中烟气进口温度被划分为多个温度区间，根据每一温度 区间所对应的特征转子形变量拟合出形变量/温度曲线。较佳地，温度监测装置40将多个 转子形变量对应于相应的温度区间，并采用排序法将同一温度区间内的最小转子形变量作 为该温度区间的特征转子形变量。
[0036] 举例来说，本实用新型的激光传感器10预先采集转子处于零位状态时的初始值 x〇,当转子受热呈现蘑菇状下垂变形时，测出此时的激光传感器与转子角钢平面之间的距 离xl，由于转子形变量等于转子实测距离值减去转子的初始值，即当前的转子形变量s等 于xl-xO。系统每秒采集一次转子实测距离值，在1分钟内，即空气预热器旋转一周的时间 内就会采集计算得出60个间隙值（sl、s2、s3、……s60)，并且采用冒泡排序法从中筛选出 最小间隙值Smin。如果Smin大于预设间隙值Stl，则系统判断间隙大，控制装置会发出下行指 令驱动扇形板下行动作，则t等于（smin_S(l)/V，其中t为电机下行的时间，V为扇形板的运动 速度。反之，如果Smin小于预设间隙值Stl，则系统判断间隙小，控制装置会发出上行指令驱 动扇形板上行动作，则t等于（Stl-Smin)/V，其中t为电机上行的时间，V为扇形板的运动速 度，以保证扇形板和转子角钢平面处于预设的最佳间隙。
[0037] 此外，在系统投入运行后，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、……、Τη，并将计算出的转子形变量si、s2、S3、……、sn对应于 相应的温度区间，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 的特征转子形变量，通过采集到的不同温度段的特征转子形变量，可以拟合出转子形变量 与温度之间的曲线。该曲线拟合的过程如下表1所示。
[0038]表1
[0039]
【权利要求】
1. 一种激光式空气预热器漏风控制系统，适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，所述激光式空气预热器漏风控制系统包括： 激光传感器，用于检测所述空气预热器的转子形变量； 位移反馈装置，用于根据旋转式电位器所反馈的电压信号，计算所述扇形板的位移 值； 控制装置，与所述激光传感器和所述位移反馈装置相连接，用于接收所述激光传感器 所检测的转子形变量以及所述位移反馈装置所计算的扇形板的位移值，计算所述扇形板与 所述转子角钢平面的间隙值，并根据所述间隙值与一预设间隙值的比较结果输出一驱动控 制信号；以及 扇形板加载机构，电性连接至所述控制装置，用于根据所接收的驱动控制信号提升或 放低所述扇形板。
2. 根据权利要求1所述的激光式空气预热器漏风控制系统，其特征在于，所述激光传 感器由激光器、激光检测器和测量电路组成，其中所述激光器将可见红色激光射向物体表 面，所述激光检测器接收经所述物体表面反射的激光，所述测量电路用于计算所述激光传 感器和被测物之间的距离。
3. 根据权利要求2所述的激光式空气预热器漏风控制系统，其特征在于，所述控制装 置为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC)。
4. 根据权利要求1所述的激光式空气预热器漏风控制系统，其特征在于，所述空气预 热器漏风控制系统还包括温度监测装置，用于采集烟气进口温度。
5. -种激光式空气预热器漏风控制系统，适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，所述激光式空气预热器漏风控制系统包括： 形变量计算装置，用于检测并计算所述空气预热器的转子形变量； 位移反馈装置，用于根据旋转式电位器所反馈的电压信号，计算所述扇形板的位移 值； 控制装置，与所述形变量计算装置和所述位移反馈装置相连接，用于根据所检测的转 子形变量以及所述位移反馈装置所计算的扇形板的位移值，计算所述扇形板与所述转子角 钢平面的间隙值，并根据所述间隙值与一预设间隙值的比较结果输出一驱动控制信号；以 及 扇形板加载机构，电性连接至所述控制装置，用于根据所接收的驱动控制信号提升或 放低所述扇形板， 其中，所述形变量计算装置选择一激光检测模式或一温度检测模式来检测并计算所述 转子形变量，且所述激光检测模式的优先级高于所述温度检测模式。
6. 根据权利要求5所述的激光式空气预热器漏风控制系统，其特征在于，当处于所述 激光检测模式时，激光传感器用于采集所述转子处于零位状态时的初始值以及所述转子受 热时与所述转子角钢平面之间的距离值，其中，所述转子形变量等于所述距离值与所述初 始值之差。
7. 根据权利要求5所述的激光式空气预热器漏风控制系统，其特征在于，当处于所述 温度检测模式时，所述控制装置根据温度监测装置所采集的烟气进口温度以及形变量/温 度曲线得到所述空气预热器的转子形变量。
【文档编号】F23L15/00GK204100893SQ201420353692
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】胡钟, 王立刚, 王昭利, 杜艳青, 余天乐, 杨迪 申请人:上海市东方海事工程技术有限公司