[发明专利]空气预热器转子变形量的激光图像检测装置及其检测方法

说明书

技术领域

本发明属于回转式空气预热器内部转子变形量测量技术领域，具体涉及一种空气预热器转子变形量的激光图像检测装置及其检测方法。

背景技术

“回转式空气预热器”也称为“容克式空气预热器”，以下简称“空预器”，是大型工业锅炉的主要部件之一，是锅炉的重要节能降耗设备。它在原理上是一种热交换器，主要功能是利用锅炉燃烧排放的废烟气预热即将进入锅炉燃烧的助燃空气，从而提高锅炉的热效率。

空预器的主要结构是一个巨大的圆柱型转子，这个转子被沿半径方向的多个密封隔板分割成数十个上下相通的扇型柱体，专业上称之为“密封仓格”。密封仓格之间互不相通，其中填充波纹状铁板，简称“波纹板”，波纹板被铁框架封装成具有一定规模的整体化模块，这种模块被称为“蓄热元件”。

回转式空预器工作时，承载蓄热元件的转子不断旋转，当蓄热元件旋转到烟气侧时炽热的烟气穿过波纹板的缝隙将热量传递给蓄热元件，当蓄热元件被旋转到空气侧时穿过波纹板缝隙的冷空气又将蓄热元件中的热量带走。通过预热器转子的连续转动，使蓄热元件交替通过烟道和风道完成烟气与空气的热量交换。

为了实现烟道与风道以及不同风压风道之间的相互分隔，在每一个分隔面上设计了上下两块扇形的密封盖板，简称“扇形板”，用于对不同的预热器工作区域进行分隔。

在空预器内部，炽热的烟气从上部进入空预器，而冷空气从下部进入空预器，所以空预器整体的温度分布为上端温度高下端温度低；从烟气侧转出来时温度高，从空气侧进入烟气侧时温度低。由于空预器转子整体受热不均匀，在内部复杂热膨胀的作用下，空预器工作时转子会产生了一种“蘑菇”状变形。由于转子中心膨胀量大外侧膨胀量小，导致转子外沿相对预热器整体结构发生下沉，而且这种下沉式变形的大小还随锅炉工作负荷和工作状态的改变而改变。整体的规律是生产负荷越大变形量越大。由于变形量的大小会变化，所以旋转的转子与固定的扇形板之间的密封间隙是一个变化的机械量。随着炉型不同，其最大变化范围可从0mm到40mm以上。若不对此变化的密封间隙进行处理，则大量的助燃空气没有进入炉膛工作而直接泄露到烟道，造成风机短路电耗增加。同时由于热空气由烟道泄露带走了大量的有效热能，将导致锅炉燃烧热效率的下降。

针对这一问题，目前工业上应用较为广泛的一种技术方法是采用传感器测量因热变形引起的密封间隙变化量，并根据测量结果采用机械装置动态调整扇形板位置，用于弥补热变形引起的密封间隙变化，从而维持密封间隙为一预设的最佳恒定值。通过闭环控制，这一密封间隙大致可以稳定在1mm左右，可以达到明显抑制空预器漏风的目的。由于预热器下部泄露的是未经预热的冷空气，而上部泄露的是经过预热的热空气，因此工业实践中通常优先在预热器热端扇形板安装该自动控制系统。

由于预热器内部热端的温度高达350℃至450℃，并且烟气中含有大量的灰尘和腐蚀性物质，如何在这样恶劣的环境中稳定检测转动的预热器转子的热变形量，是实现上述闭环密封间隙控制的技术关键。

其中一种常用的检测方法是探杆式密封间隙检测技术，该方法从预热器外部向预热器内部伸入一个机械探杆，当探杆的端头触碰到旋转的预热器转子时检测开关动作，检测系统即可根据开关动作时探杆的伸入长度确定空预器转子的变形量。

由于预热器工作时转子是转动的，转速约为1rpm，由于直径较大，预热器转子外侧变形量最大处的旋转线速度可达数米每秒，当探杆伸入预热器与转子接触时会发生较强烈的摩擦。由于预热器内部温度较高无法进行有效的润滑，导致探杆端头与转子测量基准面11之间发生明显的磨损。因此该技术无法连续测量预热器的变形量，检测只能间歇进行。实际工业使用中，该技术方法的故障率较高，设备维护工作量也比较大。

另一种常用的检测方法是高温型电涡流位移测量技术，该方法基于电涡流测距原理，在预热器内转子测量基准面11的上部安装一个耐高温的涡流检测线圈，线圈与旋转的测量基准面11之间非接触。涡流检测线圈通过耐高温导线与预热器外部的测量电路相互连接，外部检测电路驱动预热器内部的测量线圈，基于电涡流测距原理，可以非接触的检测涡流探头与金属基准面之间的距离，从而实现空预器转子变形量的测量。

该技术的优势是非接触测量没有磨损问题，因此可以进行连续的测量。该技术方法主要有三个方面的问题：

1、电涡流的测距范围较小，通常最大量程只有15mm左右。为实现大范围的变形量测量，实际使用中需要将探头安装在扇形板上随扇形板上下运动，通过测量相对变形量的方法实现控制。这一工作方式导致电涡流探头的炉内安装结构需要机械移动部件，安装使用比较麻烦。