回轉式空氣預熱器轉子變形原因分析及處理措施

梁幫平，張東，劉占淼

(安徽華電宿州發電有限公司，安徽 宿州 234101)

0 引言

某電廠裝設2臺600 MW超臨界燃煤汽輪發電機組，鍋爐由東方鍋爐集團有限公司制造。每臺鍋爐配置2臺受熱面旋轉的三分倉回轉式空氣預熱器，根據美國C－E空氣預熱器公司技術進行設計和制造。空氣預熱器型號為LAP13494/883，轉子直徑為13494 mm，質量約592 t，其中轉動質量約440 t(約占總質量的75%)。回轉式空氣預熱器為下中心筒驅動，由主電動機驅動，輔助電動機和氣動馬達備用，轉速為 0.99 r/min。

在鍋爐運行中，會遇到空氣預熱器意外跳閘停運或按計劃停運進行設備檢修的問題，在意外跳閘時，若不能快速恢復空氣預熱器的運轉，則面臨轉子永久變形的問題。在停運空氣預熱器時，常規邏輯要求停運該側空氣預熱器的送、引風機及一次風機;而在實際運行中，部分正壓直吹式制粉系統需要較高的一次風壓來維持鍋爐運行，單側一次風機不能滿足運行要求。單臺一次風機運行時，因一次風壓較高，在并風機時極易發生搶風、失速而導致鍋爐滅火。作者根據停運空氣預熱器而不停一次風機的檢修經驗，摸索出一套快速修正轉子變形的技術方案，以保證設備的安全、穩定運行。

1 空氣預熱器搶修過程

2010年10月28日，該廠運行巡檢人員發現#1鍋爐1A空氣預熱器輔助電動機軸承異音，判斷為軸承損壞，決定在低負荷時停空氣預熱器檢修、更換軸承。初步方案為:停空氣預熱器，拆除空氣預熱器輔助電動機聯軸器(7 min)，投運空氣預熱器，更換軸承后停運空氣預熱器，連接空氣預熱器輔助電動機聯軸器，正常投運空氣預熱器，檢修工作結束。

搶修過程如下:

2010－10－29 T 01:30，#1A引風機停運。

01:33，#1 A空氣預熱器主驅動電動機停運，空氣預熱器停轉，空氣預熱器入口煙門關閉。

01:55，輔助電動機聯軸器拆除工作結束，人工盤車發現轉子卡澀盤動困難，氣動馬達、輔助電動機、主電動機啟動均不成功，開始人工盤車。

01:56，停運#1A送風機，關閉送風機出口擋板。

01:59，關閉空氣預熱器出口熱一次風擋板。

在搶修過程中，發現空氣預熱器轉子向煙氣側傾斜嚴重，轉子主軸偏移2 mm，與靠近煙氣側的透蓋發生無間隙擠壓。3個扇形板跟蹤裝置均提到最高位，但3個扇形板檢測到的轉子與扇形板之間的間隙差別較大，最大處差別4 mm，轉子T形鋼已不平直，空氣預熱器基本盤轉不動，由此判斷空氣預熱器轉子變形嚴重。

針對空氣預熱器轉子變形情況，采取了熱風倒灌使空氣預熱器轉子均勻回暖的搶修措施。2010－10－30 T 12:20，空氣預熱器主馬達啟動成功。在整個檢修過程中，2臺一次風機未停運。

在搶修過程中，采取各種技術措施后風溫情況與轉子盤動情況見表1。

從表1可以看出，在二次熱風未倒灌前的9 h，轉子僅盤動了7/10圈，9 h內故障無減輕跡象。開始熱風倒灌的30 min，轉子卡澀就有減輕跡象，倒灌1 h后，轉子溫度基本均勻，盤動已經很靈活，再過30 min后，成功啟動了空氣馬達。熱風倒灌的效果非常顯著。

表1 搶修過程中采取各種技術措施后風溫情況與轉子盤動情況(2010－10－30)

2 空氣預熱器轉子變形原因分析

空氣預熱器正常運行時，各處變形是均勻的，整個轉子呈蘑菇狀下垂，各處間隙調整合格后，轉子不會發生卡涉現象，熱態運行時的效果如圖1所示。

圖1 空氣預熱器正常運行時的變形

圖2 空氣預熱器非正常停運時的變形

空氣預熱器不正常停運時，一側為熱態另一側為冷態，在兩端溫差下，轉子會發生如圖2所示的變形:煙氣側高溫區轉子中心筒向上膨脹，轉子外緣向下膨脹，轉子在高溫煙氣側為蘑菇狀變形，低溫空氣側不發生變形，整個轉子呈扭曲狀變形。

空氣預熱器轉子運行時的變形規律為

式中:γ為轉子變形量，mm;Δt為預熱器冷、熱端溫差，℃;h為轉子高度，m;R為轉子半徑，m。

轉子高度h和轉子半徑R都是固定的，所以，轉子變形量γ與預熱器冷、熱端溫差Δt成正比。

根據公式計算停運時煙氣側和空氣側轉子的變形量如下:

煙氣側轉子變形量 γ1=(0.006×240/1.9)×6.5 ×6.5=32(mm);

空氣側轉子變形量 γ2=(0.006×60/1.9)×6.5 ×6.5=8(mm)。

轉子在煙氣側和空氣側的變形量相差24 mm，轉子呈扭曲狀不對稱變形;同時，轉子外部的機殼也受溫度的影響同步膨脹，煙氣側高溫區機殼膨脹大，冷空氣側溫度低，機殼幾乎不膨脹。當在煙氣側膨脹下垂了32mm的轉子轉到未膨脹下移的冷空氣側機殼時，發生刮擦、擠壓，阻力增大，轉子盤動困難。

引起轉子變形的原因分析如下:

(1)對檢修風險估計不足，對更換軸承搶修時間過于樂觀，認為檢修工作5～8 min就能結束。根據以往經驗，空氣預熱器停轉5～8 min影響不大，不會產生空氣預熱器變形。搶修時因螺栓銹蝕拆卸困難，輔助電動機聯軸器脫開，結果檢修耗時達20 min。

(2)在空氣預熱器停運時，送風機聯跳邏輯保護被解除，送風機未能及時停運，冷二次風繼續對空氣預熱器轉子降溫達23 min;空氣預熱器出口熱一次風門未能及時關閉，冷一次風持續對空氣預熱器轉子降溫達26 min。

(3)停運時煙氣側溫度為320℃，空氣側溫度為2℃，兩側溫差太大，加上空氣預熱器轉子自重較大，轉子變形嚴重，不符合停運空氣預熱器的常規邏輯。

3 處理過程

空氣預熱器轉子發生變形后，該廠立即投入了大量人力進行人工盤車，因轉子變形嚴重，人工盤動極為困難。在氣動馬達助力的情況下，需要4～5人才能勉強盤動一點，盤車5 h轉子僅能盤動90°，從煙氣側熱端轉動到空氣側的轉子被冷風迅速冷卻，轉子的變形未能改觀。

在盤車的前期處理過程中，運行人員試圖讓熱風倒灌入空氣預熱器，使轉子均勻回暖而縮小變形量。通過打開送風機的動葉和出口擋板來進行調節，未見效果，8 h內轉子僅能盤動半圈。

經過討論，分析了熱風倒灌無效的原因，決定提高二次風箱風壓繼續倒灌熱風來緩解轉子的變形。采取關小燃盡風，關小各層小二次風箱擋板，徹底關閉停用各層燃燒器二次風門的辦法來提高風壓和流速，以滿足爐膛氧量。最終使空氣預熱器前、后的壓差提高到1.3 kPa，熱空氣開始從二次風道倒流，經過空氣預熱器、送風機排入大氣。空氣側空氣預熱器轉子溫度迅速上升，在溫度升高到50℃時，為防止送風葉柄軸承的油脂被熱空氣加熱損傷，關閉了送風機的動葉和擋板，在擋板后打開人孔門，使熱空氣繞開了送風機本體而排往大氣。30 min內熱風溫度與煙氣側溫度達到同步，約160℃。由于一次風機通道較小且關閉了空氣預熱器熱一次風出口擋板，熱一次風通道內的空氣不流通。空氣預熱器轉子內煙氣側和二次風通道側占空氣預熱器流通面積的85%，85%的流通面積內轉子溫度相同，極大緩解了轉子的變形量。20 min后轉子變形較為均勻，人工盤動大為減輕。再過10 min后，空氣預熱器氣動馬達盤車成功。冷一次風的流通面積只占15%，當一次風機不停運，采取熱風倒灌措施后，其余85%流通面積內的溫度均勻時，對轉子變形的影響并不嚴重，可見，停運空氣預熱器時，如果條件允許可以不停運一次風機。

4 防范措施

4.1 單臺空氣預熱器停運處理缺陷時常規停運措施

(1)停運該側送風機、關閉送風機出口擋板及出口聯絡擋板。

(2)停運該側引風機，關閉引風機出、入口擋板。

(3)空氣預熱器繼續運轉均勻降溫，一次風機關小動葉繼續運行。

(4)關閉該側空氣預熱器出口熱一次風擋板、熱二次風出口擋板及大二次風箱入口聯絡門。

(5)嚴密監視空氣預熱器出口煙溫及空氣預熱器入口風溫，當空氣預熱器出口煙溫小于150℃時，方可停運空氣預熱器。

4.2 單臺空氣預熱器意外跳閘停運應急搶修措施

(1)立即啟動輔助電動機或空氣馬達驅動，如果不能成功，立即不間斷進行人工盤車。

(2)檢查該側空氣預熱器入口煙氣擋板是否關閉嚴密。

(3)檢查該側送、引風機是否成功聯跳，風機出入口擋板是否關閉嚴密。

(4)關閉該側空氣預熱器出口熱一次風擋板、熱二次風出口擋板及熱二次風箱入口聯絡門。

(5)嚴密監視該側空氣預熱器出口煙溫及空氣預熱器入口風溫。當兩側溫度偏差超過200℃時，采取下列措施降低空氣預熱器內部溫度偏差:

1)保持該側空氣預熱器出口熱二次風擋板關閉，打開二次風箱入口聯絡門。

2)保持該側送風機出擋板門關閉，打開擋板門后送風機風道人孔門，打通二次風箱熱空氣倒流通道。

3)適當提高二次風箱壓力，促使二次風箱熱空氣倒流進入空氣預熱器。

4)保持空氣預熱器二次風通道內溫度與煙氣側煙溫同步，降低空氣預熱器轉子的變形。

5)在人工盤動稍微輕松的情況下，盡快投用電動馬達和空氣馬達協同工作，恢復空氣預熱器的轉動。在任何情況下都不要放棄空氣預熱器的盤動工作，直至啟動成功。

5 結束語

空氣預熱器變形原因大多為:空氣側、煙氣側溫差較大，膨脹不均，空氣預熱器因自重和高溫產生變形，轉子與機殼間隙變小，摩擦力增大，導致盤動困難。為緩解變形，應盡力使空氣預熱器轉子與機殼受熱均勻，可采取熱風倒灌的措施，迅速提高空氣預熱器空氣側溫度，使空氣預熱器轉子均勻回暖，減少變形。