一種新型空氣預熱器的密封方案張振斌

摘 要：空氣預熱器是鍋爐的主要附屬設備之一，"十三五"規劃中對節能降耗提出了更高的要求，而空氣預熱器漏風的問題是回轉式空氣預熱器效率難以提高的主要制約因素。本文闡述了軸流式汽輪機軸封系統的工作原理，并采用"堵、疏"結合的設計理念，借鑒其軸封系統，提出了應把漏風回收系統建立在空氣預熱器內部的改造方案。該方案具有很高的推廣價值，并且具有投資少、易實施、效果好、理念新等優點。

關鍵詞：節能；空氣預熱器；密封

引言

我國能源轉型發展的關鍵時期就是“十三五”，為了實現2020年非化石能源占一次能源消費比重達到15%，提出了“推動能源生產和消費革命”、“大力發展風電、太陽能等清潔能源”以及“加強生態文明建設”的戰略部署。我國在2015年6月發布了《強化應對氣候變化行動——中國國家自主貢獻》，明確提出在2030年左右二氧化碳排放量達到峰值并爭取盡早達峰、單位國內生產總值（GDP）二氧化碳排放比2005年下降60%-65%，非化石能源占一次能源消費比重要達到20%。

在能源的消耗和污染等問題上，“十三五”規劃對此都提出了更高的要求。能耗大戶是發電設備，而火力發電廠重要的鍋爐附屬設備之一便是空氣預熱器，對鍋爐安全經濟地運行產生直接嚴重影響的因素是設備漏風率的高低和質量的好壞，長期以來，國內外很多專家學者和研究機構對降低漏風率的問題進行了長期的開發和研究。本文詳細介紹了發電企業中回轉式空氣預熱器最廣泛應用的密封技術工作原理、漏風的影響因素及明顯存在的不足，闡述了軸流式汽輪機軸封系統的工作原理，并采用“堵、疏”結合的設計理念，提出了應把漏風回收系統建立在空氣預熱器內部的改造方案。

1 空氣預熱器漏風情況簡介

鍋爐在火力發電廠中的排煙熱損失就是主要熱損失，而回收排煙余熱的重要設備之一是空氣預熱器，提高鍋爐的效率要通過回收煙氣的熱量，降低排煙溫度等因素而進行的，因此，對于鍋爐整體效率的提高有很大的影響的因素就是它的密封性能的好壞。

目前管式、板式和回轉式空氣預熱器是主要常用的空氣預熱器，管式和板式預熱器的缺點有很多，例如體積龐大、造價高昂以及不耐腐蝕等，因此在鍋爐大型化的過程中逐步被淘汰。表面式加熱器包括回轉式空氣預熱器，即通過其蓄熱體不停的旋轉，將煙氣加熱蓄熱體完成，然后蓄熱體又加熱空氣的循環過程，它的優點有體積小、加熱效率高和造價低廉等，因此在大型鍋爐中被廣泛應用。

但是，漏風率高是回轉式空氣預熱器最大的缺點，而把漏風率降低在6%以上也只是目前最先進的密封技術，并且運行一段時間后還會逐步增高，最高可達 30%，據不完全統計，回轉式空氣預熱器每降低1個百分點的漏風率，其引風機和送風機的電流能降低 1%～2%，相應廠可以降低0.1%的用電率，因此，一個很好的節能降耗研究課題就是如何降低預熱器漏風率。

2新型密封方式的設計理念

本文在必須滿足鍋爐運行和空預器運轉的工況條件下，在總結機械密封經驗教訓的基礎上，采用的設計思路是“大禹治水，先堵后疏”，先運用機械密封進行“堵”，再將“堵不住”的空氣進行“疏”，開辟“渠道”，堵與疏形成最佳配比關系，“疏導”出的熱空氣又須繼續做功。從而達到前所未有的效果。

其一，回轉式空預器無論鍋爐負荷如何變化，漏風率始終保持在 0.5%～3.5%較低的范圍內。

其二，設備運行期間控制部分的維修和更換可在不停機情況下進行，確保密封系統的投入率。

其三，系統組合簡單，具有的可靠性和穩定性；自動化程度高，使用方便；能滿足鍋爐長期運行的要求。

因此，該改造方案，不僅能夠消除了因漏風率超標導致煙、風短路，影響鍋爐安全、經濟性運行的瓶頸問題，還可以解決回轉式空預器漏風率普遍過高的問題。

該改造方案借鑒的設計理念是汽輪機“軸封”密封技術“大禹治水，先堵后疏”的理念，在進行“堵”的原有機械密封的基礎上，也把密封區和回收區相應的建立在空預器內部，使回收區內有泄漏的風進入，并全部回收在設備外回收裝置，將“堵不住”的空氣“疏”，使得“堵”與“疏”的關系形成最佳配比，并可再利用“疏導”出的熱空氣，又大幅降低了漏風率，為鍋爐安全、經濟運行提供了保障。

該思路的主要是利用流體的特性作為特點，通過合理的疏導，使預熱器漏風率始終在允許范圍內輕松地保持著。另外，由于簡單易行的流體控制，使密封回收系統具有可靠性，增強可控性，運行操作更簡便，有較少的維護量，在不停機的狀況下也能夠維護、更換等優點。

3小結

本文所研究的旋轉式空預器密封技術基于堵疏結合的設計思想，在參考相關資料的設計基礎上，實現了以下幾點：

（1）在鍋爐任意負荷下，回轉式空氣預熱器漏風率始終保持在 0.53%～3.65%較低的范圍內。

（2）可以使密封系統具有較高的投入率，控制部分的維修和更換可在設備運行期間，不停機的情況下進行更換。

（3）系統具有的可靠性和穩定性且自動化程度高，使用方便，組合簡單，能保證鍋爐長期運行的要求。

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作者簡介：

張振斌，男，河北唐山人，工程碩士在讀，工程師，主要研究方向為：先進制造技術。

李耀剛，男，工學博士，教授，碩士研究生導師，主要研究方向為機械動力學、數控技術、先進制造技術、機電一體化。