全負荷工況下回轉式空預器控制漏風的密封技術

蔡長毅 蒲亨林 魏永貴

（東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司 四川成都 611731）

引言

回轉式空氣預熱器是大中型電站鍋爐廣泛采用的尾部換熱設備，回轉式空氣預熱器同管式預熱器相比，結構緊湊、鋼耗少、方便布置，回轉式空預器外形圖如圖1所示。回轉式空氣預熱器漏風率高卻是難以解決的問題，是該類設備的顯著缺點。

回轉式空氣預熱器的漏風主要來自徑向漏風、軸向漏風、中心筒漏風和攜帶漏風。由于回轉式預熱器的結構形式，攜帶漏風不可避免。徑向漏風基本上占據了空預器總漏風的接近70%[1][2]，結合對空預器徑向漏風的控制，再輔之以對軸向漏風和中心筒漏風的控制，能夠極大的減少空預器的漏風率，其中，降低徑向直接漏風是關鍵[3]。同時近年來火力發電機組的發電小時數和負荷率相對較低，絕大部分機組處于中低負荷運行的次經濟運行區，特別是許多電廠實際運行反饋中低負荷空預器漏風率較大，故全負荷工況控漏風是現實生產中企業的實際需求。

圖1 回轉式空預器三維示意圖

1 全負荷工況下空預器漏風原因

回轉式空預器轉子部分在熱態工況下，轉子上端處于300多攝氏度的溫度場，而轉子冷端處于近100攝氏度的溫度場，整個轉子就會產生蘑菇狀熱變形。對于鍋爐機組，在不同的負荷，進入回轉式空預器的煙氣溫度不一樣，不同的煙溫會導致空預器轉子變形不一樣，其不同負荷轉子變形示意圖如圖2所示。

圖2 不同負荷下空預器轉子變形

對于固定式密封空預器，即扇形板不可動作、無柔性密封片的機組，在不同負荷下，會出現如上圖所示的密封片與密封板的間隙，該間隙直接導致空預器的漏風。

空氣預熱器的漏風會導致機組熱力工況的變化，隨著漏風量的增加，熱風溫度下降，排煙溫度也下降，排煙溫度下降又導致冷端受熱面壁溫降低，加速了低溫腐蝕的過程；漏風還影響機組運行的經濟效益，它一方面降低了機組的熱效率，另一方面增加了通風機械的功率消耗，使企業發電煤耗和供電煤耗增加。故回轉式空預器降低漏風對解決上述問題有著直接的效果并產生經濟效益。

2 全負荷工況空預器控漏風節能經濟性分析

2.1 節電效果計算

某300MW電廠CFB機組空預器改造前后對比，當機組負荷在225MW時，改造后引風機、流化風機、一次風機及二次風機電流共計下降約50A，風機配套電動機額定電壓為6000V，功率因數為0.9，如果每年計劃運行4000h，負荷率為75%，電價為0.4元/kWh。

2.2 節煤效果計算

降低1%漏風能降低發電煤耗約0.071g/kwh，機組負荷在225MW時漏風率由原來的14%降至7%，降低了7%，每年計劃運行4000h。

節約標煤量：

標煤價按600元/t計算，鍋爐每年可節約資金：447.3×600/10^4=26.8（萬元）

減少空預器全負荷漏風，是很多電廠爭創一流企業、提高企業經濟效益的需要。與此同時，降低中低負荷空預器漏風，對緩解低溫腐蝕等也有益處。

3 全負荷工況下控制漏風的密封技術

3.1 冷熱端扇形板間隙跟蹤技術

該密封技術在空預器冷端和熱端扇形板上設置執行機構及檢測控制單元，該技術能夠實時測量轉子部分與密封片的間隙[4]，從而控制執行機構動作，檢測系統采用新型的激光測距傳感技術，該間隙測量裝置具有投用率高、測量誤差小、在線維護等優點。間隙跟蹤執行機構如圖3所示。

圖3 扇形板執行機構圖

冷熱端扇形板間隙跟蹤技術工作原理，如圖4所示：在低負荷工況時，空預器扇形板主要是冷端執行機構動作；在中負荷工況時，冷熱端扇形板執行機構同時動作；在高負荷時候，主要是熱端扇形板動作。這樣使機組在各個負荷區間密封片與密封面扇形板均有效貼合密封，從而使得機組在全負荷寬頻狀態下都有較好的經濟性。與此同時，對密封片的要求低，與之配合的密封片采用傳統的鋼片密封即可。

圖4 全負荷工況下扇形板動作示意

3.2 彈簧轉軸柔性密封技術

彈簧轉軸柔性密封技術的原理：彈簧滑塊柔性密封安裝在徑向轉子格倉板上，在未進入扇形板時密封塊高出扇形板一定的高度，利用不同類型的彈簧（壓縮彈簧、扭簧等）實現回轉式空預器密封滑塊在轉軸上的往復轉動，通過轉軸的轉動，密封滑塊實現了柔性密封功能，當密封塊運動到扇形板下面時，彈簧壓縮發生形變。密封塊與扇形板接觸，形成無間隙的密封系統。當該密封塊離開扇形板后，彈簧將密封塊自動彈起，以此循環進行。結構示意如圖5所示。

圖5 彈簧轉軸柔性密封

3.3 分流式密封技術

分流式密封技術原理：采用在空預器冷端和熱端扇形板上開孔，將泄漏的空氣引回至風系統，在差壓的作用下，提供分流式密封，由于泄漏的空氣被分流至風系統，該技術也就控制了空預器的漏風。原理示意如圖6所示。

圖6 分流式密封技術原理圖

實現該技術有兩種途徑：采用獨立的風機抽取泄漏的空氣和不采用獨立的風機引流泄漏的空氣，無論哪種形式，都需要布置引流風道。采用獨立的風機作為分流動力源，壓力可控，抽取泄漏空氣精準。采用利用現有壓力場分流泄漏空氣，壓力隨負荷有一定的波動，引流泄漏的空氣也會有一定量的波動，相對來說控制抽取空氣量效果略差一點。

3.4 無轉軸固定式柔性密封技術

無轉軸固定式柔性密封技術原理：主要是利用自身或者利用巧妙的結構設計的變形來補償密封間隙，如刷式密封、帶折角性薄片密封等結構。結構示意如圖7所示。

圖7 無轉軸固定式柔性密封技術示意圖

4 密封技術方案對比

對于上述提到的全負荷工況下控制漏風的密封技術，對于從100MW～1200MW不同機組容量配置的回轉式空預器，其優缺點如表1所示。

表1 全負荷工況控空預器漏風密封技術優缺點

結語

結合鍋爐機組回轉式空預器的全負荷工況下轉子變形的情況，本文提出了全負荷工況下有效控制空預器漏風的各種技術措施，通過對各種技術原理的介紹以及優缺點對比，在實際回轉式空預器密封改造的過程中，合理的選用密封技術類型，使空預器在全負荷工況下都能做到較好的控制回轉式空預器漏風，尤其是現在機組負荷普遍不高的情況下，全負荷有效控制空預器的漏風率會不斷提升企業的經濟效益。