間隙自補償漏風控制系統在空氣預熱器密封改造中的應用

徐百強，孫延維

(哈爾濱興隆鍋爐有限公司，哈爾濱 150089)

1 問題的提出

回轉式空氣預熱器是發電企業大型鍋爐的重要輔助設備之一。漏風率是衡量空氣預熱器性能的一個重要指標。而在實際運行中的漏風率遠大于設計漏風率是當前空氣預熱器的常見問題。

回轉式空氣預熱器漏風的原因主要有以下幾個方面：

(1)由于轉子與定子之間有間隙，空氣預熱器尺寸較大，運行時，煙氣由上而下流動，空氣則由下而上流動，在這種情況下，會使整個空氣預熱器的上部溫度增高，下部溫度變低，形成蘑菇狀變形，導致各部分間隙發生變化，增大了漏風率。

(2)由于被加熱的空氣是正壓，煙氣是負壓，其間存在一定的壓差。在壓差的作用下，空氣會通過間隙漏人煙氣中,具體情況如圖1所示。

圖1 空氣預熱器漏風狀況

(3)攜帶漏風，轉動部件也會把部分空氣帶到煙氣側。

漏風不但會增大排煙熱損失和引風機電耗，也會使煙溫降低而加速受熱面腐蝕；當漏風嚴重時，會使送入鍋爐參加燃燒的空氣量不足，而直接影響鍋爐出力。漏風與直接漏風比例數據如圖2所示。由圖2中的數據很容易發現，空氣預熱器漏風主要是轉子發生蘑菇狀變形而引起的直接漏風，在直接漏風中，徑向漏風占據了很大的比例。從漏風原理及漏風結構比例出發，解決了徑向漏風問題，就能大幅度地降低空氣預熱器漏風率。

圖2 漏風與直接漏風比例數據

2 間隙自補償漏風控制系統

由回轉式空氣預熱器工作原理可知，空氣預熱器在熱態運行時，轉子發生“蘑菇狀”變形是不可避免的，所以漏風也是不可避免的。目前所采用的漏風控制技術只是最大限度地降低漏風率，不可能100%地消除漏風。下面介紹控制空氣預熱器漏風的解決方法，其中，跟蹤式漏風控制系統和固定式密封系統為傳統的解決方法，間隙自補償漏風控制系統為全新的漏風控制方法。

2.1 跟蹤式漏風控制系統

跟蹤式漏風控制系統的主要作用是降低轉子徑向漏風，其原理是在扇形板上安裝密封間隙傳感器，當空氣預熱器額定工況或變負荷運行時，傳感器時時跟蹤密封間隙的變化，將輸出信號傳遞到扇形板上部安裝的執行機構，執行機構驅動扇形板進行位移，這樣就能夠保證密封面達到一個最佳狀態，跟蹤式漏風控制系統具體控制情況如圖3所示。跟蹤式漏風控制系統的優點是在控制系統正常運行的情況下，保持合適的密封間隙，能很好地降低漏風率，漏風率可降低3%～4%。跟蹤式漏風控制系統的缺點是由于傳感器在空氣預熱器倉內工作，在工作環境溫度高、粉塵高的環境下工作，工作環境比較惡劣。在這樣的環境下，傳感器很容易失靈。傳感器失靈后，控制系統的保護功能會把扇形板提高，這樣會使密封間隙變大，漏風率也隨之急劇增大，嚴重影響著機組的經濟運行。這種漏風控制系統結構較為復雜，日常維護工作量較大。

圖3 跟蹤式漏風控制系統

2.2 固定式密封系統

這種密封系統完全忽略了轉子變形給漏風帶來的影響。該系統是根據設計值將扇形板密封間隙調好后，直接將調整裝置固定焊死到桁架上。這種系統在使用效果上雖然能達到機組安全穩定運行的要求，但從經濟運行的效果來看，由于固定式密封系統漏風率高達10%，就失去了經濟運行的意義。

2.3 間隙自補償漏風控制系統

間隙自補償漏風控制系統是從轉子熱變形原理的角度出發，由于“蘑菇狀”變形只發生在轉子的承載部分，所以，姑且把轉子隔板分成上下兩段(如圖4所示)，下段承載部分發生變形，上段隔板不隨下段隔板發生變形。這樣，可消除轉子“蘑菇狀”熱變形，減小空氣預熱器熱態下轉子與相對固定的密封面之間的間隙，降低了空氣預熱器漏風，提高了空氣預熱器運行的經濟性。

圖4 轉子隔板上、下段變形狀況

無蘑菇狀變形轉子由熱端隔板、下段隔板組成，2個下段隔板之間裝有蓄熱包。蓄熱包轉動到煙道時從煙氣中吸收熱量，此時蓄熱包溫度升高，煙氣溫度降低。然后蓄熱包轉到空氣通道放出熱量，此時空氣溫度升高，蓄熱包溫度降低。煙氣流向從上到下，空氣流向從下到上，所以下段隔板上端的溫度高于下端溫度。下段隔板固定于中心組件上，以中心組件下端為熱膨脹中心，由于上下溫差的作用就會產生所謂的蘑菇狀變形。由于上段隔板和下段隔板只是相搭，上下位移相互不受限制，上段隔板和下段隔板都無向下熱變形，轉子整體上無蘑菇狀變形，空氣預熱器密封間隙就能得到很好的控制，空氣預熱器的漏風量就會降低。

3 改造效果與效益分析

3.1 改造效果

湖北能源集團鄂州發電有限公司(以下簡稱鄂州發電公司)#3鍋爐為東方鍋爐廠有限公司生產的1 950 t/h超臨界變壓直流本生型鍋爐，一次再熱，單爐膛，尾部雙煙道，采用平行擋板調節再熱器溫度，固態排渣，全鋼構架，全懸吊結構，平衡通風，半露天布置。鍋爐采用正壓直吹制粉系統，配有6臺雙進雙出鋼球磨煤機。#3鍋爐所配的空氣預熱器為東方鍋爐廠有限公司生產，型號為LAP13494/1900，每臺鍋爐配2臺空氣預熱器，2007年開始安裝，2010年正式投入商業運行。轉子直徑為13 494 mm,蓄熱元件高度自上而下分別為800，800和300 mm,冷段300 mm蓄熱元件為低合金耐腐蝕傳熱元件，其余熱段蓄熱元件為碳鋼，每臺空氣預熱器金屬質量為584 t，其中轉動質量為438 t。轉速為0.99 r/min，分24個模數倉格，每個倉格的角度為15°，每個倉格分2個部分，該空氣預熱器為三分倉類型，將一次風與二次風分隔，一次風倉的角度為50°、二次風倉的角度為130°、煙氣倉的角度為180°；空氣預熱器設有徑向、軸向和旁路密封系統；熱端徑向密封設有自動控制系統；扇形板的角度為15°，為雙密封設計。空氣預熱器初始設計時的漏風率：在機組額定出力時，漏風率在1年內小于6%，在1年后小于8%。自設備投產以來，由于自動跟蹤裝置故障率比較高，導致空氣預熱器漏風率比較大。鄂州發電公司采用間隙自補償漏風控制系統對空氣預熱器進行了密封改造后，空氣預熱器改造前、后漏風率對照結果見表1。

表1 空氣預熱器改造前、后漏風率 %

空氣預熱器改造后，機組運行在1年內，在60%，80%，100%額定負荷工況下，空氣預熱器漏風率均不大于5%。

3.2 效益分析

空氣預熱器密封改造后，漏風率平均下降4%～5%，按年均運行7 500 h、單機發電量4.5×109kW·h、標準煤單價500元/t計算，經濟效益分析如下：空氣預熱器漏風率每下降1%，可降低發電煤耗約0.16 g/(kW·h)，年產生效益達162萬元。此外，根據以往熱力試驗數據統計，空氣預熱器漏風率每提高一個百分點，送風機電流降低約0.5 A，引風機電流降低約0.8 A，一次風機電流降低約0.2 A。風機每年節電效益可達60萬元。

4 結論

鄂州發電公司使用間隙自補償漏風控制系統對空氣預熱器進行密封改造后，空氣預熱器漏風率明顯減小，根據改造后鍋爐機組運行參數，爐膛配風和燃燒狀況得到了明顯的改善，風機能耗下降，排煙熱損失減少，在煤耗下降的同時也減少了污染物的排放。經濟效益和社會效益明顯。

參考文獻：

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