全負荷工況下回轉(zhuǎn)式空預(yù)器控制漏風(fēng)的密封技術(shù)

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(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器是大中型電站鍋爐廣泛采用的尾部換熱設(shè)備，回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器同管式預(yù)熱器相比，結(jié)構(gòu)緊湊、鋼耗少、方便布置，回轉(zhuǎn)式空預(yù)器外形圖如圖1所示。回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率高卻是難以解決的問題，是該類設(shè)備的顯著缺點。

回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)主要來自徑向漏風(fēng)、軸向漏風(fēng)、中心筒漏風(fēng)和攜帶漏風(fēng)。由于回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)形式，攜帶漏風(fēng)不可避免。徑向漏風(fēng)基本上占據(jù)了空預(yù)器總漏風(fēng)的接近70%[1][2]，結(jié)合對空預(yù)器徑向漏風(fēng)的控制，再輔之以對軸向漏風(fēng)和中心筒漏風(fēng)的控制，能夠極大的減少空預(yù)器的漏風(fēng)率，其中，降低徑向直接漏風(fēng)是關(guān)鍵[3]。同時近年來火力發(fā)電機組的發(fā)電小時數(shù)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(jīng)濟運行區(qū)，特別是許多電廠實際運行反饋中低負荷空預(yù)器漏風(fēng)率較大，故全負荷工況控漏風(fēng)是現(xiàn)實生產(chǎn)中企業(yè)的實際需求。

圖1 回轉(zhuǎn)式空預(yù)器三維示意圖

1 全負荷工況下空預(yù)器漏風(fēng)原因

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

圖2 不同負荷下空預(yù)器轉(zhuǎn)子變形

對于固定式密封空預(yù)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(xiàn)如上圖所示的密封片與密封板的間隙，該間隙直接導(dǎo)致空預(yù)器的漏風(fēng)。

空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)會導(dǎo)致機組熱力工況的變化，隨著漏風(fēng)量的增加，熱風(fēng)溫度下降，排煙溫度也下降，排煙溫度下降又導(dǎo)致冷端受熱面壁溫降低，加速了低溫腐蝕的過程；漏風(fēng)還影響機組運行的經(jīng)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(fēng)機械的功率消耗，使企業(yè)發(fā)電煤耗和供電煤耗增加。故回轉(zhuǎn)式空預(yù)器降低漏風(fēng)對解決上述問題有著直接的效果并產(chǎn)生經(jīng)濟效益。

2 全負荷工況空預(yù)器控漏風(fēng)節(jié)能經(jīng)濟性分析

2.1 節(jié)電效果計算

某300MW電廠CFB機組空預(yù)器改造前后對比，當(dāng)機組負荷在225MW時，改造后引風(fēng)機、流化風(fēng)機、一次風(fēng)機及二次風(fēng)機電流共計下降約50A，風(fēng)機配套電動機額定電壓為6000V，功率因數(shù)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(jié)煤效果計算

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

節(jié)約標(biāo)煤量：

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

減少空預(yù)器全負荷漏風(fēng)，是很多電廠爭創(chuàng)一流企業(yè)、提高企業(yè)經(jīng)濟效益的需要。與此同時，降低中低負荷空預(yù)器漏風(fēng)，對緩解低溫腐蝕等也有益處。

3 全負荷工況下控制漏風(fēng)的密封技術(shù)

3.1 冷熱端扇形板間隙跟蹤技術(shù)

該密封技術(shù)在空預(yù)器冷端和熱端扇形板上設(shè)置執(zhí)行機構(gòu)及檢測控制單元，該技術(shù)能夠?qū)崟r測量轉(zhuǎn)子部分與密封片的間隙[4]，從而控制執(zhí)行機構(gòu)動作，檢測系統(tǒng)采用新型的激光測距傳感技術(shù)，該間隙測量裝置具有投用率高、測量誤差小、在線維護等優(yōu)點。間隙跟蹤執(zhí)行機構(gòu)如圖3所示。

圖3 扇形板執(zhí)行機構(gòu)圖

冷熱端扇形板間隙跟蹤技術(shù)工作原理，如圖4所示：在低負荷工況時，空預(yù)器扇形板主要是冷端執(zhí)行機構(gòu)動作；在中負荷工況時，冷熱端扇形板執(zhí)行機構(gòu)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(qū)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(tài)下都有較好的經(jīng)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(tǒng)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(zhuǎn)軸柔性密封技術(shù)

彈簧轉(zhuǎn)軸柔性密封技術(shù)的原理：彈簧滑塊柔性密封安裝在徑向轉(zhuǎn)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(xiàn)回轉(zhuǎn)式空預(yù)器密封滑塊在轉(zhuǎn)軸上的往復(fù)轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動，密封滑塊實現(xiàn)了柔性密封功能，當(dāng)密封塊運動到扇形板下面時，彈簧壓縮發(fā)生形變。密封塊與扇形板接觸，形成無間隙的密封系統(tǒng)。當(dāng)該密封塊離開扇形板后，彈簧將密封塊自動彈起，以此循環(huán)進行。結(jié)構(gòu)示意如圖5所示。

圖5 彈簧轉(zhuǎn)軸柔性密封

3.3 分流式密封技術(shù)

分流式密封技術(shù)原理：采用在空預(yù)器冷端和熱端扇形板上開孔，將泄漏的空氣引回至風(fēng)系統(tǒng)，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(fēng)系統(tǒng)，該技術(shù)也就控制了空預(yù)器的漏風(fēng)。原理示意如圖6所示。

圖6 分流式密封技術(shù)原理圖

實現(xiàn)該技術(shù)有兩種途徑：采用獨立的風(fēng)機抽取泄漏的空氣和不采用獨立的風(fēng)機引流泄漏的空氣，無論哪種形式，都需要布置引流風(fēng)道。采用獨立的風(fēng)機作為分流動力源，壓力可控，抽取泄漏空氣精準(zhǔn)。采用利用現(xiàn)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(zhuǎn)軸固定式柔性密封技術(shù)

無轉(zhuǎn)軸固定式柔性密封技術(shù)原理：主要是利用自身或者利用巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)示意如圖7所示。

圖7 無轉(zhuǎn)軸固定式柔性密封技術(shù)示意圖

4 密封技術(shù)方案對比

對于上述提到的全負荷工況下控制漏風(fēng)的密封技術(shù)，對于從100MW～1200MW不同機組容量配置的回轉(zhuǎn)式空預(yù)器，其優(yōu)缺點如表1所示。

表1 全負荷工況控空預(yù)器漏風(fēng)密封技術(shù)優(yōu)缺點

結(jié)語

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