330MW火電機組回轉式空氣預熱器漏風嚴重分析與研究治理

馮光華

摘 ?要：某化工公司SG—1151/17.5—M4008型亞臨界、一次中間再熱、自然循環汽包爐系上海鍋爐廠生產，鍋爐配置兩臺容克式空氣預熱器，型號為29VNT1820型，受機組長時間運行等因素影響，空預器漏風嚴重，通過對空預器密封形式的分析研究調研，在保持原有密封的同時，熱端增加接觸式密封后經過第三方試驗檢測達到非常好的效果，實施后機組安全運行可靠，節能效果明顯，對同類電廠設備具有廣泛推廣價值。

關鍵詞：鍋爐;回轉式空預器;接觸密封;節能

一、概述

根據國家能源局要求，全面加快推進煤電超低排放和節能改造工作，到2020年，現役機組平均供電煤耗低于310克標煤/千瓦時。

某化工公司鍋爐型號為SG—1151/17.5—M4008，系上海鍋爐廠生產的亞臨界參數、一次中間再熱、自然循環汽包爐。 330MW機組每臺鍋爐配有兩臺豪頓華制造的三分倉室容克回轉式空預器，為減少空預器漏風量，空預器采用剛性徑向、軸向和環向密封系統。由于空預器長時間運行以來，空氣預熱器磨損及變形嚴重，造成空預器漏風較大，送引風機單耗大，廠用電率升高，對安全、經濟效益有較大影響。

鍋爐配置兩臺容克式空氣預熱器，型號為29VNT1820型，產品為上海豪頓華公司生產。空氣預熱器煙氣進口處允許瞬間溫度不超過450度，最大連續運行溫度不超過430度。轉子內徑11000 mm ，熱段層高度870mm，冷段層高度950mm，立式三分倉結構。煙氣向下流動，一次風與二次風向上流動，換熱元件熱段和中溫段采用0.5mm的低碳鋼制造，其冷段采用0.8mm厚的等同考登鋼制造。

空預器是利用鍋爐尾部的煙氣熱量來加熱空氣的換熱設備，它是一種再生式空氣預熱器，由于在運行時受熱面不斷旋轉，所以通常也稱回轉式預熱器，當溫度較高的煙氣流到轉子的煙氣通道區域時，煙氣將熱量釋放給波紋板，煙溫減低，當波紋板旋轉到空氣區內，又將其獲得的熱量釋放給空氣，使空氣溫度升高。依次不斷的循環，進行熱交換，轉子每轉一圈完成一個循環，在每一個循環中蓄熱元件吸放熱一次。

空預器主要由轉子、蓄熱元件、波紋板、殼體、梁、煙風道、密封系統、控制系統、減速箱、軸承、軸承座、稀油潤滑、吹灰器以及清洗裝置等部分組成。

三分倉容克回轉式空氣預熱器簡易視圖：

二、存在問題及技術分析

回轉式空氣預熱器在大中型電站鍋爐上被普遍采用，漏風率是其重要的經濟指標之一。有效控制空氣預熱器漏風率，可以從降低送、引風機電耗和提高鍋爐效率等幾方面得到節能收益。

國內外空預器的密封調整主要根據回轉式空氣預熱器運行參數，預先計算出熱態下轉子的蘑菇變形量，在安裝密封片時與扇形板、弧形板、旁路密封部件預留出一定的膨脹量，以保證冷態運行和熱態運行時蘑菇變形以達到最佳的密封狀態。傳統的密封技術均采用鋼性硬密封片作為密封介質，由于密封間隙的計算和調整仍然存在誤差，扇形板和密封片之間仍存在一定的泄漏間隙。而密封間隙的存在必然導致飛灰對密封片的沖刷，隨著時間的推移，密封片的磨損嚴重，漏風率逐步加大，對電廠的經濟運行及維護也造成很大的負擔，特別是鍋爐負壓運行和爐后風煙系統壓力較大，造成引風機頻繁失速運行，嚴重影響了鍋爐風煙系統的安全可靠運行，2019年熱電4臺引風機相繼出現頻繁失速、振動大而故障停運，設備長時間退出運行并返廠進行故障搶修，累計搶修施工費及備件費用達300多萬元。

鍋爐回轉式空預器主要存在的問題：

空預器密封系統屬動靜兩部分結合面的運動密封，在理想設計狀況下，空預器動、靜密封間隙須維持在5毫米范圍內，漏風率才可能達到≤8%的設計指標，但由于煤種變化、煙氣腐蝕、燃燒調整、空預器堵灰、鍋爐泄漏等實際運行原因，空預器工作環境惡劣，密封機構易損，各因素相互影響、循環加劇惡化空預器運行性能，實際漏風率大多都在10%～18%。而且空預器轉子冷熱端溫差形成“蘑菇狀變形”和蓄熱轉子容積攜帶而造成的空預器漏風都將不可避免。

空預器漏風率偏大將造成以下后果：

空預器漏風嚴重，導致一次風壓降低，為了防止一次風管堵管，只能增大一次風機擋板開度，增加了一次風機的出力，廠用電率相應增加。

1.一次風大量漏到煙氣中，增加了引風機的出力，廠用電率相應增加。

2.二次風大量漏到煙氣中，增加了引風機的出力，廠用電率相應增加。

3.由于空預器漏風嚴重，煙氣溫度降低，空預器受熱面腐蝕和堵塞較嚴重，同時對爐后煙風系統腐蝕增加，鍋爐熱效率降低，這些都將影響機組的安全經濟運行。

空預器漏風原因分析：轉子旋轉時通過換熱元件實現煙氣和空氣之間的熱交換，轉子徑向隔板上安裝徑向密封片，軸向也是安裝密封片，下部徑向密封片與下部扇形板，上部徑向密封片與上部扇形板，軸向密封片與弧形板，它們分別在熱態運行中接觸保持很小距離，由于熱態不規則變形這些間隙將形成煙氣與空氣的漏風，控制該漏風率是國家對火電廠提出節能減排項目之一，漏風原因是因為動靜之間預留膨脹變形產生的間隙造成，由此推理要治理漏風必須采用動靜良好接觸是最有效措施。漏風原因是因為動靜之間預留膨脹變形產生的間隙造成，綜合外出調研和技術分析，在調整原有密封間隙的同時，綜合確認彈性接觸式密封是治理漏風的首選方案。

三、改造目標

考慮到機組安全和經濟性，選擇空預器熱端徑向密封改造為自吻盒柔性密封方式。本空預器的密封改造設計是根據‘漏風控制技術原理來進行設計的，該密封組件在扇形板的原設計和預設值的間隙在鍋爐不同負荷時的間隙進行補償，很大程度上保證了我們‘漏風控制技術原理的優勢。

通過空預器熱端徑向密封采用新型自吻盒柔性密封組件形成新的密封區的作用，滿負荷情況下空預器漏風率保證值為：在一年內不大于5%，并且保持穩定。一個大修周期內（5年）不大于6%，并且所更換的各類密封組件在5年內不發生因腐蝕、磨損導致漏風增大現象。

同時一方面降低鍋爐排煙溫度，保證下游設備的安全穩定運行，另一方面減小風機電耗，節能降耗。系統的成功應用，不僅降低設備漏風率，而且確保熱能的再利用，經濟效益、社會效益顯著。

四、項目立項和實施內容

本分析治理項目自2020年初由公司設備工程部及熱電運行領導及技術人員走訪調研中鋁六盤山電廠及咨詢國內其他電力企業，申請公司立項并在熱電#2機組檢修過程中開展實施。

具體實施內容：

1.檢查調整鍋爐A/B兩套空預器轉子找正。

2.檢查冷、熱端固定密封片磨損嚴重進行更換，并固定調整。在其背后隔倉加裝自吻盒彈性密封組件。

3.檢查軸向密封片對沖刷受損嚴重部位進行更換密封片，重新調整其密封間隙。

4.旁路密封檢查、磨損嚴重更換，安裝叉接式密封。

5.轉子熱端、冷端 “T”型鋼檢查更換及調整。

6.熱端、冷端扇形板修理調整，并增加過渡板?；⌒伟逍蘩碚{整。

7.檢查消除空預器其他漏風（包括伸縮節、隔倉板、靜密封、殼體等）等磨損、漏風的其它缺陷處理。

五、項目設計及施工質量驗收

1.將空預器原徑向密封片全部進行拆除，對空預器熱端隔倉安裝柔性接觸式密封組件，并在另一側安裝新的密封片作為雙重保險，柔性接觸式密封組件安裝48道倉隔，徑向密封片安裝96道倉隔。在熱態運行中柔性接觸式密封滑塊高出扇形板5mm 8mm，相應的合頁彈簧有25-30mm的壓縮量。當柔性接觸式密封運動到扇形板時，柔性接觸式密封滑塊的斜面被扇形板壓下，合頁彈簧發生彈性變形，形成嚴密無間隙的密封系統，安裝示意圖如圖所示。

3. X-750鎳基合金彈簧

該彈簧的材料為inconelX-750，是以Al、Ti、Nb強化的鎳基合金，是inconel合金系統中早期發展的應用廣泛的合金之一。合金在980℃以下具有良好的強度、良好的抗腐蝕和抗氧化性能，而且也有較好的低溫性能，成形性能也好，能適應各種焊接工藝。采用合頁式彈簧頂靠滑塊的與扇形板緊密接觸的無間隙密封形式，鍋爐負荷的變化對空預器漏風量影響不大;空預器脫硝改造增加的風壓不會影響彈簧的力學性能，彈簧頂靠滑塊與扇形板接觸的狀態不會因脫硝而受影響。

彈簧隱藏，避免了正面風耗磨損，由于彈簧設計底部有漏灰口不存在積灰，且彈簧上下就有卡座及凹槽即使斷裂也不會脫離密封盒，大大減少了因為損壞所產生的安全隱患。

接觸器滑塊，屬易損件，更換容易，每次更換不需立標尺。直接需要將底部連接螺栓松開即可更換，且換下的磨損件可繼續回爐鑄造。

彈簧支座和鉸鏈支座為精密鑄造，一體成型、材質為#45，滿足尺寸精度要求，保證使用壽命。彈簧支座采用三爪結構設計，確保彈簧在伸縮時，不會彈出支座槽，保證柔性密封運行穩定。

六、項目投用效果、效益情況

分析治理前鍋爐空預器設備運行情況：空預器密封間隙的存在必然導致飛灰對密封片的沖刷，隨著時間的推移，密封片的磨損嚴重，漏風率逐步加大，對電廠的經濟運行及維護也造成很大的負擔，特別是鍋爐負壓運行和爐后風煙系統壓力較大，風機耗能較大，造成引風機多次失速運行，嚴重影響了鍋爐風煙系統的安全可靠運行，同時鍋爐空預器修前漏風率高達13%以上，損耗較大。

根據中石化長城能源化工（寧夏）有限公司熱電運行部的實際情況，從鍋爐穩定運行的要求出發，長遠規劃，保證熱電2臺鍋爐運行正常，采用成熟、可靠的系統改造技術，實現空預器漏風率降低，機組煤耗節約等目的。

1.空預器改造后漏風率（BMCR工況）一年內≤5%一個大修周期內（5年）≤6%。

按目前300MW機組，一般漏風率下降12%，可以提高鍋爐效率1%。

主要來自1）鍋爐排煙熱損失的減小。

2）引風機、一次風機、送風機電耗的下降

計算條件：

1）根據國家煤電節能減排升級規劃中節能減排主要推薦技術說明中，柔性密封改造技術可實現煤耗降低0.2-0.5g/kwh的說明，選取節約標準煤0.5 g/kwh。

2）機組年利用小時：6000小時

3）標煤單價：497元/噸

節約標煤量=33*6000*10000*0.5/1000/1000=990噸。

經濟效益=990*497=492030元=49.23萬元

引風機、送風機、一次風機電耗，參照周邊電廠改造業績，

一般統計三大風機電流下降總電流估計80A

M=6000小時×√3×6.3kv×80A×0.25=129萬元

合計節約M=49.23萬元+129萬元=178.23萬元/年

2.五年內免維護，減少檢修維護費用。

3.延長空預器運行周期（易損件使用壽命不低于40000小時）。

七、結論

通過空預器優化調整檢修修后第三方試驗測試結果：在鍋爐蒸發量為930t/h工況下，#2鍋爐A、B空氣預熱器漏風率分別為4.80%和5.12%，平均鍋爐空預器的漏風率為4.96% （首次修后控制在5.0%以內），達到了預期目標，截止到目前#2鍋爐A、B空氣預熱器運行平穩。

通過測試和計算得A、B空氣預熱器漏風如附表所示。

參考文獻

[1]DL/T5047——2001 ?電力建設施工及驗收規范（鍋爐機組篇）

[2]（2012年西北電力設計院工程項目設計資料）

[3]DL/T 748.2——2007 ?火力發電廠鍋爐機組檢修導則

[4]DL/T5038——2017電安生[1994]227號《電業安全工作規程》（熱力和機械部分）