如何降低300MW燃煤機組回轉式空氣預熱器的漏風率

房洪寬

摘要：300MW燃煤機組回轉式空氣預熱器在中大型電站鍋爐廠的尾部換熱設備中得以廣泛應用，但此設備漏風率偏高是影響機組運行穩定性以及經濟性的主要因素。文章具體分析了300MW燃煤機組回轉式空氣預熱器漏風率偏高會造成的危害，并在此基礎上對回轉式空氣預熱器的漏風機理進行了闡述，針對性的提出了降低300MW燃煤機組回轉式空氣預熱器漏風率的詳細措施，以期解決漏風率偏大的問題，對燃煤機組電廠空氣預熱器的漏風提供一定的指導意義。

關鍵詞：回轉式空氣預熱器;漏風率計算;密封孔隙

0.引言

在現代化大容量鍋爐的作業過程中，燃煤機組回轉式空氣預熱器因其結構的緊密性、安裝的簡易性受到眾多電廠的青睞。空氣預熱器主要是利用煙氣的余熱來加熱鍋爐燃燒所需空氣的熱交換設備^[1]。空氣余熱器工作于鍋爐中煙氣溫度最低的區域，回收煙氣的熱量，降低排煙溫度，從而提高鍋爐的效率。回轉式空氣預熱器雖然在電廠中得以廣泛應用。但其嚴重的漏風問題是發電站現階段急需解決的關鍵性問題，在一般情況下空氣預熱器的漏風率基本能維持在7%左右，但在漏風嚴重的情況下可能達到22%，對發電站的運行造成了嚴重的阻礙，是電廠提高經濟效率繼續解決的根本性問題。

1.300MW燃煤機組回轉式空氣預熱器漏風率過高的危害

300MW的燃煤機組回轉式空氣預熱器的漏風主要側漏于煙氣側，對機組運行的安全性產生了負面影響，并增加了其相關聯的送風機、一次風機、引風機的電耗量增加，嚴重影響了電廠的經濟效益。在機組的漏風超過送風機的負荷能力時，燃燒風量會導致鍋爐燃燒損失的增加，同時造成送風能力的下降，最終降低機組的能動效果。當漏風量造成煙氣排出量的增加時，會導致鍋爐內部超負荷運轉、鍋爐熱效率低等問題的出現，在熱面壁溫度降低的過程中，加速低溫腐蝕，難以控制鍋爐的熱損失。在對以往機組漏風率計算的過程中，可發現：300MW 燃煤機組回轉式空氣預熱器漏風率每增加1%，就會使機組煤耗增加0.16g/kW·h^[2]。

2.300MW燃煤機組回轉式空氣預熱器漏風率過高原因分析

2.1 回轉式空氣預熱器的漏風機理

在燃煤機組回轉式空氣預熱器轉動部分的受熱面積和靜止的冷卻面積之間存在著一定的間隙，此時空氣側的壓力明顯高于煙氣側，在空氣經過轉子與外殼或扇形之間的間隙時，則將此類漏風稱之為間隙漏風。當燃煤機組回轉式空氣預熱器的受熱面將煙氣側和空氣側的空氣互相翻轉調換時，則稱之為攜帶漏風。間隙漏風與攜帶漏風的共同作用是造成燃煤機組回轉式空氣預熱器漏風的主要原因，在總漏風中占據80%。為提前預防漏風現象的發生，在回轉式空氣預熱器的動態和靜態部件之間都設有密封裝置。

2.2 攜帶漏風量計算

在燃煤機組回轉式空氣預熱器的轉動過程中，攜帶式漏風量的計算公式為：

（1）

在式（1）中，燃煤機組回轉式空氣預熱器在傳熱攜風量設置為，D、H則為轉子的直徑和高度，γ為蓄熱板金屬和灰污所占轉子的容積份額，g、k為燃煤機組回轉式空氣預熱器的生產系數。從式中可看出轉子轉速越快，則燃煤機組回轉式空氣預熱器的攜風量就越大;當受熱面的所占體積越大，則攜帶漏風量越大;國產的空氣預熱器的轉速大約在1-4r/min，攜帶漏風量約占漏風量的25%。

2.3 間隙漏風量計算

燃煤機組回轉式空氣預熱器產生漏風現象的主要原因為：流動介質產生的壓差以及空氣預熱器各部件之間存在的間隙。對于兩分倉式燃煤機組回轉式空氣預熱器，漏風更傾向于煙氣側;對于三分倉式燃煤機組回轉式空氣預熱器，壓力較高的二次風也傾向于煙氣側漏風。可用下式計算：

（2）

在公式（2）中N為泄露系數;M為密封間隙面積，氣體密度，單位為。因在燃煤機組回轉式空氣預熱器的不同部位運作過程中產生的系數不同，所以最終帶來的漏風量相差較大。

2.3.1 預熱器熱端漏風特點

在燃煤機組回轉式空氣預熱器的運行過程中，由于空氣預熱段的徑向膨脹量上下分布不均衡，導致轉子發生蘑菇變形現象，轉子間隙增大，加重漏風現象。燃煤機組回轉式空氣預熱器的變形特征，使轉子上端出現漏風區（三角形）。當漏風間隙在轉子外邊緣處達到最大值時，此三角區域的漏風量則達到整個空氣預熱器漏風量的35%-55%。

2.3.2 預熱器冷端漏風特點

在燃煤機組回轉式空氣預熱器的氣壓分布規律中可知，冷端空氣和煙氣的壓差較大，且空氣密度越大，冷端溫度顯示越低。在機組啟動初期，冷端漏風量需要著重進行觀測，當燃煤機組回轉式空氣預熱器頂部的蘑菇形狀還未變大時，則冷端間隙相較高負荷運行所占比例更大。

3.降低300MW燃煤機組回轉式空氣預熱器漏風率的措施

為減少燃煤機組回轉式空氣預熱器的漏風率，在空氣預熱器部件之間需設置密封裝置（密封孔隙0），由上文推算出的漏風機理計算公式可知，漏風量和泄露系數N、空氣和煙氣的壓力差以及漏風面積M互成正比關系。所以，降低漏風量需要從以上幾個方面著手。

3.1采用雙重密封或多重密封

雙密封技術是當前國內外降低泄露系數常采用的成熟技術，普遍分為雙徑向密封（Double radial seal）和雙軸向密封（Biaxial seal）。雙徑向密封在燃煤機組回轉式空氣預熱器作業時，主要通過密封片進行接觸，在作業過程中形成兩個密封艙^[3]。雙軸向密封則是將密封板在轉子轉動的情況下與軸向的密封片進行連接，形成雙軸向密封，相較于傳統的單密封，在作業環境相同的條件下，密封后內外的壓差相差近50%，所以采用雙密封的密封形式可將燃煤機組回轉式空氣預熱器的漏風量降低35%。

3.2 降低間隙面積

縮小燃煤機組回轉式空氣預熱器徑向密封間隙、軸向密封間隙、環向密封間隙可有效降低漏風率。值得注意的是，密封孔隙0，否則會影響機組的使用壽命。

3.2.1熱端徑向間隙的控制熱端徑向間隙是空氣預熱器漏風的主要渠道。

在機組運行的熱狀態下，機頂轉子可產生蘑菇狀的變形，轉子向上膨脹，轉子外側下垂，則導致熱端的間隙增大。如不采取相應的措施，則會導致轉子下垂量逐漸增大，燃煤機組回轉式空氣預熱器55%的漏風發生在間隙增大的過程中，300MW鍋爐燃煤機組回轉式空氣預熱器處于15m的空氣預熱器中，間隙可以達到45mm以上。因此，安裝漏風自動控制系統加強對跟蹤系統的風量測量在燃煤機組回轉式空氣預熱器的漏風率測量過程中是關鍵環節之一。扇形板自動跟蹤裝置的工作原理可轉變轉子的形狀，將采集到的信息傳送至作業驅動中心以完成整體作業。在大型空氣燃煤機組回轉式空氣預熱器的漏風控制過程中，普遍采用上述方法以達到自動控制的目的。

3.2.2 冷端徑向間隙的控制

在燃煤機組回轉式空氣預熱器冷端壓差與熱端壓差相距較大時，可發現此時的冷端氣體密度大于熱端氣體密度，所產生的漏風現象較為明顯，因此加強對冷端間隙的控制是決定漏風量的重要因素。冷端間隙的控制一般采用冷態預留熱態彌補的辦法，在冷態部位進行安裝調整時，將內側間隙設為0mm，為外側的后期作業運行留出間隙;當熱態運行時，將間隙由0mm變為燃煤機組回轉式空氣預熱器的膨脹值，可將漏風量控制在7%左右。

3.3 降低空氣側與煙氣側的壓力差

控制燃煤機組回轉式空氣預熱器的煙風煙差，可根據鍋爐機組的總體設計完成對合適磨煤機型號、燃燒器型式和受熱面的設定統一降低鍋爐系統的煙風阻力。在作業的過程中，需要在前期提前設置吹灰制度（保證吹灰蒸汽的壓力和熱度在穩定值內），在停爐過程中避免因吹灰不及時、受熱面清潔不當等行為產生煙氣側的壓差（需要在烘干之后，才可投入使用，否則加劇灰塵的堆積）。在熱風循環和加裝暖風器的糅合應用過程中，可降低腐蝕的可能性，從而避免低溫黏結性積灰和堵灰的發生^[4]。在合理控制空氣側與煙氣側的壓力差后，可將漏風率控制在7%-15%。

4.結語

通過對燃煤機組回轉式空氣預熱器的作業環節分析，可將漏風率嚴格控制在標準設定的7%-10%以內。即降低因煙溫不穩定引起的設備腐蝕、縮小了鍋爐機組排煙受熱損失和送風機的超負荷運載，為燃煤機組電廠運行的穩定性以及經濟性提供網絡研究方案。

參考文獻：

[1]張錫國，孫輝，左濤，胡慶權，胡波. 三維肋管一體化空氣預熱器在電廠鍋爐節能與煙氣脫白方面的應用研究[J]. 工程技術研究，2019，4（03）：245-246.

[2]舒樹根. 回轉式空氣預熱器換熱元件壽命影響因素[J]. 科技創新與應用，2019（19）：74-76.

[3]王承亮. 鍋爐回轉式空氣預熱器防堵技術研究[J]. 華電技術，2015，37（03）：18-21+76-77.

[4]邢德山，閻維平，支國軍. 直吹式制粉系統與空氣預熱器的質量能量平衡關系分析[J]. 熱能動力工程，2006（06）：582-584+589+655.