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摘要:回转式空气预热器在大中型锅炉上被普遍采用,漏风率是其重要的经济指标之一。有效控制空气预热器漏风率,可以从降低送、引风机电耗和提高锅炉效率两个方面得到节能收益。本文对300MW机组空预器漏风分析研究与解决方案,并列300MW机组空预器漏风改造的成功经验, 空预器的漏风率平均在4.39%。
关键词:柔性接触式密封;漏风率;径向密封;旁路密封;轴向密封。
1 回转式空预器的漏风分析
1.1 转子热变形
预热器运行时,转子的上下端面上存在温度差,也即沿着转子高度方向上的温度梯度引起了转子的热态蘑菇状变形,转子上端面外凸,下端面内凹。
1.2漏风分析
回转式空气预热器主要由转子和外壳组成,转子是运动部件,外壳是静止部件,动静部件之间肯定存在间隙,这种间隙就是漏风的渠道。空预器处于锅炉烟风系统的进口和出口,空气侧压力是正压,烟气侧压力是负压,二者存在压力差,从而产生漏风。由于压差和间隙的存在造成的漏风称为直接漏风;还有一种漏风叫携带漏风,是由于转子内具有一定容积,当转子转动时,必定会携带一部分气体进入另一侧。
1.2.1携带漏风
携带漏风主要因为空气预热器在转动过程中,蓄热元件中部分空气被携带到烟气中,而蓄热元件中的部分烟气被携带到空气中,这是回转式空预器的固有特点,是不可避免的。为了降低结构漏风量,在满足换热性能的前提下,尽量选择较低转速,并且转子内尽量充满传热元件,即转子高度不要留有太多的剩余空间,但携带漏风量占空预器总漏风量的份额较少,一般来说不超过1%,常可忽略。
1.2.2直接漏风
直接漏风是空预器漏风的主要来源,这是由于空气预热器的烟气侧和空气侧存在间隙和压差造成的。尽管部件间隙中有密封装置,但为避免转动卡涩及运行中的变形也不可能将这些密封间隙堵死,因而就造成密封间隙漏风。回转式空气预热器的烟气自上而下逐渐降温,空气自下而上升温,转子形成蘑菇状变形,造成了密封间隙增大,漏风增大。直接漏风主要包括径向漏风、轴向漏风、旁路漏风和中心筒漏风,其中径向漏风占的比例最大,大约占80%左右。
空气预热器结构本身有一定的密封系统,但由于机组运行条件的影响,原有密封系统磨损严重,不能有效的治理漏风,造成漏风率上升。
2 柔性接触式密封原理
传统空预器密封技术是采用刚性有间隙密封技术,在动静间保持一个最小间隙,达到漏风最小。由于空气预热器的蘑菇状变形问题,而且这种变形随负荷、环境温度不断发生变化,使得我们很难达到一个最佳的动静之间的间隙值。而且随着运行时间的增加、空预器转子应力的变化,圆周的椭圆形变形和转子端面的凹凸变形是必然存在的。
柔性接触式密封系统的主要特点:
采用柔性接触式密封技术,不会形成密封间隙,密封效果好。由于扇形板与密封滑块之间没有间隙,则没有气流通过,也就没有冲刷磨损的问题,密封系统能长期运行。
采用合页式弹簧技术。该技术允许空预器的转子在热态运行状态下有一定的圆端面变形及圆周方向的变形,特别适合空预器的改造。对于围带驱动的空预器转子,圆端面有5mm ?10mm的跳动量是十分普遍存在的。空预器热态下,圆端面和圆周椭圆度均有不同幅度的变形问题存在。采用这种合页式弹簧也可以柔性自动补偿这样的变化。
柔性接触式密封滑块采用自润滑合金,高温下干磨擦系数μ=0.1
检修工艺简化:接触式密封系统采用工厂化生产,车间组装成单个密封元件,对原有转子的椭圆度、两端面的平行度、平面度;及转子转动跳动量要求降低,大大简化了现场安装的工艺程序,工期短、效果好。
3 330MW机组改造实例
淮阴电厂#3锅炉配备两台采用半模式、双密封、三分仓式回转式空气预热器,型号:2-28VI(T)—SMR。空气预热器主轴垂直布置,主要由转子(包括传热元件中心筒)、外壳与端轴、导向轴承、支撑轴承、冷端、热端连接板、密封装置、传动装置、控制系统、润滑系统、吹灰器及清洗装置等部件组成。在运行过程中,空预器漏风率在11%。于2013年9月至11月机组环保改造期间对#3锅炉空预器进行了柔性密封改造。解决漏风的方案措施如下:
检查扇形板的磨损情况:扇形板外侧圆周向水平误差不大于0.10mm,磨损严重的进行挖补。补后的铁板应与四周平板在同一水平面上,焊缝磨平,扇形板竖面磨损的地方贴补即可,但不可超过扇形板平面。检查动静部分之间的间隙,扇形板与“T”型钢监测板之间的间隙为4mm。检查扇形板上的所有焊缝,开焊的地方补焊,检查扇形板有无凸点及卡住现象,如发生异常,提高扇形板,将其磨平。检查各吊杆螺丝是否完整,焊缝是否开裂,如有则用磨光机将开裂处磨出坡口,进行堆焊。检查扇形板上的机械保安装置的保险销是否完整。打开扇形板调整元件箱,进行积灰清理、清洗, 并进行上下移动调整,确保灵活。
中心筒:扇形板静密封系统进行检查,主要检查密封固定系统的磨损情况,为更换作好准备。内部填料本次密封改造要进行全面更换。
磨损情况及堵灰分布检查:检查转子从圆心沿半径向外圆各处的磨损情况。从磨损沿半径向外圆的分布情况可以发现烟气在空预器中的分布情况是否存在烟气沿烟道到后墙分布不均匀问题。A、B侧磨损情况的检查可以发现烟气两侧墙之间的分布均匀情况。堵灰及腐蚀情况检查。
旁路密封检查: a 检查整个旁路密封圆周磨损情况,主要可以发现转子运行中椭圆度的情况(热态状况下)。b 检查旁路密封的冲刷位置可以发现一次风系统的漏风情况。
冷端径向密封检查:结合旁路密封检查,两结合理论计算的冷端预留间隙的科学性和准确性,为这次冷端间隙的预留提供可靠的依据。
3.2热端径向固定式密封片安装
4.改造效果评价
密封改造前,#1炉空气预热器的平均漏风率1%左右,进行柔性接触式密封改造后,在锅炉ECR工况下,空预器的漏风率平均在4.39%(1A侧4.54%,1B侧4.25%),达到了国内外先进水平,使锅炉的送风机、引风机的功率消耗减少,热风温度提高,锅炉得到充分燃烧,使飞灰可燃物降低,从而使锅炉效率提高,机组经济效益提高,达到节能减排的效果。
作者简介:
唐超(1969—),男,江苏淮安人,,高级工程师高级技师,淮阴发电有限公司生产技术部主任,从事火电厂锅炉检修运行管理工作
关键词:柔性接触式密封;漏风率;径向密封;旁路密封;轴向密封。
1 回转式空预器的漏风分析
1.1 转子热变形
预热器运行时,转子的上下端面上存在温度差,也即沿着转子高度方向上的温度梯度引起了转子的热态蘑菇状变形,转子上端面外凸,下端面内凹。
1.2漏风分析
回转式空气预热器主要由转子和外壳组成,转子是运动部件,外壳是静止部件,动静部件之间肯定存在间隙,这种间隙就是漏风的渠道。空预器处于锅炉烟风系统的进口和出口,空气侧压力是正压,烟气侧压力是负压,二者存在压力差,从而产生漏风。由于压差和间隙的存在造成的漏风称为直接漏风;还有一种漏风叫携带漏风,是由于转子内具有一定容积,当转子转动时,必定会携带一部分气体进入另一侧。
1.2.1携带漏风
携带漏风主要因为空气预热器在转动过程中,蓄热元件中部分空气被携带到烟气中,而蓄热元件中的部分烟气被携带到空气中,这是回转式空预器的固有特点,是不可避免的。为了降低结构漏风量,在满足换热性能的前提下,尽量选择较低转速,并且转子内尽量充满传热元件,即转子高度不要留有太多的剩余空间,但携带漏风量占空预器总漏风量的份额较少,一般来说不超过1%,常可忽略。
1.2.2直接漏风
直接漏风是空预器漏风的主要来源,这是由于空气预热器的烟气侧和空气侧存在间隙和压差造成的。尽管部件间隙中有密封装置,但为避免转动卡涩及运行中的变形也不可能将这些密封间隙堵死,因而就造成密封间隙漏风。回转式空气预热器的烟气自上而下逐渐降温,空气自下而上升温,转子形成蘑菇状变形,造成了密封间隙增大,漏风增大。直接漏风主要包括径向漏风、轴向漏风、旁路漏风和中心筒漏风,其中径向漏风占的比例最大,大约占80%左右。
空气预热器结构本身有一定的密封系统,但由于机组运行条件的影响,原有密封系统磨损严重,不能有效的治理漏风,造成漏风率上升。
2 柔性接触式密封原理
传统空预器密封技术是采用刚性有间隙密封技术,在动静间保持一个最小间隙,达到漏风最小。由于空气预热器的蘑菇状变形问题,而且这种变形随负荷、环境温度不断发生变化,使得我们很难达到一个最佳的动静之间的间隙值。而且随着运行时间的增加、空预器转子应力的变化,圆周的椭圆形变形和转子端面的凹凸变形是必然存在的。
柔性接触式密封系统的主要特点:
采用柔性接触式密封技术,不会形成密封间隙,密封效果好。由于扇形板与密封滑块之间没有间隙,则没有气流通过,也就没有冲刷磨损的问题,密封系统能长期运行。
采用合页式弹簧技术。该技术允许空预器的转子在热态运行状态下有一定的圆端面变形及圆周方向的变形,特别适合空预器的改造。对于围带驱动的空预器转子,圆端面有5mm ?10mm的跳动量是十分普遍存在的。空预器热态下,圆端面和圆周椭圆度均有不同幅度的变形问题存在。采用这种合页式弹簧也可以柔性自动补偿这样的变化。
柔性接触式密封滑块采用自润滑合金,高温下干磨擦系数μ=0.1
检修工艺简化:接触式密封系统采用工厂化生产,车间组装成单个密封元件,对原有转子的椭圆度、两端面的平行度、平面度;及转子转动跳动量要求降低,大大简化了现场安装的工艺程序,工期短、效果好。
3 330MW机组改造实例
淮阴电厂#3锅炉配备两台采用半模式、双密封、三分仓式回转式空气预热器,型号:2-28VI(T)—SMR。空气预热器主轴垂直布置,主要由转子(包括传热元件中心筒)、外壳与端轴、导向轴承、支撑轴承、冷端、热端连接板、密封装置、传动装置、控制系统、润滑系统、吹灰器及清洗装置等部件组成。在运行过程中,空预器漏风率在11%。于2013年9月至11月机组环保改造期间对#3锅炉空预器进行了柔性密封改造。解决漏风的方案措施如下:
检查扇形板的磨损情况:扇形板外侧圆周向水平误差不大于0.10mm,磨损严重的进行挖补。补后的铁板应与四周平板在同一水平面上,焊缝磨平,扇形板竖面磨损的地方贴补即可,但不可超过扇形板平面。检查动静部分之间的间隙,扇形板与“T”型钢监测板之间的间隙为4mm。检查扇形板上的所有焊缝,开焊的地方补焊,检查扇形板有无凸点及卡住现象,如发生异常,提高扇形板,将其磨平。检查各吊杆螺丝是否完整,焊缝是否开裂,如有则用磨光机将开裂处磨出坡口,进行堆焊。检查扇形板上的机械保安装置的保险销是否完整。打开扇形板调整元件箱,进行积灰清理、清洗, 并进行上下移动调整,确保灵活。
中心筒:扇形板静密封系统进行检查,主要检查密封固定系统的磨损情况,为更换作好准备。内部填料本次密封改造要进行全面更换。
磨损情况及堵灰分布检查:检查转子从圆心沿半径向外圆各处的磨损情况。从磨损沿半径向外圆的分布情况可以发现烟气在空预器中的分布情况是否存在烟气沿烟道到后墙分布不均匀问题。A、B侧磨损情况的检查可以发现烟气两侧墙之间的分布均匀情况。堵灰及腐蚀情况检查。
旁路密封检查: a 检查整个旁路密封圆周磨损情况,主要可以发现转子运行中椭圆度的情况(热态状况下)。b 检查旁路密封的冲刷位置可以发现一次风系统的漏风情况。
冷端径向密封检查:结合旁路密封检查,两结合理论计算的冷端预留间隙的科学性和准确性,为这次冷端间隙的预留提供可靠的依据。
3.2热端径向固定式密封片安装
4.改造效果评价
密封改造前,#1炉空气预热器的平均漏风率1%左右,进行柔性接触式密封改造后,在锅炉ECR工况下,空预器的漏风率平均在4.39%(1A侧4.54%,1B侧4.25%),达到了国内外先进水平,使锅炉的送风机、引风机的功率消耗减少,热风温度提高,锅炉得到充分燃烧,使飞灰可燃物降低,从而使锅炉效率提高,机组经济效益提高,达到节能减排的效果。
作者简介:
唐超(1969—),男,江苏淮安人,,高级工程师高级技师,淮阴发电有限公司生产技术部主任,从事火电厂锅炉检修运行管理工作