回转式空预器漏风防治探讨.doc

回转式空预器漏风防治探讨苏昆，耿向瑾 （云南电力试验研究院，昆明 650051）摘要：针对云南省目前火力发电机组锅炉选配回转式空预器运行现状，结合我方空预器漏风测试经验和监测分析，归纳回转式空预器漏风主要影响因素，总结减少回转式空预器漏风整改措施。关键词：回转式空预器；漏风率；密封；传热有效度；端差1.引言由于回转式空预器具有布置结构紧凑、受热面金属壁温较高、冷端腐蚀比管式空预器轻等优点。近年来，该类型空预器已广泛被我国设计高参数、大容量锅炉时采用。回转式空预器漏风率是衡量其运行经济性的一项重要经济指标。统计我省300MW、600MW燃煤发电机组空预器漏风率，投产一年以内基本在5.07.0%；投产一年后,漏风率根据各发电企业运行管理水平以及空预器设计选型情况就不尽相同，大致范围为6.020.0%。空预器漏风直接影响锅炉机组运行经济性。根据计算，对于电站锅炉，一般炉膛漏风系数每增加0.10.2，排烟温度将上升38，锅炉效率降低0.20.5%；锅炉效率提高1%，300MW燃煤机组直接供电煤耗降低1.52.0g/kWh；600MW燃煤机组直接供电煤耗降低3.04.0g/kWh。现以锅炉排烟氧量由7.0%降为6.0%为例，炉膛漏风系数降低0.1，锅炉效率提高以0.25%计算，则300MW燃煤机组供电煤耗可降低0.5g/kWh。由此，在设备选型基础上调整降低回转式空预器漏风率的重要性不言而喻。2.回转式空预器工作概述降低回转式空预器漏风率是必要的。下面，先简要介绍回转式空预器结构、布置；再针对该设备特点分析影响回转式空预器经济性的主要因素，结合实际探讨调整降低回转式空预器漏风率的整改措施。回转式空预器按仓位划分为：三分仓、四分仓；按动、静部分划分为转子旋转式、风罩旋转式。目前通常采用的是受热面旋转（转子旋转）式预热器，该类型代表是三分仓容克式空预器。预热器主要部件有：转子（受热面布置其上）、主轴与轴承装置、传动装置、密封装置、罩壳五大部分。详见下图：容克式空预器密封装置配有径向密封，圆周旁路密封和轴向密封。径向密封通过布置在烟气与空气通道之间密封区的扇形密封板来实现，上部扇形密封板内侧支承在上轴；下部径向密封板由于转子特定变形，只要冷态预留适当的密封间隙，热态时间隙自然闭合。圆周旁路密封是通过布置在上下封板的圆周方向，与转子圆周方向的密封圈形成密封，其密封间隙在热态时是闭合的。轴向密封布置在与径向密封相对应的转子与外壳之间的通道中，它有效阻挡从圆周方向漏过的空气漏向烟气。轴向密封板可以方便的进行调整，使其过到最小密封间隙状态。为便于分析，现引入概念“传热有效度”，定义为实际传热量与最大可能传热量之比，即Q/Qmax,通常以“”表示。由定义可知。对两种流体（无相变）流通的任一换热器: =tmax/(t1, -t2,)，式中t1,表示高温流体放热前温度，t2, 表示低温流体吸热前温度，tmax表示两种流体中温度变化较大者（热容量小者）。以某300MW机组选配HOWDEN容克预热器为例：烟气侧进/出口温度大致分别为370/125；一、二次风侧进/出口温度大致分别为20/350。由于烟气含有粉尘及尾气，故其热容量大于空气热容量，则=0.94。同时，由-NTU法，=f(R,NTU),R=MhCph/ McCpc, NTU=KF/ (MC)min。简化后回转式空预器设计校核计算时“传递常数G、S”分别可写为：G= g(R,NTU)；S=h(R,NTU)。 通过上式很直观地，对选型后的空预器：烟气、空气进/出口参数确定，极限可知；运行过程中为提高经济性，需要关注的便是传递常数G、S。从上式可以看出，空预器运行经济性相关参数为，热源（烟气）流量、冷源（一、二次风）流量以及冷/热源介质出/入口焓值。因焓值h=F(p,t),空气量可由烟气量与炉膛漏风反推得到。故确定选型的空预器运行经济性决定因素：预热器进/出口端差；参与换热烟气量；本体漏风与本体阻力；高温热源初、终温度。锅炉尾部烟道烟气量通过燃烧氧量控制调节；排烟温度下限为烟气酸露点限定；预热器进/出口端差由图四可以看出，过分提高预热器入口烟气温度，其热端差将逐渐减小，传热效果升速率减缓。最终，通过改造适当提高空预器入口烟温；降低预热器本体漏风率（降至8%以内）是有效手段。3.空预器漏风防治措施通常情况，锅炉燃用“灰份高、低热值的劣质烟煤”或“燃用高硫煤及长期运行不当造成换热元件低温腐蚀”等原因，造成空预器密封和蓄热片磨损、积灰严重。一旦流道堵塞，系统阻力增加，造成空气侧与烟气侧压差增大，理论经验“漏风量的大小与该压差平方根成正比”，最终加剧漏风。因此，必须注重空预器漏风防治。防治措施：3.1回转式空预器作为末及受热面被布置在锅炉尾部烟道。“积灰、磨损、低温腐蚀” 回转式空预器运行中面对的三大难题。这三者虽然存在矛盾，却彼此相关；同时三者都有可能加剧漏风。对此，发电企业日常运行中能做好以减少漏风的措施主要有：有条件的情况下，从入炉煤着手，拒绝Aar50%的劣质烟煤和高硫煤入场（省外华东、华中、及沿海发电企业大部分可以做到，云南省电煤供不应求，在这点难度极大）；提高煤粉燃尽度，减缓尾部烟道磨损，以达到控制漏风目的（提高煤粉燃尽度可以直接降低煤粉细度，这其中煤粉细度与制粉系统电耗是一对矛盾；根据经验发电企业煤粉细度R90一般都达不到设计值，故而定期分析确查煤粉细度，调整燃烧都是切实有效的手段）；低氧燃烧（尾部烟道磨损和烟气流速的三次方成正比，因此在有效防止烟气走廊的同时，低氧燃烧是有效途径，经验表明：褐煤仅需控制腐蚀；烟煤燃烧氧量控制范围可选取3.03.5%；无烟煤燃烧氧量控制范围可选取3.43.7%。在此基础上，燃用劣质烟煤应适当降低氧量；W火焰炉型可适当提高0.2%。）3.2漏风防治技改措施总体说：及时诊断。分析成因，切实行使有效措施。设备台帐、小指标建档完善；有条件的发电企业可推行“点检定修”制度，备品、备件齐全。结合中试院（所）的技术监督与服务工作，有问题及时沟通，请专家诊断，为技改提出可行性方案。3.2.1接触式密封改造：空预器一般配有漏风控制系统(LCS)，操作画面如图七所示。扇形密封挡板可以调节，同时空预器外壳、可调扇形密封挡板之间设有滑片密封条。一旦滑片磨损，可使含尘空气从扇形密封挡板背后通过，如此便增加空预器漏风；同时该部位灰尘积累，不断限制扇形密封挡板移动，将加速漏点扩大；加之，导向、支撑轴承油系统结构复杂。因此，空预器漏风控制系统(LCS)设计自身是有缺陷的。多年来自密封技术发展已逐渐成熟，该技术不但能有效地降低漏风率，而且可减除各轴承油系统、省去扇形密封液压调节装置。以HOWDEN容克式空预器VN设计技术为例，在扇形密封挡板、轴向密封挡板和外壳之间焊接板条，将径向密封挡板和轴向密封挡板冷态调试时固定于某一位置（固定之前应预先计算出扇形密封挡板和轴向密封挡板固定的位置），形成完整的焊接结构，从而消除二次漏风可能。自密封技术关键问题在于保证任何负荷情况下扇形密封挡板和轴向密封挡板均能适应转子热态变形。由于采用“双道密封”，并加倍掠过径向轴向密封板上的密封片数量，可切实加强空预器径向和轴向密封效果。最终，在烟气与空气流之间形成一个中间压力区，使得两股气流之间压差减小近一半，从而增大空气流向烟气侧流动阻力，极为巧妙有效地降低回转式空预器漏风率。鉴于回转式空预器转子热态“蘑菇状形变”，在保证传热效果基础上，转子高温段换热元件应采用线性膨胀系统小的低碳钢；转子低温段换热元件应着重考虑做好防腐措施；可对旁路密封进行修正（如，用螺栓将旁路密封焊接在角钢上，再将角钢固定于连接法兰）。3.2.2检查预热器烟风道以及各弯头、挡板门、膨胀节位置，清理积灰、消除“烟气走廊”及漏点：锅炉尾部烟道最佳烟气流速通常为68m/s；为防止积灰，每台预热器通常顺烟气流向布置有12台伸缩式吹灰器（常规布置在预热器冷端）。汽源由汽机侧辅联供给，重点需稳定蒸汽压力、过热度和吹灰频率。技改方向：变更吹灰器类型、吹灰方式、吹灰器布置位置等。3.2.3防止空预器冷端低温腐蚀：燃用高硫份烟煤和无烟煤时，空预器冷端易产生低温腐蚀；燃用高水份褐煤时，需要关注空预器冷端氧腐蚀。防止空预器冷端低温腐蚀主要采取措施有：技术改造以提高空预器受热面金属壁温。提高空气侧入口温度可有效提高空预器受热面金属壁温，通常采用热风再循环、增设暖风器（由于空气换热能效弱于水蒸汽，故暖风器设计选型应慎重考虑暖风器类型、布置方式、换热方式）两种方式。冷端采用耐腐蚀材料。近年来，回转式空预器采用耐酸搪瓷制造波形板或用陶瓷材料制造冷端受热面等措施都是行之有效的。采用降低酸露点或抑制腐蚀的添加剂。如，CFB锅炉投放石灰石进行燃烧脱硫的同时，可有效减缓空预器冷端低温腐蚀。低氧燃烧。注重停炉期间保养。在机组大、小修停运后，受到腐蚀的空气预热器暴露于潮湿富氧环境中，必定会加剧腐蚀。停炉后，尽早对空气预热器进行清洗，利用余温烘干或通热风对空气预热器保养，也可以通入低化学活性气体（氮气）对空气预热器进行保养。新技术运用。如，采用喷图纳米材料的冷端防腐部件等措施。4结论空预器漏风严重影响锅炉运行的经济性，造成电厂