容克式空气预热器的密封改造

容克式空气预热器的密封改造

0u3000锅炉空预器容克空气预热器是一种空气预热器。它是一种空气再生加热装置，利用带有旋转装置的传热装置在空气侧吸收热量，并在空气侧释放热量。具有结构紧凑、体积小钢耗少(同出力情况下重量比管式的轻一半以上)、耐磨损腐蚀、使用寿命长，容易布置等优点，因而被大中型火电厂锅炉特别是300MW及以上锅炉普遍采用，是大中型电站锅炉重要的尾部换热设备。但是容克式空气预器结构复杂，存在漏风大的缺点，且随运行时间延长，漏风越来越大，因此改造密封系统，降低漏风率是容克式空气预热器面临的重要课题。湖南省石门电厂一期2×300MW锅炉空预器为立式倒流三分仓空克式，每炉两台，每台24个模式结构扇形仓，单密封、热态控制调整，转子周边传动，转子直径Ф10338mm，传热元件总高2180mm，正常运行转速1.15r/min，设计漏风率8%，实际运行漏风达20%，引、送、一次风机能耗大，排烟温度高等。通过密封改造，收到良好效果，本文从容克式空预器运行转子热变形、漏风分析入手，对设备改造方案、过程、结果进行描述。1空预器密封重建的理论依据1.1热态变形转子间隙的计算空预器热态工作时，烟气与空气在预热器中是倒流(逆流)换热的，上端：高温烟气进入和空气吸热后出口温度高，转子膨胀大；下端：烟气放热后出口和低温空气进入预热器温度相对上端低；转子上下端存在温差膨胀不一使得转子传热元件组产生上大下小蘑菇状变形、径向密封片外侧下垂，增加漏风间隙。实际运行中转子热态变形复杂、是多个部件变形量的综合值，根据美国ABB-APC公司提供的资料有如下经验公式：式中ΔY———预热器热端径向外侧热态增加的间隙量；Pg———转子中心筒热态膨胀值；Tg———转子支承端轴的热态膨胀值；Td———转子外侧热态变形量。对计算转子外侧的下垂，一般认为其值占整个变形量的比例很小，可以忽略不计，主要采用Td计算，有：式中α———平均温度下材质线膨胀系数；Δt———平均温差；Δt=(Tgi+Tao)/2-(Tgo+Tai)/2，℃Tao———预热器空气侧出口平均温度；H———传热元件高度，m。公式(2)常用来分析计算国产容克式空气预热器热态变形转子外缘间隙值。掌握其热态变形规律，是搞好空预器密封的基础。1.2生直接漏风特性空预器回转设备，转子部分和固定部分存在间隙，热态运转时又不可避免产生蘑菇状变形，使动静部分间隙增大，正压空气从间隙漏入负压烟气(包括正压一次风漏入低压二次风和漏入负压烟气；低压二次风漏入负压烟气)，产生直接漏风，主要包括径向泄漏、轴向泄漏、旁路泄漏。同时，运行中转子热交换元件间充满的空气随着转动会把一部分空气不可避免地带入烟气流中，产生携带漏风。携带漏风与转子速度有关，石门电厂空预器转子速度已降至1.15r/min。有关资料介绍容克式空气预热器主要是直接漏风，占预热器总漏风的80%以上(且转子越大占的比例越大)。直接漏风遵循如下公式：式中G———漏风量；K———系数；PA———空气侧压力；(3)式表明漏风与间隙面积成正比，与空气侧和烟气侧压力差的平方根成正比，因此要降低直接漏风，一要降低漏风间隙面积堵死漏风渠道，二要降低空气侧与烟气侧之间的压差，削弱漏风动力。基于以上两点对空预器进行密封改造。2预器转子及传热控制优化改造以上分析为石门电厂空预器密封改造提供了理论依据。在现有设施基础上、力争达到投入少、易行、密封好的效果。(1)采用双密封技术，削弱空气侧与烟气侧漏风压差。在空预器的过渡区任一时刻都至少有两道密封片与密封板相接接，形成两个密封副，应用(3)式推导计算，双密封技术可以把泄漏压差降低一半，漏风降低30%。改造办法：一是原扇形板与轴向弧形板几何尺寸不变，将原24个模式扇形仓(每仓占15°)，改为48个模式扇形仓，此法可使空预器的每个过渡区任一时刻都至少有两道密封副，密封效果好，但改造工作量大，要增加24个扇形仓的隔板，经计算对换热面流道横截面约减小1%，空-烟气流阻力影响不大，整个空预器转子及换热元件需拆出、重新裁割安装，工期长，投资大。二是空预器转子结构不动，根据风烟压差大小将扇形板及轴向弧形板作加宽改造：一次风与烟气侧压差最大，其过渡区由原20°向烟气侧加宽8.5°、向一次风侧加宽1.5°，使该过渡区在任意时刻构成双密封；二次风与烟气过渡区压差相对小、其过渡区由原20°向二次风侧加宽5°,使该过渡区在运行中83%以上时刻构成双密封；一次风与二次风之间压差较小，其过渡区扇形板(轴向弧形板)仍按原制造厂设计值进行相应调整。考虑到扇形板加宽，换热区和风烟阻力的变化，经核算流道横截面约减小4%，询问原制造厂并请专业厂家核算，因空预器设计裕量、空预器中心桁架支撑、风烟进出空间流道面积结构、进行扇形板加宽后预热器流道换热面积足可满足机组满负荷和正常负荷调节要求。综合评价采取上述加宽过渡区扇形板及相对应的轴向弧形板的改造方案、简单、可行、满足要求。(2)扇形板和轴向弧形板与转子间隙采取自密封技术。根据有关专业制造厂家推荐，理论计算和有关同类型机组经验证明300MW及以下空预器采用此法，简单可靠免维护。改造办法：将原有热态控制调节装置取消、封堵，通过间隙计算，冷态预留间隙，热态自动补偿办法，根据原空预器设计进出口空气(一二次风)、烟气温度(参考实际燃煤时实际温度值及可能的调节变化)等按300MW满负荷考虑，将有关参数代入(1)式算得转子热态运行时产生间隙值，以转子中线为中心取不同半径进行计算得出各间隙值；同时计算转子及外壳上下、径向轴向各膨胀值，将计算结果(理论值)汇总标示如图1。(3)密封片做成“V”形，实现转子热落变形后与刚性扇形板弹性贴合密封0间隙的理想效果。或特殊情况下因膨胀值波动实现密封弹性范围内微调节。(4)改造前测量转子径向与轴向幌动值、中心筒与转子外缘水平度、转子上下T型钢圆度，并通过检修尽量调整减小其偏差，然后根据图1理论值和调整后对应偏差值分别进行冷态转子径向密封片与扇形板的调节，轴向密封片与轴向弧形板的密封调节，冷、热端旁路环向密封间隙调节。(5)对转子中心筒进行密封检修处理。3改造、实施和影响3.1电厂造部件工程根据理论分析和中国威海HOWDEN容克式空预器专业厂家对各间隙值计算校核，威海HOWDEN提供部分改造部件，2001年在HOWDEN专业人员现埸指导下于2号机组小修时实施。根据这一技术2003年在1号机组大修时由电厂组织人员完成。1、2号炉四台空预器改造冷态间隙调整值：以理论计算值为基础，根据上述要求综合考虑转子上下幌动、上下水平度、转子圆度等因素得出各空预器实际冷态密封间隙值，其结果汇总如表1。3.2旁动转子调整安装为“0泄漏”(1)将上下各扇形板、各轴向弧形板提放到间隙最大位置。(2)拆除原空预器的密封元件(径向密封轴向密封和部分环向密封)。(3)按方案分别加宽扇形板、轴向弧形板。(4)将事先准备的调节螺杆(及配套调节螺母一端焊在扇形板(轴向弧形板)上、另一端与其外壳支撑钢梁焊接；之后解开原扇形板(轴向弧形板)调节机构。(5)测量空预器转子上下与中心筒的水平度、不同圆环幌动值和空预器转子上下圆度并记录、同时在测点位置标记。(6)径向密封设置和调整：(a)以顶部和底部任一模式扇形仓的一片隔板为基准，与已测量的水平度、幌动值与此基准板测量值进行(按测点标记)比较，取其中最大值加90mm作扇形板与隔板实际间距的标准值，旁动转子，利用顶部和底部的调节螺杆对扇形板进行调整，使顶部和底部的扇形板与此基准隔板间距值达到实际间距标准值。(b)在顶部和底部任一模式扇形仓的一片隔板上装一条径向密封片，以测量的水平度、幌动值与此密封片的隔板(基准板)测量值进行(按测点标记比较，取其中最大值加理论密封间隙值作扇形板与密封片的实际冷态间隙标准(其值汇总如表1，下同)，调整这条径向密封片使之与扇形板的间隙达到实际冷态间隙标准，旁动转子，检查这条密封片与各扇形板的间隙合要求。(c)在空预器的顶部和底部烟道内焊接支架，旁动转子对着上述(b)已调好的径向密封片来调整安装径向密封标尺并固装于支架上，用此标尺依次完成各径向密封片的安装。(d)将扇形板用支撑槽钢焊接到外壳钢梁上(注意防止变形，焊时分多点多区间焊)两侧(或至少一侧也可)用钢板分别满焊到外壳上，使原运行中调节的扇形板静密封成为全焊接密封(0泄漏)。(7)轴向密封设置和调整：(a)以一条轴向隔板为基准，以己测量的圆度与此基准板测量值进行(按测点标记)比较：上部取其中最大值加22mm，下部取其中最大值加16mm，来调节各轴向弧形板与此基准隔板的间距。(b)任选一轴向隔板装上轴向密封片，以己测量转子上下的圆度与此装轴向密封的基准板测量值进行(按测点标记)比较：上下部分别取其最大值加理论计算值作为轴向密封片与轴向弧形板的冷态密封间隙值，调整此轴向密封片使其与轴向弧形板间隙达要求；(c)在转子外壳上焊一支架，旁动转子对着上述(b)已调好的轴向密封片来调整安装轴向密封标尺并固装于支架上，用此标尺依次完成各轴向密封片的安装。(d)将轴向弧形板两侧用钢板分别满焊到外壳上，使原运行中调节的弧形板静密封成为全焊接(0泄漏)。(8)环向旁路密封设置和调整：按理论计算值，热端间隙8mm，冷端间隙3mm进行调整。(9)转子中心筒密封：将准备好的中心轴密封环按方案焊到中心轴上，然后割除中心筒吊杆。完成上述工作后拆除原扇形板调节装置和改造工作的临时支架，封堵有关漏点，对其它未进行改造的部分进行检修消缺，清检场地，试运空预器正常结束改造工作。3.3解决了静密封间隙泄漏由于通过计算采取冷态预留间隙热态膨胀补偿的自密封方法，取消了原控制调整机构，少了调节维护，又不会在运行中出现密封调节失灵卡死或漏风大现象，设备工作更可靠，且改造的上扇形板与上梁满焊固定、下扇形板与下梁满焊固定、轴向弧形板与侧梁满焊固定，避免了过去扇形板(或轴向弧形板)与支持梁联接存在的静密封间隙泄漏。改造后经湖南省电力试验研究所对两炉四台预热器进行漏风测试，机组负荷在180MW～300MW运行时，空预器漏风在9%～7%之间；改造后引、送、一次风机在同样180MW时比改造前电流分别下