国产200mw机组空气预热器漏风率控制方案的比较

国产200mw机组空气预热器漏风率控制方案的比较

空气预热器用于将热量从锅炉的尾部加热到燃料中燃烧所需的空气，并改善锅炉效率。国产200MW机组所配风罩回转式空气预热器大多存在漏风率大的问题,严重影响锅炉正常运行,已成为拥有该类型空气预热器的电厂共同关注的问题。荆门热电厂4、5号炉配有的哈尔滨锅炉厂生产的风罩回转式空气预热器。设计漏风率为20%,但自投产以来漏风率一直在35%～50%左右,即使引风机出口挡板全开,炉膛氧量仍然严重不足(1.8%～2.1%)。经过数年的实践摸索和调研论证,综合比较了几种改造方案的利弊,最后,采用德国ROTHEMUHLE技术进行局部改造,达到了既降低漏风率又减少投资的目的。1密封框架与原理的问题我厂空气预热器是一种逆流工作的再生式热交换器。作为热交换元件的定子(由不同的格仓组成,受热元件装在格仓内)两端各有1个由主轴同步带动的回转风道,借助齿轮和传动围带旋转。空气和烟气分别从风道的内、外部流动。上、下回转风道风罩与定子端面采用生铁防磨板密封,密封框架为铰接式,受热元件的传热能力和烟风道阻力并无问题,产生漏风的主要原因是由于受热元件体积大(直径8.2m,高度2.2m),热变形大,回转风罩与固定的受热面之间的密封间隙不能随着温度的变化而始终维持在一定的范围内,密封性能差。(1)原设计上部(热端)回转风道的风罩密封间隙采用机械式调整方式,为了使密封框架适应运行条件下定子的“蘑茹”状变形和线性热膨胀,上部回转风罩装有24套周向密封自动调整机构(热补偿装置),利用热膨胀系数不同的金属杆受热后的膨胀差异来调整磨损限位装置的支座,并通过杠杆传动机构,自动调整密封间隙。但实际运行中由于铰接式的结构往往被卡死,金属杆经常被拉断,根本起不到热态相对间隙的自动补偿作用。(2)原设计下部(冷端)回转风罩周向密封框架仅靠28个ϕ12mm的支撑弹簧作为支撑和磨损限位,要求起到既保证密封又减轻磨损的作用。但由于支撑弹簧刚度小,风罩下沉根本起不到保证密封的作用;另外,风罩与密封框架之间的U型密封由于卡子的脱落造成密封件松脱以及因飞灰磨损和低温腐蚀使U型密封件大部分损坏,造成大量漏风。(3)原设计风罩与空气管道的密封(颈部密封装置)是用可自调的24块弓形铸铁块用螺旋弹簧压向颈部密封连接法兰的机加工密封面进行密封,但弓形铸铁块在运行中经常出现卡涩而不能紧贴;下部喉口密封筒还由于磨损减薄或磨穿漏风。(4)为了保持受热面的清洁,冷端和热端虽然各设计有1套吹灰装置,但由于吹灰器失效,受热面的积灰往往不能得到正常的清扫,由此造成受热面积灰堵塞,阻力增大,空气沿定子冷端径向隔板的缝隙大量向烟气侧泄漏,并将密封面(尤其是定子冷热两端径向隔板的密封面)吹损,并使排烟温度降低。冷端受热面壁温降到烟气露点温度以下,加剧了冷端的腐蚀和堵塞(原配制的带有ϕ12mm通风孔的陶瓷砖被堵死),造成越堵越漏,越漏越堵的恶性循环。为消除受热元件的积灰和堵塞,我们将冷端的陶瓷砖更换为考登钢波纹板,每次大修都把受热元件拉出来散片清扫、冲洗、补充、更换;为了改善上部周向密封,曾多次更换过不同热膨胀系数的金属杆;为保证冷端的密封间隙,加大了支撑弹簧直径以提高其刚度;为消除径向漏风,我们甚至在每一个径向隔板上加装弹簧活页密封片等。经这些改进,大修后在短时间内漏风率也能降到20%以内,但不到1个月漏风又十分严重,问题始终未能根本解决。2空气预热器基础围绕该型空气预热器的漏风问题,曾有2种改进方案:一是改造为管式与热管组合的复合式空气预热器;另一种是改造为受热面回转的容克式空气预热器。对这2种方案我们进行过调研和论证。2.1管式空气预热器管式预热器属传热式,通过壁面将烟气的热量连续地传给空气,结构简单,易于制造,漏风率可达到3%以内,但传热效果差,排烟温度高,锅炉效率低,尾部易积灰腐蚀,腐蚀后也漏风,更换困难。有电厂曾出现过管式预热器由于末端管壁温度低于露点温度而造成严重腐蚀、堵塞,烟道入口磨穿,漏风加剧,致使引风机出力不足的缺陷;若采用热管空气预热器虽可高于露点温度不易积灰,但也有磨穿热管降低传热效率的可能。另外,由于管式与热管预热器体积庞大,改造范围大,且投资大,工期长。因此,该方案不可取。2.2空气预热器引起对风道的要求容克式预热器同风罩回转式一样属再生式,其传热效果好,结构紧凑,体积小,重量轻,经济性高,便于布置。国内已有电厂按照国外厂商的方案将风罩回转式预热器改造为容克式预热器的先例,但都需要将原预热器整体拆除,彻底更换全新的容克式空气预热器。此改造方法虽然漏风率能降到6%～7%,但改造范围大,系统变化大,边界参数需要重新选取和重新设计,受热面要重新确定,相关烟风道系统要重新布置,基础的动静荷需要重新核算分配,结构、气流参数及阻力都要发生变化,不仅投资大(均超过2000万元),而且又派生出一些新的问题(如送风量、风温及烟风系统的阻力;大件的安装、找正;预热器本体及风道的振动;转动部件的卡涩;下部灰斗的刚度和变形以及风烟系统的泄漏等)。国内一些电厂的容克式预热器在运行中由于吹扫介质参数达不到要求,吹灰时间不足,油枪出力过大雾化不良,未定期进行水冲洗,吹灰枪进汽管破损而造成受热面堵塞,也带来漏风率大的问题。因此,将风罩回转式预热器改造为受热面回转式的空气预热器也不是最佳的选择。2.3空气预热器系统我厂风罩回转式空气预热器为哈尔滨锅炉厂仿照ROTHEMUHLE公司20年前技术制造的产品。近几年ROTHEMUHLE密封方式又有了新改进:(1)在动静部分的密封方式方面,径向仓隔板采用双密封,喉口采用刹车闸式迷宫式密封;(2)在风罩与受热元件的间隙跟踪与调节方面,上、下密封框架采用间隙自动跟踪调节;(3)在冷段受热面积灰的清洗方面,采用摆动式吹灰器。国内有些电厂使用从ROTHEMUHLE公司直接进口的风罩回转式空气预热器,漏风率能控制在12%～15%左右。达到较好的水平。采用ROTHEMUHLE公司的新技术,仅仅在动静部分的密封方式、风罩与受热元件的间隙跟踪与调节方式、冷段受热面积灰的清洗方式等关键问题上进行局部的技术改造,就可以使漏风率控制在12%～15%。我厂空气预热器主要是漏风率太大,而受热元件的传热能力和烟风道阻力并无太大问题,用不着花巨额投资将原空气预热器全部拆除。因此最后确定维持原空气预热器整体设备不动,按照ROTHEMUHLE的技术进行局部改造,达到漏风率在1年内不超过10%,3年内不超过15%的要求。3内容更新3.1加大密封小槽钢密封对定子冷热两端的表面不平度进行检测,使不平度公差小于±2mm,并在定子的冷、热端每个径向仓隔板上加装了密封小槽钢(迷宫式密封),形成双径向密封仓隔板,降低了单层仓隔板的两侧风压,加强了仓隔间的密封,降低了直接漏风量。3.2密封材料冷端将上、下密封框架由铰接式改为整体焊接式(冷端考登钢,热端低碳钢),密封材料冷端采用聚四氟乙烯DARLIN,热端采用不锈钢,在热应力、重力及外力的作用下其框架的变形接近“蘑茹”状,框架热态变形更为合理。3.3铁防磨环密封上、下喉口密封由原来每只弹簧顶紧1块铸铁防磨环,改为刹车闸式迷宫式密封,每半周铸铁防磨环连接在一起,切向用1只弹簧拉紧,每块防磨环都能和密封筒自然贴合。3.4间隙传感器的工作原理改造后上、下主密封采用自动跟踪调节装置,调节执行器接受来自信息处理器根据间隙传感器检测的密封间隙变化的信息后而转换的动作指令,改变间隙调节装置的位置,然后通过调节球头、偏心扇形板和调节滑板的共同作用驱使密封铸铁板得到调整,使密封间隙能始终自动保持其设定的密封间隙,其运行灵活可靠,自动化程度高。3.5风罩回转吹扫改造后,冷端安装德国生产的摆动式吹灰器。沿半径方向安装的1组喷嘴,跟随风罩一起转动,通过风罩的运转和拨轮、拐臂、连杆的共同作用,受热面被依次吹扫,连接方式使用可靠,效果很好,解决了冷端积灰、堵灰问题。4改造后的效果(1)2台炉改造后漏风率都下降到10%以内达到了改造预定的要求。(2)由于漏风率的下降,改变了炉膛风量不足的情况,炉膛出口氧量由改前的不足3%提高到4.7%以上,使得燃烧完全,飞灰含碳量和炉渣含碳量分别下降了3.61%和4.08%,减少了机械未完全燃烧损失。锅炉效率提高了2.64%,折合标准煤耗下降9.4g/kWh,按年发电11.7×108kWh计,年节约标准煤10998t,折合人民币约307.944万元。(3)改造后引风机厂用电率平均下降了0.232%,按平均负荷180MW计算,每小时可节省厂用电417.6kWh,按年运行6500h计算,每年可节省厂用电2.714GWh。若按上网电价每度0.20元计算,折合人民币54.288万元。(4)排烟温度有所下降,排烟损失有所减少。5改造方案的基本方案(1)空气预热器仅通过局部改造漏风率可下降到10%以内,满足了锅炉安全运行的要求。(2)该方案保留受热面不动,不需要将原预热器整体拆除,投资相当于更换容克式预热器的23%,具有投资低、回收快、工期短、改造范围小、相关系统不受影响且避免派生其他新问题的特点,对同类空气预热器的密封改造有借鉴和推广价值。(3)改造方案要从实际出发,德方原设计冷端密封采用聚四氟乙烯DARLIN材料,但容易破裂,后改用不锈钢才能满足要求。(4)要加强吹灰器的运行管理和维护工作。由于空气预热器在受到低温腐蚀的同时,形成了较多的酸性粘结灰,在表面张力作用下粘结成团,加之预热器的传热元件布置很紧凑,波纹板间通道较窄,飞灰、炭粒和油污容易沉积。往往将空气预热器堵死。另外,在冷炉启动过程中以及低负荷投油助燃或煤油混烧时油枪雾化不良,未完全燃烧的油滴或煤粉颗粒易沉积在传热元件上,也会带来预热器的严重堵塞。因此,要定期检查吹灰器喷嘴,平时除对