1、桑 超,國電山東石橫發(fā)電廠,空預器柔性接觸式密封淺析,1、引言,空預器是鍋爐的主要部件，是利用鍋爐尾部煙氣熱量加熱燃燒所需空氣的一種熱交換裝置。隨著鍋爐容量的增加，受現(xiàn)場條件的限制，目前普遍采用回轉式空氣空預器；其特點是比一般預熱器緊湊，傳熱效率能高達到8590%，且有自清洗作用；顯著缺點為密封困難，漏風率高，一般空預器設計漏風率投運一年內(nèi)為8%，一年后為12%左右。在當前電力行業(yè)飛速發(fā)展，大型機組不斷投產(chǎn)的形勢下，人們對空預器的漏風及節(jié)能問題越來越關注。,ETS,2、空預器原理與結構,2.1空預器的作用與原理： 空預器安裝在鍋爐的尾部煙道內(nèi)。它的主要功能是利用鍋爐燃燒排放的廢煙氣來預熱即將進

2、入鍋爐燃燒用的空氣。經(jīng)過省煤器后煙氣溫度下降到350左右然后煙氣進入空氣空預器，加熱來自送（一次）風機的自然空氣。經(jīng)過空預器預熱后的空氣溫度可達300350，同時煙氣溫度下降到150以下經(jīng)吸風機排入煙囪。,其工作原理；空預器由轉子連續(xù)旋轉，通過特殊形狀的金屬元件從煙氣中吸收熱量，然后將熱量交換給冷空氣。這些高效傳熱元件緊密排列在圓筒形轉子中按徑向分割的扇形倉格里。轉子周圍的外殼與兩端連接板連接，形成空氣和煙氣兩個通道?？疹A器轉子緩慢旋轉，煙氣和空氣交替流過傳熱元件。當轉子轉至煙氣通道時，傳熱元件表面吸收高溫煙氣的熱量，當轉子轉至空氣通道時，傳熱元件釋放出熱量加熱空氣。如此反復循環(huán)，轉子每旋轉一

3、周就進行一次熱交換，通過轉子的連續(xù)旋轉，不斷地將熱量傳給冷空氣，可以進一步降低排煙溫度，減少排煙熱損失，提高進入爐膛燃燒的空氣溫度，以滿足鍋爐燃燒需要。,2.2空預器的結構以及扇形板密封,空氣空預器主要由轉子、蓄熱元件、殼體、梁、扇形板、煙風道、密封系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅動裝置、軸承、潤滑系統(tǒng)、吹灰和清洗裝置組成。轉子采用模數(shù)倉格式結構，全部蓄熱元件分裝在24（36或48）個扇形倉格內(nèi)（見圖1）。蓄熱元件按高度分為熱端（材質(zhì)為碳鋼）、冷端（材質(zhì)為Corten考登鋼），另外有的空預器在熱端上部留有一定度高的備用空間（也稱未來層，未來層的啟用可使排煙溫度下降10）。,圖1 三分倉容克式空預器內(nèi)部三維示

4、意圖,1.下中心梁 2.下連接板 3. 可調(diào)節(jié)弧形密封板 4. 上連接板 5. 上中心梁 6. 熱端“T”型鋼 7. 倉格板蓄熱元件 8. 轉子軸向密封 9. 傳動機構 10. 圍帶處密封調(diào)整門 11. 徑向密封與扇形板 12. 金屬外殼,空預器的密封分為徑向、環(huán)向、軸向密封三種： 徑向密封主要用于防止空氣從空氣側穿過轉子與扇形板之間的密封區(qū)漏入煙氣側。徑向密封由扇形板與徑向密封片構成，對于熱端徑向密封，多設計采用能跟蹤轉子熱變形的自動控制系統(tǒng)，使得密封間隙始終維持在很小的范圍內(nèi)。 在轉子外圈上下兩端還設有環(huán)向（亦稱旁路、周向）密封裝置，防止煙氣或空氣在轉子與殼體之間“短路”，同時它作為軸向密

5、封的第一道防線，也起到了一定的密封作用。 軸向密封是當環(huán)向密封不嚴時，防止空氣沿轉子外圓與外殼的間隙漏入煙氣側，一般用折角板密封，可以消除二次漏風。它作為軸向密封的第二道防線，對減少漏風起著輔助的作用。,空預器密封的分類,以300MW機組為例；轉子上部邊沿的極限變形量為30mm轉子半徑5 米，按三角型面積公式計算一塊扇型板就可以形成0.075 平方米的漏風面積,如果能測量空預器轉子外沿的變形量，并根據(jù)測量的變形量控制機械升降機構提升扇型板上下動作來補償變形間隙，這樣就可以大幅度降低空預器的漏風率。,3.空預器的漏風,3.1空預器熱態(tài)運行時，由于轉子內(nèi)部存在著熱交換，上部平均溫度高，下部平均溫度

6、低，因此會產(chǎn)生“蘑菇狀”變形。此外，轉子還會產(chǎn)生軸向膨脹（見圖2），以及下梁向下彎曲變形。如果冷態(tài)時密封間隙沒有正確調(diào)整好，那么在熱態(tài)情況下有的地方間隙就會增大（如熱端外側），有的地方間隙就會減?。ㄈ缋涠送鈧龋?，不但會造成大量泄漏，而且會發(fā)生嚴重摩擦，甚至卡澀跳閘。,圖2 空預器熱態(tài)軸向膨脹示意圖,空預器的結構特點其漏風形式可分為直接泄漏和攜帶泄漏兩種,直接泄漏是通過密封和密封面流入煙氣側的那部分空氣量，它是由于空氣和煙氣間存在著靜壓差的結果。通過密封系統(tǒng)的泄漏量與靜壓差的平方根直接成正比，同時也與流體的密度有關系。,攜帶泄漏是當轉子從煙氣側到空氣側和從空氣側到煙氣側通過時，存在于轉子中的那部

7、分泄漏量。攜帶泄漏的數(shù)量取決于轉子的高度、直徑和轉子的速度，攜帶泄漏的漏風量在2%左右是基本固定的。,4. 空預器的漏風的影響,4.1按照一般推導公式，空預器漏風率增加1%，鍋爐效率降低0.04%，同時風機電耗升高0.046%。一般情況下攜帶泄漏是是不可調(diào)的，所以人們把治理重點放在直接泄漏上，直接泄漏取決于密封間隙和空預器阻力，而提升機構的提升桿因密封填料處漏風產(chǎn)生腐蝕，而又不能及時更換填料以至發(fā)生提升桿卡澀，從而造成機械傳動機構過載致使減速機損毀和聯(lián)軸器損壞，有時探頭脫落無法及時更換，缺少備品配件等，致使空預器密封間隙自動控制裝置故障率較高，運行人員被迫將其改為手動調(diào)整或把間隙提升至最大運行

8、，也就出現(xiàn)漏風率升高。往往空預器堵塞也會加劇空預器的漏風，而空預器堵塞則是出現(xiàn)低溫腐蝕造成的積灰引起。因此一般鍋爐的排煙溫度控制比較嚴，盡量高于煙氣露點（即從空預器進風溫度和排煙溫度求出的數(shù)學平均值），所以在空預器前設置暖鳳器。由于近年來鍋爐負荷率普遍偏低，當電負荷低于70%以下時，排煙溫度一般經(jīng)常低于設計溫度，尤其是汽輪機通流部分,4. 空預器的漏風的影響,4.2通過以上介紹可以看出，空預器的徑向漏風所占比例最高（徑向漏風約占整個漏風量的80%），而徑向漏風又有上部徑向漏風和下部徑向漏風的分別，由于空預器轉子工作時下部溫度低上部溫度高，中間溫度高四周溫度低，致使空預器轉子工作時呈一種特殊的“

9、蘑菇狀”變形?？疹A器下部徑向變形間隙是隨負荷的增加而減小的，一般采取預留間隙的方法。而上部變形間隙是隨負荷的增大而增大的，這是與高負荷下需要更大送風量的要求相矛盾的。如果不采取措施，滿負荷下將有60%的漏風是通過上部徑向變形間隙泄漏的，冷端則因差壓大而漏風量大，熱端則因為風溫高漏風對熱效率影響大。由此看出，人們把空預器漏風治理的重點放在了徑向密封上，尤其是熱端。,5. 柔性接觸式密封技術應用,在倍加注重節(jié)能減排的今天，對鍋爐的各項改進試驗都在進行，人們將節(jié)能減排的目光集中在降低排煙溫度上；像優(yōu)化吹灰、加裝低溫省煤器、空預器密封改進等。在對空預器經(jīng)過以上的改進之后，人們又將消除漏風的研究轉移到密

10、封組件上來。因此出現(xiàn)了刷子接觸式密封、滑塊式柔性密封以及接觸式彈性密封等等。下面著重介紹國電山東石橫發(fā)電廠#1、#2爐空預器柔性接觸式密封技術應用。,5. 柔性接觸式密封技術應用,5.1柔性接觸式密封工作原理： 將扇形板固定在某一合理位置，柔性接觸式密封系統(tǒng)安裝在徑向轉子格倉板上，在未進入扇形板時，柔性接觸式密封滑塊高出扇形板5mm10mm 。當柔性接觸式密封滑塊運動到扇形板下面時，合頁式彈簧發(fā)生形變。密封滑塊與扇形板接觸，形成嚴密無間隙的密封系統(tǒng)。當該密封滑塊離開扇形板后，合頁式彈簧將密封滑塊自動彈起，以此循環(huán)進行。圖三為合頁式密封滑塊運行示意圖，圖四為徑向密封安裝示意圖。,5. 柔性接觸式

11、密封技術應用,圖三：合頁式密封滑塊運行示意圖,5. 柔性接觸式密封技術應用,圖四：徑向密封安裝示意圖,5. 柔性接觸式密封技術應用,5.2技術優(yōu)勢 采用柔性接觸式密封技術，不形成密封間隙。由于扇形板與徑向密封滑塊之間沒有間隙，沒有氣流通過，避免沖刷磨損的問題，密封系統(tǒng)能長期運行。采用合頁彈簧技術，允許空氣預熱器的轉子在熱態(tài)運行狀態(tài)下有一定的圓端面及圓周方向的變形。柔性接觸式密封技術可以自動補償這樣的變化。自潤滑合金高溫下干磨擦系數(shù)0.1，對主軸電機驅動電流影響甚小，增加不超過。另外，檢修工藝簡化。柔性接觸式密封系統(tǒng)采用工廠化生產(chǎn)，車間組裝成單個密封元件,對原有轉子的橢圓度、兩端面的平行度、平面

12、度；轉子轉動跳動量要求降低。,5. 柔性接觸式密封技術應用,5.3改造后漏風率試驗 改造項目完成后邀請山東電力研究院專家來石橫電廠進行了改造后的漏風率試驗。#1、#2爐空預器漏風率試驗結果見表1、表2。,表1：#1爐空預器漏風率試驗結果,表2：#2爐空預器改造后漏風率試驗結果,5. 柔性接觸式密封技術應用,從上表可以看出，改造后漏風率降至5.77%以下。根據(jù)有關文獻并咨詢研究院專家，空預器漏風率每下降1%，可降低供電煤耗率約0.2g/kWh。因此，通過此次空預器柔性接觸式密封改造，可使機組供電煤耗率降低約1g/kWh。經(jīng)濟效益顯著。,結束語： 柔性接觸式密封在空預器上的應用，彌補了非接觸式密封組件的不足。改造后空預器在運行過程中，整套密封裝置不會對空預器的