容克式三分倉空氣預(yù)熱器密封型式研究

周新剛，劉福國

（山東電力研究院，山東 濟(jì)南 250002）

0 引言

容克式三分倉空氣預(yù)熱器布置于鍋爐尾部煙道處，由一次風(fēng)倉、二次風(fēng)倉和煙氣倉組成，其中煙氣倉為負(fù)壓，空氣倉為正壓，兩側(cè)的壓差為漏風(fēng)提供了動(dòng)力，同時(shí)其動(dòng)靜結(jié)構(gòu)為漏風(fēng)提供了條件，因此，空預(yù)器漏風(fēng)具有存在的必然性。對山東省內(nèi)容克式三分倉空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率進(jìn)行了匯總，數(shù)據(jù)從5%至20%不等，差異較大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，600 MW機(jī)組漏風(fēng)率降低1%，供電煤耗約減小0.18 g/kW·h；300 MW機(jī)組漏風(fēng)率降低1%，供電煤耗約減小0.14 g/kW·h，可見，降低空預(yù)器漏風(fēng)對于電廠節(jié)能具有較大潛力可挖?？疹A(yù)器密封是降低漏風(fēng)直接而有效的手段，通過匯總并介紹不同型式的密封及其特點(diǎn)，為電廠降低漏風(fēng)、提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性提供一定的指導(dǎo)。

1 空預(yù)器漏風(fēng)類型

在容克式三分倉空預(yù)器內(nèi)部，漏風(fēng)按產(chǎn)生原因可分為直接漏風(fēng)和攜帶漏風(fēng)，其中直接漏風(fēng)為熱態(tài)變形產(chǎn)生的間隙和流體的壓差所引起的漏風(fēng)，約占總漏風(fēng)的85%，計(jì)算模型見式（1）；攜帶漏風(fēng)是指蓄熱板間隙內(nèi)的空氣在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到時(shí)，沒有完全穿過空氣倉而帶入到煙氣倉所產(chǎn)生的漏風(fēng)，約占總漏風(fēng)的15%，計(jì)算模型見式（2）［1］。

式中：Qzj為直接漏風(fēng)量，m3/s；K為泄漏系數(shù)；A為密封間隙面積，m2；Δρ為煙氣間的壓差，Pa；ρ為氣體密度，kg/m3。

式中：Qxd為攜帶漏風(fēng)量，m3/s；D為空預(yù)器的轉(zhuǎn)子直徑，m；n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/min；y為蓄熱板金屬和灰污所占轉(zhuǎn)子容積的份額；H為轉(zhuǎn)子高度，m。

由以上論述可知，攜帶漏風(fēng)是由轉(zhuǎn)子自身結(jié)構(gòu)引起的，主要取決于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速越低，攜帶漏風(fēng)量越少，300 MW以上機(jī)組的轉(zhuǎn)速已達(dá)到了極限的低值水平，同時(shí)其所占比例較小，因此，降低直接漏風(fēng)就成了減小空預(yù)器漏風(fēng)的主要方向，據(jù)式（1）可知，空預(yù)器密封效果的好壞是影響直接漏風(fēng)量的主要因素，為此，對空預(yù)器密封型式的研究就顯得尤為重要。

2 空預(yù)器密封型式

近些年，電廠技術(shù)人員及科研工作者一直致力于空預(yù)器密封的研究，出現(xiàn)了雙密封、VN密封、熱端扇形板自動(dòng)跟蹤、柔性密封和漏風(fēng)回收等不同型式，下面分別對其進(jìn)行介紹。

2.1 雙密封技術(shù)

雙密封技術(shù)最早由美國ABB-API公司發(fā)明，我國于20世紀(jì)80年代開始引進(jìn)，目前已得到廣泛應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)主要是在每個(gè)扇形倉的中間加裝一道隔板（從冷端到熱端），將轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)由24格倉變?yōu)?8格倉，同時(shí)在隔板上加裝徑向和軸向密封片，這樣在任意時(shí)刻均至少有兩條密封片與扇形板配合，形成一個(gè)緩沖區(qū)，則扇形板兩側(cè)壓差降低50%，從而直接漏風(fēng)可降低約30%，如圖1所示。

該技術(shù)能夠使空預(yù)器漏風(fēng)率較長時(shí)間保持在較低的水平，降低了日常維護(hù)和檢修工作量，減少了檢修費(fèi)用。但其投資大，改造工期長，并且需將蓄熱元件一分為二，使堵灰的死角成倍增加，給清洗和吹灰?guī)硪欢ɡщy。

圖1 雙密封技術(shù)示意圖

2.2 VN技術(shù)密封型式

VN技術(shù)是英國豪頓公司采用的容克式空預(yù)器設(shè)計(jì)技術(shù)。V代表空預(yù)器豎直布置，N代表空預(yù)器密封隔板不可調(diào)。其主要內(nèi)容為：空預(yù)器轉(zhuǎn)子豎直布置，中心驅(qū)動(dòng)；徑向和軸向密封隔板不可調(diào)；徑向和軸向密封為“雙密封”，即每塊密封板下同時(shí)有兩道密封片通過；密封間隙和密封片形狀為最優(yōu)設(shè)計(jì)。其技術(shù)特點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)緊湊，泄露率低，抗積灰，維護(hù)工作量小，可靠性強(qiáng)。從圖2可看出，其維護(hù)量隨時(shí)間增加的變化量極?。?］。該技術(shù)的核心內(nèi)容 （密封間隙調(diào)整）只被HOWDEN公司所掌握，盡管有些電廠對該密封型式進(jìn)行模仿，也取得一定成績，可與HOWDEN的設(shè)計(jì)仍有差距。

圖2 不同設(shè)計(jì)形式空預(yù)器漏風(fēng)隨時(shí)間變化對比

2.3 熱端扇形板自動(dòng)跟蹤密封型式

該密封的工作原理為利用傳感器自動(dòng)、定時(shí)探測轉(zhuǎn)子變形狀態(tài)，把采集到的信息傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)以驅(qū)動(dòng)熱端扇形板運(yùn)動(dòng)，使其與徑向密封片的間隙始終保持為預(yù)先的設(shè)定值。按傳感器工作原理不同，目前國內(nèi)外所采用的熱端扇形板自動(dòng)跟蹤裝置 （或稱漏風(fēng)控制系統(tǒng)）有接觸式機(jī)械傳感器、非接觸式電渦流傳感器和聲波傳感器三種［3］。

據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)介紹，運(yùn)用該技術(shù)的300 MW機(jī)組空預(yù)器漏風(fēng)率約降低1.3%左右，600 MW機(jī)組空預(yù)器漏風(fēng)率可降低3%左右［4］，如圖3所示，預(yù)熱器直徑越大，漏風(fēng)率降低越明顯。從運(yùn)行情況看，傳感器有時(shí)會(huì)由于運(yùn)行環(huán)境惡劣而損壞，自動(dòng)控制系統(tǒng)不能正常投入使用，無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

圖3 漏風(fēng)率減少量與預(yù)熱器大小的關(guān)系

2.4 柔性密封型式

2.4.1 合頁式密封型式

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(zhuǎn)子格倉板上，在未進(jìn)入扇形板時(shí)，柔性接觸式密封滑塊高出扇形板5～10 mm。當(dāng)柔性接觸式密封滑塊運(yùn)動(dòng)到扇形板下面時(shí)，合頁式彈簧發(fā)生變形，密封滑塊與扇形板接觸，形成嚴(yán)密無間隙的密封系統(tǒng)。當(dāng)該密封滑塊離開扇形板后，合頁式彈簧將密封滑塊自動(dòng)彈起，以此循環(huán)進(jìn)行，如圖4所示。

合頁式柔性接觸密封技術(shù)多用于徑向密封改造，理論上不會(huì)形成密封間隙，密封效果較好。但在大小修期間必須對其進(jìn)行調(diào)整以保持最佳彈性狀態(tài)，同時(shí)可能出現(xiàn)彈簧脫落或彈簧發(fā)生機(jī)械卡澀等問題。

圖4 柔性密封示意圖

2.4.2 刷式密封型式

該密封由排列緊密的耐高溫金屬絲組成的刷形密封片組成，用于徑向和軸向密封，如圖5所示。其比傳統(tǒng)的接觸式密封更容易適應(yīng)由于蘑菇狀熱變形、制造誤差、轉(zhuǎn)筒晃、擺動(dòng)、振動(dòng)等原因造成的密封間隙無規(guī)律變化，可充分發(fā)揮刷式密封件良好的變形補(bǔ)償能力，使空預(yù)器漏風(fēng)率大幅度下降，并且可以保證至少一個(gè)大修周期，極少維護(hù)［5］。不過刷式密封的加工精度要求高，工藝要求高，且高溫合金材料價(jià)格昂貴，一次性投入較大。

圖5 刷式密封示意圖

2.4.3 柱狀密封型式

該裝置由密封滾軸、密封板、彈性機(jī)構(gòu)、卡環(huán)、滑塊和限位調(diào)整裝置六部分組成。在空預(yù)器轉(zhuǎn)子徑向密封及軸向密封上安裝接觸式密封裝置組件，利用下部可調(diào)滑道適當(dāng)調(diào)整密封組件與扇形板的基礎(chǔ)間隙，實(shí)現(xiàn)高低位置調(diào)整，頂部滾軸受彈性機(jī)構(gòu)和扇形板的作用，在限位滑道中做10 mm～15 mm伸縮運(yùn)動(dòng)?？疹A(yù)器熱態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子“蘑菇狀”熱變形，密封間隙增大。當(dāng)密封裝置隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到扇形板下面時(shí)，滾軸與扇形板滾動(dòng)接觸，彈性機(jī)構(gòu)受壓吸收變形，形成嚴(yán)密的零間隙密封；當(dāng)密封裝置隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)離開扇形板后，彈性機(jī)構(gòu)張力釋放，密封裝置自動(dòng)復(fù)位，以此循環(huán)交替進(jìn)行，如圖6所示。

其與合頁式密封的工作原理相似，理論上可實(shí)現(xiàn)與扇形板的零密封間隙，達(dá)到優(yōu)良的密封效果。但從該密封裝置運(yùn)行情況看，易出現(xiàn)以下問題：1）與扇形板間隙過大，以至于失去柔性密封的設(shè)計(jì)意義；2）與扇形板間隙過小，造成密封板與扇形板機(jī)械碰撞損壞。因此，在安裝或改造前，需精確掌握空預(yù)器熱態(tài)變形量，以指導(dǎo)密封安裝。

圖6 柱狀密封示意圖

2.5 帶漏風(fēng)回收裝置的密封型式

漏風(fēng)回收技術(shù)是在空預(yù)器內(nèi)部建立立體的封閉密封機(jī)構(gòu)，泄漏的大部分空氣經(jīng)密封區(qū)進(jìn)入微負(fù)壓狀態(tài)的回收區(qū)，泄漏的空氣在此回收，送至二次熱風(fēng)箱再利用，從而達(dá)到降低漏風(fēng)的目的。

據(jù)文獻(xiàn)［6］可知，某電廠運(yùn)用該系統(tǒng)進(jìn)行改造后，空預(yù)器漏風(fēng)率及廠用電得到了明顯降低，而且鍋爐熱效率也有一定提升，取得了預(yù)期效果。從該系統(tǒng)的運(yùn)行原理看，回收區(qū)負(fù)壓值為控制漏風(fēng)率的關(guān)鍵因素，回收區(qū)的負(fù)壓值過大會(huì)造成漏向煙氣側(cè)的空氣過大，過小會(huì)造成煙氣倒灌入回收系統(tǒng)，對于不同煤質(zhì)和不同運(yùn)行工況而言，均應(yīng)有最優(yōu)負(fù)壓值，雖然該系統(tǒng)中設(shè)置自動(dòng)控制裝置對其進(jìn)行調(diào)整，但有些電廠的調(diào)整偏差較大，影響了回收效果。另外，回收區(qū)堵灰和回收風(fēng)機(jī)葉片磨損也是影響回收系統(tǒng)正常運(yùn)行的問題。因此，為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求，電廠應(yīng)在運(yùn)行和維護(hù)方面制定相應(yīng)措施以保證回收系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié)論

容克式三分倉空氣預(yù)熱器的 漏風(fēng)是電廠一直存在的棘手問題，良好的密封型式是降低漏風(fēng)，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的有效手段。

目前存在的空預(yù)器密封型式各有優(yōu)缺點(diǎn)，發(fā)電企業(yè)應(yīng)根據(jù)機(jī)組和空預(yù)器狀況進(jìn)行密封選型或改造，使空預(yù)器漏風(fēng)降至最低。