回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子變形原因分析及處理措施

梁幫平，張東，劉占淼

(安徽華電宿州發(fā)電有限公司，安徽 宿州 234101)

0 引言

某電廠裝設(shè)2臺600 MW超臨界燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，鍋爐由東方鍋爐集團(tuán)有限公司制造。每臺鍋爐配置2臺受熱面旋轉(zhuǎn)的三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，根據(jù)美國C－E空氣預(yù)熱器公司技術(shù)進(jìn)行設(shè)計和制造?？諝忸A(yù)熱器型號為LAP13494/883，轉(zhuǎn)子直徑為13494 mm，質(zhì)量約592 t，其中轉(zhuǎn)動質(zhì)量約440 t(約占總質(zhì)量的75%)。回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器為下中心筒驅(qū)動，由主電動機(jī)驅(qū)動，輔助電動機(jī)和氣動馬達(dá)備用，轉(zhuǎn)速為 0.99 r/min。

在鍋爐運(yùn)行中，會遇到空氣預(yù)熱器意外跳閘停運(yùn)或按計劃停運(yùn)進(jìn)行設(shè)備檢修的問題，在意外跳閘時，若不能快速恢復(fù)空氣預(yù)熱器的運(yùn)轉(zhuǎn)，則面臨轉(zhuǎn)子永久變形的問題。在停運(yùn)空氣預(yù)熱器時，常規(guī)邏輯要求停運(yùn)該側(cè)空氣預(yù)熱器的送、引風(fēng)機(jī)及一次風(fēng)機(jī);而在實際運(yùn)行中，部分正壓直吹式制粉系統(tǒng)需要較高的一次風(fēng)壓來維持鍋爐運(yùn)行，單側(cè)一次風(fēng)機(jī)不能滿足運(yùn)行要求。單臺一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，因一次風(fēng)壓較高，在并風(fēng)機(jī)時極易發(fā)生搶風(fēng)、失速而導(dǎo)致鍋爐滅火。作者根據(jù)停運(yùn)空氣預(yù)熱器而不停一次風(fēng)機(jī)的檢修經(jīng)驗，摸索出一套快速修正轉(zhuǎn)子變形的技術(shù)方案，以保證設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 空氣預(yù)熱器搶修過程

2010年10月28日，該廠運(yùn)行巡檢人員發(fā)現(xiàn)#1鍋爐1A空氣預(yù)熱器輔助電動機(jī)軸承異音，判斷為軸承損壞，決定在低負(fù)荷時?？諝忸A(yù)熱器檢修、更換軸承。初步方案為:停空氣預(yù)熱器，拆除空氣預(yù)熱器輔助電動機(jī)聯(lián)軸器(7 min)，投運(yùn)空氣預(yù)熱器，更換軸承后停運(yùn)空氣預(yù)熱器，連接空氣預(yù)熱器輔助電動機(jī)聯(lián)軸器，正常投運(yùn)空氣預(yù)熱器，檢修工作結(jié)束。

搶修過程如下:

2010－10－29 T 01:30，#1A引風(fēng)機(jī)停運(yùn)。

01:33，#1 A空氣預(yù)熱器主驅(qū)動電動機(jī)停運(yùn)，空氣預(yù)熱器停轉(zhuǎn)，空氣預(yù)熱器入口煙門關(guān)閉。

01:55，輔助電動機(jī)聯(lián)軸器拆除工作結(jié)束，人工盤車發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子卡澀盤動困難，氣動馬達(dá)、輔助電動機(jī)、主電動機(jī)啟動均不成功，開始人工盤車。

01:56，停運(yùn)#1A送風(fēng)機(jī)，關(guān)閉送風(fēng)機(jī)出口擋板。

01:59，關(guān)閉空氣預(yù)熱器出口熱一次風(fēng)擋板。

在搶修過程中，發(fā)現(xiàn)空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子向煙氣側(cè)傾斜嚴(yán)重，轉(zhuǎn)子主軸偏移2 mm，與靠近煙氣側(cè)的透蓋發(fā)生無間隙擠壓。3個扇形板跟蹤裝置均提到最高位，但3個扇形板檢測到的轉(zhuǎn)子與扇形板之間的間隙差別較大，最大處差別4 mm，轉(zhuǎn)子T形鋼已不平直，空氣預(yù)熱器基本盤轉(zhuǎn)不動，由此判斷空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子變形嚴(yán)重。

針對空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子變形情況，采取了熱風(fēng)倒灌使空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子均勻回暖的搶修措施。2010－10－30 T 12:20，空氣預(yù)熱器主馬達(dá)啟動成功。在整個檢修過程中，2臺一次風(fēng)機(jī)未停運(yùn)。

在搶修過程中，采取各種技術(shù)措施后風(fēng)溫情況與轉(zhuǎn)子盤動情況見表1。

從表1可以看出，在二次熱風(fēng)未倒灌前的9 h，轉(zhuǎn)子僅盤動了7/10圈，9 h內(nèi)故障無減輕跡象。開始熱風(fēng)倒灌的30 min，轉(zhuǎn)子卡澀就有減輕跡象，倒灌1 h后，轉(zhuǎn)子溫度基本均勻，盤動已經(jīng)很靈活，再過30 min后，成功啟動了空氣馬達(dá)。熱風(fēng)倒灌的效果非常顯著。

表1 搶修過程中采取各種技術(shù)措施后風(fēng)溫情況與轉(zhuǎn)子盤動情況(2010－10－30)

2 空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子變形原因分析

空氣預(yù)熱器正常運(yùn)行時，各處變形是均勻的，整個轉(zhuǎn)子呈蘑菇狀下垂，各處間隙調(diào)整合格后，轉(zhuǎn)子不會發(fā)生卡涉現(xiàn)象，熱態(tài)運(yùn)行時的效果如圖1所示。

圖1 空氣預(yù)熱器正常運(yùn)行時的變形

圖2 空氣預(yù)熱器非正常停運(yùn)時的變形

空氣預(yù)熱器不正常停運(yùn)時，一側(cè)為熱態(tài)另一側(cè)為冷態(tài)，在兩端溫差下，轉(zhuǎn)子會發(fā)生如圖2所示的變形:煙氣側(cè)高溫區(qū)轉(zhuǎn)子中心筒向上膨脹，轉(zhuǎn)子外緣向下膨脹，轉(zhuǎn)子在高溫?zé)煔鈧?cè)為蘑菇狀變形，低溫空氣側(cè)不發(fā)生變形，整個轉(zhuǎn)子呈扭曲狀變形。

空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子運(yùn)行時的變形規(guī)律為

式中:γ為轉(zhuǎn)子變形量，mm;Δt為預(yù)熱器冷、熱端溫差，℃;h為轉(zhuǎn)子高度，m;R為轉(zhuǎn)子半徑，m。

轉(zhuǎn)子高度h和轉(zhuǎn)子半徑R都是固定的，所以，轉(zhuǎn)子變形量γ與預(yù)熱器冷、熱端溫差Δt成正比。

根據(jù)公式計算停運(yùn)時煙氣側(cè)和空氣側(cè)轉(zhuǎn)子的變形量如下:

煙氣側(cè)轉(zhuǎn)子變形量 γ1=(0.006×240/1.9)×6.5 ×6.5=32(mm);

空氣側(cè)轉(zhuǎn)子變形量 γ2=(0.006×60/1.9)×6.5 ×6.5=8(mm)。

轉(zhuǎn)子在煙氣側(cè)和空氣側(cè)的變形量相差24 mm，轉(zhuǎn)子呈扭曲狀不對稱變形;同時，轉(zhuǎn)子外部的機(jī)殼也受溫度的影響同步膨脹，煙氣側(cè)高溫區(qū)機(jī)殼膨脹大，冷空氣側(cè)溫度低，機(jī)殼幾乎不膨脹。當(dāng)在煙氣側(cè)膨脹下垂了32mm的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到未膨脹下移的冷空氣側(cè)機(jī)殼時，發(fā)生刮擦、擠壓，阻力增大，轉(zhuǎn)子盤動困難。

引起轉(zhuǎn)子變形的原因分析如下:

(1)對檢修風(fēng)險估計不足，對更換軸承搶修時間過于樂觀，認(rèn)為檢修工作5～8 min就能結(jié)束。根據(jù)以往經(jīng)驗，空氣預(yù)熱器停轉(zhuǎn)5～8 min影響不大，不會產(chǎn)生空氣預(yù)熱器變形。搶修時因螺栓銹蝕拆卸困難，輔助電動機(jī)聯(lián)軸器脫開，結(jié)果檢修耗時達(dá)20 min。

(2)在空氣預(yù)熱器停運(yùn)時，送風(fēng)機(jī)聯(lián)跳邏輯保護(hù)被解除，送風(fēng)機(jī)未能及時停運(yùn)，冷二次風(fēng)繼續(xù)對空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子降溫達(dá)23 min;空氣預(yù)熱器出口熱一次風(fēng)門未能及時關(guān)閉，冷一次風(fēng)持續(xù)對空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子降溫達(dá)26 min。

(3)停運(yùn)時煙氣側(cè)溫度為320℃，空氣側(cè)溫度為2℃，兩側(cè)溫差太大，加上空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子自重較大，轉(zhuǎn)子變形嚴(yán)重，不符合停運(yùn)空氣預(yù)熱器的常規(guī)邏輯。

3 處理過程

空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子發(fā)生變形后，該廠立即投入了大量人力進(jìn)行人工盤車，因轉(zhuǎn)子變形嚴(yán)重，人工盤動極為困難。在氣動馬達(dá)助力的情況下，需要4～5人才能勉強(qiáng)盤動一點(diǎn)，盤車5 h轉(zhuǎn)子僅能盤動90°，從煙氣側(cè)熱端轉(zhuǎn)動到空氣側(cè)的轉(zhuǎn)子被冷風(fēng)迅速冷卻，轉(zhuǎn)子的變形未能改觀。

在盤車的前期處理過程中，運(yùn)行人員試圖讓熱風(fēng)倒灌入空氣預(yù)熱器，使轉(zhuǎn)子均勻回暖而縮小變形量。通過打開送風(fēng)機(jī)的動葉和出口擋板來進(jìn)行調(diào)節(jié)，未見效果，8 h內(nèi)轉(zhuǎn)子僅能盤動半圈。

經(jīng)過討論，分析了熱風(fēng)倒灌無效的原因，決定提高二次風(fēng)箱風(fēng)壓繼續(xù)倒灌熱風(fēng)來緩解轉(zhuǎn)子的變形。采取關(guān)小燃盡風(fēng)，關(guān)小各層小二次風(fēng)箱擋板，徹底關(guān)閉停用各層燃燒器二次風(fēng)門的辦法來提高風(fēng)壓和流速，以滿足爐膛氧量。最終使空氣預(yù)熱器前、后的壓差提高到1.3 kPa，熱空氣開始從二次風(fēng)道倒流，經(jīng)過空氣預(yù)熱器、送風(fēng)機(jī)排入大氣。空氣側(cè)空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子溫度迅速上升，在溫度升高到50℃時，為防止送風(fēng)葉柄軸承的油脂被熱空氣加熱損傷，關(guān)閉了送風(fēng)機(jī)的動葉和擋板，在擋板后打開人孔門，使熱空氣繞開了送風(fēng)機(jī)本體而排往大氣。30 min內(nèi)熱風(fēng)溫度與煙氣側(cè)溫度達(dá)到同步，約160℃。由于一次風(fēng)機(jī)通道較小且關(guān)閉了空氣預(yù)熱器熱一次風(fēng)出口擋板，熱一次風(fēng)通道內(nèi)的空氣不流通?？諝忸A(yù)熱器轉(zhuǎn)子內(nèi)煙氣側(cè)和二次風(fēng)通道側(cè)占空氣預(yù)熱器流通面積的85%，85%的流通面積內(nèi)轉(zhuǎn)子溫度相同，極大緩解了轉(zhuǎn)子的變形量。20 min后轉(zhuǎn)子變形較為均勻，人工盤動大為減輕。再過10 min后，空氣預(yù)熱器氣動馬達(dá)盤車成功。冷一次風(fēng)的流通面積只占15%，當(dāng)一次風(fēng)機(jī)不停運(yùn)，采取熱風(fēng)倒灌措施后，其余85%流通面積內(nèi)的溫度均勻時，對轉(zhuǎn)子變形的影響并不嚴(yán)重，可見，停運(yùn)空氣預(yù)熱器時，如果條件允許可以不停運(yùn)一次風(fēng)機(jī)。

4 防范措施

4.1 單臺空氣預(yù)熱器停運(yùn)處理缺陷時常規(guī)停運(yùn)措施

(1)停運(yùn)該側(cè)送風(fēng)機(jī)、關(guān)閉送風(fēng)機(jī)出口擋板及出口聯(lián)絡(luò)擋板。

(2)停運(yùn)該側(cè)引風(fēng)機(jī)，關(guān)閉引風(fēng)機(jī)出、入口擋板。

(3)空氣預(yù)熱器繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)均勻降溫，一次風(fēng)機(jī)關(guān)小動葉繼續(xù)運(yùn)行。

(4)關(guān)閉該側(cè)空氣預(yù)熱器出口熱一次風(fēng)擋板、熱二次風(fēng)出口擋板及大二次風(fēng)箱入口聯(lián)絡(luò)門。

(5)嚴(yán)密監(jiān)視空氣預(yù)熱器出口煙溫及空氣預(yù)熱器入口風(fēng)溫，當(dāng)空氣預(yù)熱器出口煙溫小于150℃時，方可停運(yùn)空氣預(yù)熱器。

4.2 單臺空氣預(yù)熱器意外跳閘停運(yùn)應(yīng)急搶修措施

(1)立即啟動輔助電動機(jī)或空氣馬達(dá)驅(qū)動，如果不能成功，立即不間斷進(jìn)行人工盤車。

(2)檢查該側(cè)空氣預(yù)熱器入口煙氣擋板是否關(guān)閉嚴(yán)密。

(3)檢查該側(cè)送、引風(fēng)機(jī)是否成功聯(lián)跳，風(fēng)機(jī)出入口擋板是否關(guān)閉嚴(yán)密。

(4)關(guān)閉該側(cè)空氣預(yù)熱器出口熱一次風(fēng)擋板、熱二次風(fēng)出口擋板及熱二次風(fēng)箱入口聯(lián)絡(luò)門。

(5)嚴(yán)密監(jiān)視該側(cè)空氣預(yù)熱器出口煙溫及空氣預(yù)熱器入口風(fēng)溫。當(dāng)兩側(cè)溫度偏差超過200℃時，采取下列措施降低空氣預(yù)熱器內(nèi)部溫度偏差:

1)保持該側(cè)空氣預(yù)熱器出口熱二次風(fēng)擋板關(guān)閉，打開二次風(fēng)箱入口聯(lián)絡(luò)門。

2)保持該側(cè)送風(fēng)機(jī)出擋板門關(guān)閉，打開擋板門后送風(fēng)機(jī)風(fēng)道人孔門，打通二次風(fēng)箱熱空氣倒流通道。

3)適當(dāng)提高二次風(fēng)箱壓力，促使二次風(fēng)箱熱空氣倒流進(jìn)入空氣預(yù)熱器。

4)保持空氣預(yù)熱器二次風(fēng)通道內(nèi)溫度與煙氣側(cè)煙溫同步，降低空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子的變形。

5)在人工盤動稍微輕松的情況下，盡快投用電動馬達(dá)和空氣馬達(dá)協(xié)同工作，恢復(fù)空氣預(yù)熱器的轉(zhuǎn)動。在任何情況下都不要放棄空氣預(yù)熱器的盤動工作，直至啟動成功。

5 結(jié)束語

空氣預(yù)熱器變形原因大多為:空氣側(cè)、煙氣側(cè)溫差較大，膨脹不均，空氣預(yù)熱器因自重和高溫產(chǎn)生變形，轉(zhuǎn)子與機(jī)殼間隙變小，摩擦力增大，導(dǎo)致盤動困難。為緩解變形，應(yīng)盡力使空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子與機(jī)殼受熱均勻，可采取熱風(fēng)倒灌的措施，迅速提高空氣預(yù)熱器空氣側(cè)溫度，使空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子均勻回暖，減少變形。