1 000 MW機(jī)組三分倉回轉(zhuǎn)式空預(yù)器優(yōu)化改良

張慶燾 宋 凱

（1.煙臺(tái)荏原空調(diào)設(shè)備有限公司，山東 煙臺(tái) 264000；2.華電國際鄒縣發(fā)電廠，山東 鄒城 273522）

1 背景資料

1.1 電廠機(jī)組情況分析

某電廠四期鍋爐的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及性能設(shè)計(jì)由東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司（DBC）/東方日立鍋爐有限公司（BHDB）與日本巴布科克-日立公司（BHK）共同完成，性能保證由日本巴布科克-日立公司（BHK）獨(dú)立完成。

工程裝設(shè)兩臺(tái)1 000 MW燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，鍋爐為高效超臨界參數(shù)變壓直流爐、一次再熱、平衡通風(fēng)、運(yùn)轉(zhuǎn)層以上露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。設(shè)計(jì)煤種及校核煤種為兗礦煤和濟(jì)北煤礦的混煤。

鍋爐出口蒸汽參數(shù)為26.25 MPa（a）/603 ℃，對(duì)應(yīng)汽機(jī)的入口參數(shù)為25.0 MPa（a）/600 ℃。

汽機(jī)額定功率（TRL）1 000 MW，對(duì)應(yīng)汽機(jī)VWO工況的鍋爐的最大連續(xù)蒸發(fā)量（B-MCR）為3 033 t/h。機(jī)組煙風(fēng)系統(tǒng)按平衡通風(fēng)設(shè)計(jì)。

1.2 空預(yù)器參數(shù)

空預(yù)器采用容克式三分倉，分成一次風(fēng)、二次風(fēng)和煙氣系統(tǒng)三個(gè)部分。空預(yù)器出口的熱一次風(fēng)和調(diào)溫風(fēng)一次風(fēng)均設(shè)有母管。為防止環(huán)境溫度較低時(shí)空預(yù)熱器冷端腐蝕，進(jìn)入空預(yù)熱器的二次風(fēng)在風(fēng)機(jī)的進(jìn)口設(shè)有暖風(fēng)器。

空預(yù)器型號(hào)VI-34.5-2 600，轉(zhuǎn)子直徑17 286 mm，蓄熱元件高度自上而下分別為1 150 mm、1 150 mm和300 mm?？疹A(yù)器重量約2 321 t，其中轉(zhuǎn)動(dòng)重量約占總重的76%。轉(zhuǎn)子采用模數(shù)倉格結(jié)構(gòu)，每個(gè)倉格為20°，為布置雙密封結(jié)構(gòu)，每個(gè)倉格又分隔為二，全部蓄熱元件分裝在18個(gè)模數(shù)倉格內(nèi)，每個(gè)模數(shù)倉格利用一個(gè)定位銷和一個(gè)固定銷與中心筒相連接。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示?？諝忸A(yù)熱器主要參數(shù)如表1所示。

圖1 回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)圖

表1 空氣預(yù)熱器主要參數(shù)

1.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

楊鑫等[1]對(duì)1 000 MW鍋爐機(jī)組的空氣預(yù)熱器因設(shè)備缺陷導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)問題的情況進(jìn)行了故障檢測及解析，針對(duì)故障的原因及可操作性提出了改良措施，對(duì)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器在機(jī)組運(yùn)行中容易出現(xiàn)的問題進(jìn)行一一列舉并提出了防范措施。宋凱等[2]對(duì)600 MW鍋爐機(jī)組中空氣預(yù)熱器漏風(fēng)原因進(jìn)行了分析驗(yàn)證，并提出了柔性密封代替剛性密封的改造方案，顯著降低了空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率。鄔東立等[3]對(duì)600 MW SCR脫硝機(jī)組空氣預(yù)熱器的堵塞原因進(jìn)行了分析，并提出了通過改進(jìn)SCR系統(tǒng)、調(diào)節(jié)鍋爐低負(fù)荷時(shí)燃燒、吹灰沖洗空氣預(yù)熱器等方式改良空氣預(yù)熱器的堵塞狀況。王晶晶等[4]對(duì)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)情況與熱風(fēng)、排煙溫度等因素的影響進(jìn)行了分析，得出了漏風(fēng)位置與熱風(fēng)溫度的影響規(guī)律。楊菁[5]圍繞350 MW機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器進(jìn)行了降低漏風(fēng)率的密封改造，提出了降低漏風(fēng)率的基本措施，并對(duì)電廠機(jī)組進(jìn)行了改造的可行性分析，提出了改良建議。國內(nèi)的諸多學(xué)者針對(duì)鍋爐機(jī)組空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率進(jìn)行了大量研究，但對(duì)于1 000 MW鍋爐機(jī)組的空氣預(yù)熱器改良方面所做的工作還比較少，本文針對(duì)某電廠1 000 MW機(jī)組空預(yù)器為保證漏風(fēng)率、避免脫硝裝置投產(chǎn)后發(fā)生的堵塞情況，對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置、蓄熱元件、密封裝置進(jìn)行全面升級(jí)改造，并對(duì)改造后的空預(yù)器運(yùn)行情況進(jìn)行描述，為1 000 MW機(jī)組的空預(yù)器改造提供參考。

2 空預(yù)器的改造

2.1 改造目的

在現(xiàn)有空預(yù)器轉(zhuǎn)子空間內(nèi)對(duì)空預(yù)器進(jìn)行改造，在不降低鍋爐經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，避免空預(yù)器在脫硝裝置投運(yùn)后發(fā)生堵塞而影響機(jī)組的長周期安全運(yùn)行。

根據(jù)空預(yù)器目前設(shè)備狀況，改造方案要求保持空預(yù)器轉(zhuǎn)子大小、利用原轉(zhuǎn)子倉格，更換高溫段、中溫段和低溫段換熱元件；為保證排煙溫度，可適當(dāng)增加換熱面積。新型蓄熱元件的設(shè)計(jì)、安裝不能降低或者影響原設(shè)備設(shè)計(jì)出力和安全穩(wěn)定性，以及其他設(shè)備和整體系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能和出力。

2.2 主要改造措施

2.2.1 空預(yù)器驅(qū)動(dòng)裝置整體換型

驅(qū)動(dòng)裝置為三軸輸入，驅(qū)動(dòng)裝置配備主、副驅(qū)動(dòng)電機(jī)和氣動(dòng)馬達(dá)盤車裝置，取消換向器?？疹A(yù)器驅(qū)動(dòng)裝置的主驅(qū)動(dòng)電機(jī)和副驅(qū)動(dòng)電機(jī)均采用變頻拖動(dòng)，兩個(gè)變頻器分別采用不同的供電電源。當(dāng)主或副驅(qū)動(dòng)電機(jī)通電工作時(shí)，氣動(dòng)馬達(dá)停止工作；主、副電機(jī)實(shí)行聯(lián)鎖保護(hù)。當(dāng)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)失去驅(qū)動(dòng)電源或電機(jī)失效時(shí)，副驅(qū)動(dòng)電機(jī)能自動(dòng)啟動(dòng)。主、副驅(qū)動(dòng)同時(shí)故障時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)氣動(dòng)馬達(dá)運(yùn)行。

2.2.2 空預(yù)器蓄熱元件改造

更換全部蓄熱元件，冷端蓄熱元件采用表面鍍搪瓷元件，新元件安裝前對(duì)空預(yù)器冷端倉格板進(jìn)行改造。

2.2.3 空預(yù)器密封改造

拆除原徑向、軸向、旁路密封片，熱、冷端徑向密封加裝柔性接觸式密封機(jī)構(gòu)，更換全部軸向和旁路密封片，重新調(diào)整各部密封間隙，對(duì)熱端扇形板進(jìn)行重新定位和調(diào)整。

2.3 改造技術(shù)要求

在鍋爐及SCR脫硝裝置正常運(yùn)行的情況下，空預(yù)器不發(fā)生堵塞，并且各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到性能保證值?？疹A(yù)器改造后漏風(fēng)率不大于5%，在燃用現(xiàn)有煤質(zhì)，機(jī)組ECR工況下，空預(yù)器入口煙溫在設(shè)計(jì)值（373 ℃）時(shí)，空預(yù)器出口煙溫應(yīng)達(dá)到121.2 ℃（修正后）。空預(yù)器出口一次風(fēng)溫應(yīng)達(dá)到原設(shè)計(jì)值336.2 ℃，空預(yù)器出口二次風(fēng)溫應(yīng)達(dá)到原設(shè)計(jì)值342.9 ℃。

在ECR工況下，空預(yù)器出口一次風(fēng)壓降原設(shè)計(jì)值為0.25 kPa，空預(yù)器出口二次風(fēng)壓降原設(shè)計(jì)值為0.93 kPa，空預(yù)器煙氣側(cè)壓降原設(shè)計(jì)值為1.13 kPa，改造后空氣預(yù)熱器各壓降與設(shè)計(jì)值相比上升不超過10%。

改造后空預(yù)器應(yīng)能適應(yīng)一定范圍內(nèi)煤質(zhì)變化以及一定范圍內(nèi)SCR脫硝裝置的工況變化。

換熱元件設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮磨損、腐蝕和負(fù)荷變化的因素，制造的蓄熱元件使用壽命不低于70 000 h。

低溫段換熱元件優(yōu)先選用防堵性能較好、便于清潔的波形，以確?？疹A(yù)器的防堵性能，保證長周期安全運(yùn)行。

低溫段換熱元件采用脫碳鋼基材鍍搪瓷工藝?；牟捎昧闾间?，厚度不小于0.75 mm，鋼板含碳量≤0.004%；鍍搪瓷須采用靜電噴涂工藝，搪瓷粉厚度一次成型，不得采用浸鍍工藝；須采用進(jìn)口搪瓷釉粉，供貨方提供進(jìn)口設(shè)備證明材料；搪瓷層單面厚度不小于0.15 mm。鍍搪瓷的耐酸腐蝕、密著強(qiáng)度、孔隙率、邊緣覆蓋率和搪瓷層厚度的均勻性等質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)需執(zhí)行BS EN14866：2005，能耐受設(shè)計(jì)壓力下（進(jìn)汽閥后壓力1.2～1.5 MPa）過熱蒸汽吹灰和一定壓力（20 MPa）的高壓水沖洗，在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)不出現(xiàn)搪瓷層的脫落、損壞或波形板，實(shí)現(xiàn)長期、安全、可靠運(yùn)行。蓄熱元件波形板均勻、緊密無松散，蓄熱元件內(nèi)部不能填塞波形板碎片。

換熱元件包與轉(zhuǎn)子倉格的間隙不大于6 mm；打包框架設(shè)計(jì)合理，穩(wěn)固可靠，便于檢修、吊裝和更換；蓄熱元件壓緊力選擇合理，建議控制壓緊力在0.05～0.08 MPa之間，不得過緊，也不得出現(xiàn)波形板松散搖晃的情況，確保蓄熱元件投運(yùn)后的使用壽命。

空預(yù)器蓄熱元件改造后，空預(yù)器主電機(jī)電流增大不超過2 A。

圖3 熱端徑向接觸式密封組件安裝示意圖

2.4 重點(diǎn)改造手法

2.4.1 空預(yù)器驅(qū)動(dòng)裝置改造

（1）檢查確認(rèn)轉(zhuǎn)子主軸的垂直度≤0.5 mm/1 000 mm?？疹A(yù)器上軸承外殼法蘭水平度≤1.0 mm/1 000 mm。下軸承座水平度（在上端直徑方向測量）≤0.5 mm/1 000 mm，下軸承支撐底座垂直度≤0.5 mm/1 000 mm。

（2）驅(qū)動(dòng)裝置水平度調(diào)整至不超過0.5 mm/1 000 mm，驅(qū)動(dòng)裝置輸出軸端部距離圍帶扁鋼最小間隙滿足大牙輪安裝后與圍帶扁鋼最小間隙要求。

（3）依據(jù)大牙輪尺寸及大牙輪與圍帶嚙合間隙要求，計(jì)算驅(qū)動(dòng)裝置輸出軸中心距離圍帶銷距離，用于驅(qū)動(dòng)裝置在機(jī)架上的水平定位。驅(qū)動(dòng)裝置電機(jī)找正，圓距、面距誤差≤0.05 mm。

2.4.2 蓄熱元件改造

拆除原熱端和中間層蓄熱元件，改造倉格后進(jìn)行蓄熱元件安裝。蓄熱元件安裝過程中應(yīng)隨時(shí)做好防護(hù)，防止上部雜物污染新蓄熱元件。

2.4.3 空預(yù)器密封改造

原密封裝置拆除后對(duì)轉(zhuǎn)子T型鋼進(jìn)行檢查保證徑向跳動(dòng)偏差≤±1.5 mm。安裝壓板和密封片時(shí)，注意壓板的接口和密封片的接口應(yīng)錯(cuò)開，必要時(shí)對(duì)端部進(jìn)行修整以確保良好的密封效果。

為保證柔性密封組件轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，相互之間不影響，密封組件之間保證間隙1～2 mm，滑塊高低誤差≤2 mm。如圖2所示。

圖2 柔性密封組件之間間隙及高低尺寸要求

熱端徑向接觸式密封安裝及間隙如圖3所示。

冷端徑向接觸式密封安裝及間隙如圖4所示。

圖4 冷端徑向接觸式密封組件安裝示意圖

冷、熱端旁路密封間隙要求，冷端：（N±1）mm；熱端：（M±1）mm。示意圖如圖5所示。

圖5 冷、熱端旁路密封間隙示意圖

2.4.4 其他為保證漏風(fēng)率的措施

（1）在裝軸向密封片的同時(shí)檢查轉(zhuǎn)子外殼是否有孔洞，如有及時(shí)處理。

（2）檢查煙道各處是否漏風(fēng)，如有漏風(fēng)的孔洞及裂紋等進(jìn)行補(bǔ)焊。

（3）檢查空預(yù)器外殼殼體如有漏風(fēng)的孔洞及裂紋等進(jìn)行補(bǔ)焊。

（4）空預(yù)器煙側(cè)進(jìn)出口人孔門檢查處理，消除漏風(fēng)。

（5）打開熱端中心筒氣室壓蓋，檢查密封磨損情況，損壞時(shí)予以更換。

2.5 改造結(jié)論

改造完成后，經(jīng)過對(duì)空預(yù)器振動(dòng)、溫度和電流值跟蹤，一切數(shù)據(jù)均在要求范圍之內(nèi)。預(yù)熱器驅(qū)動(dòng)裝置的主驅(qū)動(dòng)電機(jī)和副驅(qū)動(dòng)電機(jī)均采用變頻拖動(dòng)，兩個(gè)變頻器分別采用不同的供電電源。當(dāng)主或副驅(qū)動(dòng)電機(jī)通電工作時(shí)，氣動(dòng)馬達(dá)停止工作；主、副電機(jī)實(shí)行聯(lián)鎖保護(hù)。當(dāng)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)失去驅(qū)動(dòng)電源或電機(jī)失效時(shí)，副驅(qū)動(dòng)電機(jī)能自動(dòng)啟動(dòng)。主、副驅(qū)動(dòng)同時(shí)故障時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)氣動(dòng)馬達(dá)運(yùn)行。

3 總結(jié)

本文所涉及機(jī)組是國內(nèi)首批百萬機(jī)組，自2013年以來，空預(yù)器驅(qū)動(dòng)裝置缺陷頻發(fā)，針對(duì)此問題，對(duì)空預(yù)器驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行了整體改造。

通過本次改造，驅(qū)動(dòng)裝置問題有了明顯改善，新型蓄熱元件的的改造保證了設(shè)備的設(shè)計(jì)出力和安全穩(wěn)定性以及其他設(shè)備和整體系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能和出力。柔性密封改造后，能夠保證空預(yù)器的漏風(fēng)率在5%以內(nèi)，有效解決了空預(yù)器改造后存在漏風(fēng)的隱患，為今后大容量機(jī)組的改造開創(chuàng)了先例。

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