一種新型空氣預(yù)熱器的密封方案張振斌

摘 要：空氣預(yù)熱器是鍋爐的主要附屬設(shè)備之一，"十三五"規(guī)劃中對節(jié)能降耗提出了更高的要求，而空氣預(yù)熱器漏風(fēng)的問題是回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器效率難以提高的主要制約因素。本文闡述了軸流式汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)的工作原理，并采用"堵、疏"結(jié)合的設(shè)計(jì)理念，借鑒其軸封系統(tǒng)，提出了應(yīng)把漏風(fēng)回收系統(tǒng)建立在空氣預(yù)熱器內(nèi)部的改造方案。該方案具有很高的推廣價(jià)值，并且具有投資少、易實(shí)施、效果好、理念新等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：節(jié)能；空氣預(yù)熱器；密封

引言

我國能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期就是“十三五”，為了實(shí)現(xiàn)2020年非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到15%，提出了“推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命”、“大力發(fā)展風(fēng)電、太陽能等清潔能源”以及“加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)”的戰(zhàn)略部署。我國在2015年6月發(fā)布了《強(qiáng)化應(yīng)對氣候變化行動(dòng)——中國國家自主貢獻(xiàn)》，明確提出在2030年左右二氧化碳排放量達(dá)到峰值并爭取盡早達(dá)峰、單位國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）二氧化碳排放比2005年下降60%-65%，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重要達(dá)到20%。

在能源的消耗和污染等問題上，“十三五”規(guī)劃對此都提出了更高的要求。能耗大戶是發(fā)電設(shè)備，而火力發(fā)電廠重要的鍋爐附屬設(shè)備之一便是空氣預(yù)熱器，對鍋爐安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行產(chǎn)生直接嚴(yán)重影響的因素是設(shè)備漏風(fēng)率的高低和質(zhì)量的好壞，長期以來，國內(nèi)外很多專家學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)對降低漏風(fēng)率的問題進(jìn)行了長期的開發(fā)和研究。本文詳細(xì)介紹了發(fā)電企業(yè)中回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器最廣泛應(yīng)用的密封技術(shù)工作原理、漏風(fēng)的影響因素及明顯存在的不足，闡述了軸流式汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)的工作原理，并采用“堵、疏”結(jié)合的設(shè)計(jì)理念，提出了應(yīng)把漏風(fēng)回收系統(tǒng)建立在空氣預(yù)熱器內(nèi)部的改造方案。

1 空氣預(yù)熱器漏風(fēng)情況簡介

鍋爐在火力發(fā)電廠中的排煙熱損失就是主要熱損失，而回收排煙余熱的重要設(shè)備之一是空氣預(yù)熱器，提高鍋爐的效率要通過回收煙氣的熱量，降低排煙溫度等因素而進(jìn)行的，因此，對于鍋爐整體效率的提高有很大的影響的因素就是它的密封性能的好壞。

目前管式、板式和回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器是主要常用的空氣預(yù)熱器，管式和板式預(yù)熱器的缺點(diǎn)有很多，例如體積龐大、造價(jià)高昂以及不耐腐蝕等，因此在鍋爐大型化的過程中逐步被淘汰。表面式加熱器包括回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，即通過其蓄熱體不停的旋轉(zhuǎn)，將煙氣加熱蓄熱體完成，然后蓄熱體又加熱空氣的循環(huán)過程，它的優(yōu)點(diǎn)有體積小、加熱效率高和造價(jià)低廉等，因此在大型鍋爐中被廣泛應(yīng)用。

但是，漏風(fēng)率高是回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器最大的缺點(diǎn)，而把漏風(fēng)率降低在6%以上也只是目前最先進(jìn)的密封技術(shù)，并且運(yùn)行一段時(shí)間后還會(huì)逐步增高，最高可達(dá) 30%，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器每降低1個(gè)百分點(diǎn)的漏風(fēng)率，其引風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)的電流能降低 1%～2%，相應(yīng)廠可以降低0.1%的用電率，因此，一個(gè)很好的節(jié)能降耗研究課題就是如何降低預(yù)熱器漏風(fēng)率。

2新型密封方式的設(shè)計(jì)理念

本文在必須滿足鍋爐運(yùn)行和空預(yù)器運(yùn)轉(zhuǎn)的工況條件下，在總結(jié)機(jī)械密封經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，采用的設(shè)計(jì)思路是“大禹治水，先堵后疏”，先運(yùn)用機(jī)械密封進(jìn)行“堵”，再將“堵不住”的空氣進(jìn)行“疏”，開辟“渠道”，堵與疏形成最佳配比關(guān)系，“疏導(dǎo)”出的熱空氣又須繼續(xù)做功。從而達(dá)到前所未有的效果。

其一，回轉(zhuǎn)式空預(yù)器無論鍋爐負(fù)荷如何變化，漏風(fēng)率始終保持在 0.5%～3.5%較低的范圍內(nèi)。

其二，設(shè)備運(yùn)行期間控制部分的維修和更換可在不停機(jī)情況下進(jìn)行，確保密封系統(tǒng)的投入率。

其三，系統(tǒng)組合簡單，具有的可靠性和穩(wěn)定性；自動(dòng)化程度高，使用方便；能滿足鍋爐長期運(yùn)行的要求。

因此，該改造方案，不僅能夠消除了因漏風(fēng)率超標(biāo)導(dǎo)致煙、風(fēng)短路，影響鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行的瓶頸問題，還可以解決回轉(zhuǎn)式空預(yù)器漏風(fēng)率普遍過高的問題。

該改造方案借鑒的設(shè)計(jì)理念是汽輪機(jī)“軸封”密封技術(shù)“大禹治水，先堵后疏”的理念，在進(jìn)行“堵”的原有機(jī)械密封的基礎(chǔ)上，也把密封區(qū)和回收區(qū)相應(yīng)的建立在空預(yù)器內(nèi)部，使回收區(qū)內(nèi)有泄漏的風(fēng)進(jìn)入，并全部回收在設(shè)備外回收裝置，將“堵不住”的空氣“疏”，使得“堵”與“疏”的關(guān)系形成最佳配比，并可再利用“疏導(dǎo)”出的熱空氣，又大幅降低了漏風(fēng)率，為鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了保障。

該思路的主要是利用流體的特性作為特點(diǎn)，通過合理的疏導(dǎo)，使預(yù)熱器漏風(fēng)率始終在允許范圍內(nèi)輕松地保持著。另外，由于簡單易行的流體控制，使密封回收系統(tǒng)具有可靠性，增強(qiáng)可控性，運(yùn)行操作更簡便，有較少的維護(hù)量，在不停機(jī)的狀況下也能夠維護(hù)、更換等優(yōu)點(diǎn)。

3小結(jié)

本文所研究的旋轉(zhuǎn)式空預(yù)器密封技術(shù)基于堵疏結(jié)合的設(shè)計(jì)思想，在參考相關(guān)資料的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了以下幾點(diǎn)：

（1）在鍋爐任意負(fù)荷下，回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率始終保持在 0.53%～3.65%較低的范圍內(nèi)。

（2）可以使密封系統(tǒng)具有較高的投入率，控制部分的維修和更換可在設(shè)備運(yùn)行期間，不停機(jī)的情況下進(jìn)行更換。

（3）系統(tǒng)具有的可靠性和穩(wěn)定性且自動(dòng)化程度高，使用方便，組合簡單，能保證鍋爐長期運(yùn)行的要求。

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作者簡介：

張振斌，男，河北唐山人，工程碩士在讀，工程師，主要研究方向?yàn)椋合冗M(jìn)制造技術(shù)。

李耀剛，男，工學(xué)博士，教授，碩士研究生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械動(dòng)力學(xué)、數(shù)控技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、機(jī)電一體化。