回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)分析及我廠漏風(fēng)控制方案淺析

肖祺

摘 要：目前，回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器因其卓越的性能已經(jīng)成為主流的空氣預(yù)熱器形式，但由于其設(shè)計原理及結(jié)構(gòu)的原因，導(dǎo)致其存在不同程度的漏風(fēng)。由于漏風(fēng)的存在，影響了鍋爐的熱效率及其風(fēng)量的供給，增加了鍋爐通風(fēng)機械的功率消耗，使發(fā)電煤耗和供電煤耗增加，如何降低其漏風(fēng)率是各電廠提高經(jīng)濟效益需要解決的首要問題。

關(guān)鍵詞：空氣預(yù)熱器;漏風(fēng)率;漏風(fēng)控制;間隙測量

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1、空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率及漏風(fēng)原因分析

1.1空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率及空氣預(yù)熱器漏風(fēng)系數(shù)

（1）空氣預(yù)熱器漏風(fēng)系數(shù)：空氣預(yù)熱器出口煙氣的過量空氣系數(shù)與空氣預(yù)熱器進(jìn)口煙氣的過量空氣系數(shù)之差。

α=21/（21-O2實測值）

Δα=α"-α'

注釋： α：過量空氣系數(shù)

Δα：漏風(fēng)系數(shù)

α"：空氣預(yù)熱器出口過量空氣系數(shù)

α'：空氣預(yù)熱器入口過量空氣系數(shù)

（2）空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率：漏入空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)的空氣質(zhì)量與進(jìn)入該煙道的煙氣質(zhì)量之比率。一般用空氣預(yù)熱器進(jìn)出口的過量空氣系數(shù)進(jìn)行計算：

AL=（α"-α'）/α'×90%

注釋：AL：回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)系數(shù)

對回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器最大漏風(fēng)系數(shù)應(yīng)不超過0.2;漏風(fēng)率最大不超過15%。

1.2空氣預(yù)熱器漏風(fēng)原因分析

回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)主要有以下三種情況：

1.2.1攜帶漏風(fēng)：在空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的過程中，一部分駐留在換熱元件中的空氣未能及時排除，導(dǎo)致了空氣被攜帶到煙氣側(cè)，同理駐留在換熱元件中的煙氣也會被攜帶到空氣側(cè)。由于空氣預(yù)熱器的機構(gòu)原因，攜帶漏風(fēng)率是無法避免的，但其所影響到的漏風(fēng)率僅為1%左右，取決于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度及轉(zhuǎn)子的流通面積。

1.2.2直接漏風(fēng)：為防止轉(zhuǎn)子與殼體之間摩擦導(dǎo)致空氣預(yù)熱器損壞，空氣預(yù)熱器的轉(zhuǎn)子與上下殼體及周圍殼體保留了一定距離的間隙，由于煙氣側(cè)為負(fù)壓，一次風(fēng)、二次風(fēng)側(cè)為正壓，且由于送引風(fēng)機出力不同導(dǎo)致了各倉室之間壓力、流速均不同，故導(dǎo)致流體在不同倉室之間的相互泄露。主要包括徑向漏風(fēng)、軸向漏風(fēng)、旁路漏風(fēng)、中心筒漏風(fēng)。

徑向漏風(fēng)占直接漏風(fēng)的80%以上，且主要因素為空氣預(yù)熱器熱態(tài)工作時轉(zhuǎn)子上下溫度差異導(dǎo)致的“蘑菇狀”變形，在熱態(tài)時，由于空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子工作時熱端溫度較高膨脹量大，冷端溫度較低膨脹量相對較小，致使空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子沿徑向向下變形，工作時呈一種特殊的“蘑菇狀”變形。

現(xiàn)在的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，大多采用控制可調(diào)節(jié)高度的扇形板與轉(zhuǎn)子徑向密封片的間隙，達(dá)到減小空預(yù)器徑向漏風(fēng)的目的，由于轉(zhuǎn)子的“蘑菇狀”變形，空氣預(yù)熱器下部徑向變形間隙歲負(fù)荷增加而減小，而上部變形間隙隨負(fù)荷增加而增加，這與高負(fù)荷下需要更大的送風(fēng)量的要求是矛盾的，如不采取措施，滿負(fù)荷下60%的漏風(fēng)是通過上部徑向變形的間隙泄露的。

1.2.3隨著設(shè)備磨合期的結(jié)束，空氣預(yù)熱器內(nèi)各個密封件的磨損將增大，導(dǎo)致漏風(fēng)率進(jìn)一步增大，造成密封件磨損主要有以下原因：

1.2.3.1轉(zhuǎn)子在不同排煙溫度下變形不同，經(jīng)過一段時間運行，轉(zhuǎn)子密封片的外端將不符合設(shè)計的理想曲線，在某一工況下形成一個不規(guī)則的漏風(fēng)區(qū)間，高壓側(cè)的空氣通過這個間隙進(jìn)入低壓側(cè)的煙氣倉，空氣流的吹損進(jìn)一步是這個間隙增大，造成更大的漏風(fēng)量。

1.2.3.2空氣預(yù)熱器一般配備蒸汽除灰系統(tǒng)，已達(dá)到清潔轉(zhuǎn)子、保證氣流流通面暢通、增加換熱效率的效果，當(dāng)吹灰器每次投入運行或者疏水不暢時，在初始高壓蒸汽的推動下，夾雜著大量水滴的高壓蒸汽會高速沖擊轉(zhuǎn)子某一固定位置，造成該部位密封片的率先磨損，隨著設(shè)備的運行，該部位的磨損會進(jìn)一步增大。

1.3.空氣預(yù)熱器漏風(fēng)對機組經(jīng)濟效益的影響

1.3.1一次風(fēng)漏入煙氣側(cè)，會使磨煤機的出力不足，從而造成一次風(fēng)機出力增大。二次風(fēng)漏入煙氣側(cè)，會使?fàn)t膛總風(fēng)量降低，從而使送風(fēng)機的出力增大。一二次風(fēng)漏入煙氣側(cè)，導(dǎo)致引風(fēng)機的負(fù)荷增加，為保持爐膛負(fù)壓，引風(fēng)機出力增大。因此漏風(fēng)率過大首先增加了一次風(fēng)機、送風(fēng)機、引風(fēng)機的無效負(fù)荷，導(dǎo)致廠用電電耗增加。

1.3.2當(dāng)煙氣從熱端漏入冷端時，還會使煙氣與空氣的換熱量減少，一二次風(fēng)溫度偏低，降低了鍋爐的燃燒效率。熱端漏風(fēng)時，會增加鍋爐的排煙熱損失，使鍋爐效率降低，嚴(yán)重影響機組的安全、經(jīng)濟運行。

1.3.3冷端漏風(fēng)時，冷風(fēng)直接進(jìn)入高溫?zé)煔庵校瑢?dǎo)致煙氣中硫酸蒸汽凝結(jié)在吸熱元件上，發(fā)生腐蝕，并產(chǎn)生板結(jié)、堵灰現(xiàn)象。

2.我廠采用的空氣預(yù)熱器間隙控制方案

在間隙控制系統(tǒng)中關(guān)鍵問題在于如何可靠的測量扇形板與轉(zhuǎn)子之間的距離，由于熱態(tài)環(huán)境下轉(zhuǎn)子是運動的，且空氣預(yù)熱器內(nèi)存在大量的粉塵及腐蝕性氣體，內(nèi)部溫度高達(dá)400攝氏度，在如此惡劣的環(huán)境下檢測運動物體的位移是十分困難的。

針對上述問題，我廠采用了激光傳感器、電渦流傳感器、位移傳感器進(jìn)行測量。利用激光傳感器的大量程檢測轉(zhuǎn)子絕對變形，利用電渦流傳感器的高分辨率精細(xì)檢測扇形板和轉(zhuǎn)子之間相對間隙，同時結(jié)合位移傳感器檢測扇形板實時位置。利用多傳感器冗余和信息融合算法實現(xiàn)對漏風(fēng)間隙的精確檢測。

2.1 渦流模型

該模型采用渦流探頭作為主要測量元件，可以在非接觸的情況下連續(xù)測量轉(zhuǎn)子外沿與扇形板之間的距離，實現(xiàn)扇形板與轉(zhuǎn)子法蘭面相對間隙的實時測量，電渦流探頭的測距范圍在0-20mm之間。

2.2激光模型

該模型采用了激光傳感器作為主要測量元件，在三個密封扇形板的橫梁上分別安裝激光傳感器進(jìn)行測量。用于精確檢測不同扇形板處的轉(zhuǎn)子實際位置。

2.3絕對位移檢測模型

針對各種執(zhí)行機構(gòu)的不同安裝形式，設(shè)計了絕對位移檢測機構(gòu)，用于精確檢測扇形板的實際位置，并配備了專門的信號變送器，將各扇形板的實際位置準(zhǔn)確實時傳送到控制系統(tǒng)，測量范圍在-70mm—+30mm。

控制系統(tǒng)綜合利用各回路激光傳感器、相對間隙傳感器和機構(gòu)絕對位移傳感器的實時檢測信號，通過專用的多信息融合算法，生成該回路的實時間隙信號。當(dāng)回路投入自動時，系統(tǒng)對預(yù)熱器轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周的間隙信號進(jìn)行實時檢測并從中找出最小值作為調(diào)節(jié)依據(jù)。將測量的最小值與間隙給定值進(jìn)行比較進(jìn)而進(jìn)行調(diào)節(jié)，利用智能控制策略實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化控制，大大提高了系統(tǒng)自動投入率，有效降低了空預(yù)器漏風(fēng)。

3.間隙調(diào)整系統(tǒng)投入前后漏風(fēng)率對比及經(jīng)濟效應(yīng)的對比

以我廠為例，在機組負(fù)荷400MW時，間隙調(diào)整系統(tǒng)投入后，空氣預(yù)熱器出口氧量降低約2.5%，空氣預(yù)熱器出口二次風(fēng)壓力提高約0.5KPa，空氣預(yù)熱器出口一次風(fēng)壓力提高約0.8KPa，通過計算漏風(fēng)率降低約2%。

由于我司設(shè)備處在磨合期，為避免負(fù)荷變動過大導(dǎo)致空預(yù)器轉(zhuǎn)子與扇形板摩擦損壞，故將扇形板與轉(zhuǎn)子的間隙設(shè)定值偏大（20mm—30mm），在磨合期后，間隙控制可以達(dá)到10mm以內(nèi)，預(yù)計漏風(fēng)率可以降低4%—5%，鍋爐效率可以提高1%，每年可節(jié)約標(biāo)煤7200噸。熱風(fēng)溫度提高約30攝氏度，保證了褐煤的著火和穩(wěn)定燃燒。降低送風(fēng)機、引風(fēng)機電耗 300kW·h，每年大約可節(jié)省廠用電 180萬kW·h，也避免了因風(fēng)機出力不足而影響整臺機組的出力。對空氣預(yù)熱器本身，漏風(fēng)率減小，空氣側(cè)漏向煙氣側(cè)的流量下降，流速降低，各易磨損件的壽命也延長，維修、維護(hù)工作量減少。

4.結(jié)語

綜上所述，回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率一直影響機組經(jīng)濟、安全的重要因素，其中徑向漏風(fēng)占總漏風(fēng)量的80%以上，且徑向漏風(fēng)的理論可控性較強，難點在于如何準(zhǔn)確測量轉(zhuǎn)子與密封板間的間隙，我廠采用三種測量模型相互輔助，確保了測量的精準(zhǔn)可靠，對其他電廠不失借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭柏蒼. 空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率計算方法淺析[J]. 電力與電工，1990，000（002）：30-31，45.