330MW火電機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)嚴(yán)重分析與研究治理

馮光華

摘 ?要：某化工公司SG—1151/17.5—M4008型亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐系上海鍋爐廠生產(chǎn)，鍋爐配置兩臺(tái)容克式空氣預(yù)熱器，型號(hào)為29VNT1820型，受機(jī)組長時(shí)間運(yùn)行等因素影響，空預(yù)器漏風(fēng)嚴(yán)重，通過對(duì)空預(yù)器密封形式的分析研究調(diào)研，在保持原有密封的同時(shí)，熱端增加接觸式密封后經(jīng)過第三方試驗(yàn)檢測(cè)達(dá)到非常好的效果，實(shí)施后機(jī)組安全運(yùn)行可靠，節(jié)能效果明顯，對(duì)同類電廠設(shè)備具有廣泛推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：鍋爐;回轉(zhuǎn)式空預(yù)器;接觸密封;節(jié)能

一、概述

根據(jù)國家能源局要求，全面加快推進(jìn)煤電超低排放和節(jié)能改造工作，到2020年，現(xiàn)役機(jī)組平均供電煤耗低于310克標(biāo)煤/千瓦時(shí)。

某化工公司鍋爐型號(hào)為SG—1151/17.5—M4008，系上海鍋爐廠生產(chǎn)的亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐。 330MW機(jī)組每臺(tái)鍋爐配有兩臺(tái)豪頓華制造的三分倉室容克回轉(zhuǎn)式空預(yù)器，為減少空預(yù)器漏風(fēng)量，空預(yù)器采用剛性徑向、軸向和環(huán)向密封系統(tǒng)。由于空預(yù)器長時(shí)間運(yùn)行以來，空氣預(yù)熱器磨損及變形嚴(yán)重，造成空預(yù)器漏風(fēng)較大，送引風(fēng)機(jī)單耗大，廠用電率升高，對(duì)安全、經(jīng)濟(jì)效益有較大影響。

鍋爐配置兩臺(tái)容克式空氣預(yù)熱器，型號(hào)為29VNT1820型，產(chǎn)品為上海豪頓華公司生產(chǎn)。空氣預(yù)熱器煙氣進(jìn)口處允許瞬間溫度不超過450度，最大連續(xù)運(yùn)行溫度不超過430度。轉(zhuǎn)子內(nèi)徑11000 mm ，熱段層高度870mm，冷段層高度950mm，立式三分倉結(jié)構(gòu)。煙氣向下流動(dòng)，一次風(fēng)與二次風(fēng)向上流動(dòng)，換熱元件熱段和中溫段采用0.5mm的低碳鋼制造，其冷段采用0.8mm厚的等同考登鋼制造。

空預(yù)器是利用鍋爐尾部的煙氣熱量來加熱空氣的換熱設(shè)備，它是一種再生式空氣預(yù)熱器，由于在運(yùn)行時(shí)受熱面不斷旋轉(zhuǎn)，所以通常也稱回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器，當(dāng)溫度較高的煙氣流到轉(zhuǎn)子的煙氣通道區(qū)域時(shí)，煙氣將熱量釋放給波紋板，煙溫減低，當(dāng)波紋板旋轉(zhuǎn)到空氣區(qū)內(nèi)，又將其獲得的熱量釋放給空氣，使空氣溫度升高。依次不斷的循環(huán)，進(jìn)行熱交換，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈完成一個(gè)循環(huán)，在每一個(gè)循環(huán)中蓄熱元件吸放熱一次。

空預(yù)器主要由轉(zhuǎn)子、蓄熱元件、波紋板、殼體、梁、煙風(fēng)道、密封系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、減速箱、軸承、軸承座、稀油潤滑、吹灰器以及清洗裝置等部分組成。

三分倉容克回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器簡易視圖：

二、存在問題及技術(shù)分析

回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器在大中型電站鍋爐上被普遍采用，漏風(fēng)率是其重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一。有效控制空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率，可以從降低送、引風(fēng)機(jī)電耗和提高鍋爐效率等幾方面得到節(jié)能收益。

國內(nèi)外空預(yù)器的密封調(diào)整主要根據(jù)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器運(yùn)行參數(shù)，預(yù)先計(jì)算出熱態(tài)下轉(zhuǎn)子的蘑菇變形量，在安裝密封片時(shí)與扇形板、弧形板、旁路密封部件預(yù)留出一定的膨脹量，以保證冷態(tài)運(yùn)行和熱態(tài)運(yùn)行時(shí)蘑菇變形以達(dá)到最佳的密封狀態(tài)。傳統(tǒng)的密封技術(shù)均采用鋼性硬密封片作為密封介質(zhì)，由于密封間隙的計(jì)算和調(diào)整仍然存在誤差，扇形板和密封片之間仍存在一定的泄漏間隙。而密封間隙的存在必然導(dǎo)致飛灰對(duì)密封片的沖刷，隨著時(shí)間的推移，密封片的磨損嚴(yán)重，漏風(fēng)率逐步加大，對(duì)電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及維護(hù)也造成很大的負(fù)擔(dān)，特別是鍋爐負(fù)壓運(yùn)行和爐后風(fēng)煙系統(tǒng)壓力較大，造成引風(fēng)機(jī)頻繁失速運(yùn)行，嚴(yán)重影響了鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，2019年熱電4臺(tái)引風(fēng)機(jī)相繼出現(xiàn)頻繁失速、振動(dòng)大而故障停運(yùn)，設(shè)備長時(shí)間退出運(yùn)行并返廠進(jìn)行故障搶修，累計(jì)搶修施工費(fèi)及備件費(fèi)用達(dá)300多萬元。

鍋爐回轉(zhuǎn)式空預(yù)器主要存在的問題：

空預(yù)器密封系統(tǒng)屬動(dòng)靜兩部分結(jié)合面的運(yùn)動(dòng)密封，在理想設(shè)計(jì)狀況下，空預(yù)器動(dòng)、靜密封間隙須維持在5毫米范圍內(nèi)，漏風(fēng)率才可能達(dá)到≤8%的設(shè)計(jì)指標(biāo)，但由于煤種變化、煙氣腐蝕、燃燒調(diào)整、空預(yù)器堵灰、鍋爐泄漏等實(shí)際運(yùn)行原因，空預(yù)器工作環(huán)境惡劣，密封機(jī)構(gòu)易損，各因素相互影響、循環(huán)加劇惡化空預(yù)器運(yùn)行性能，實(shí)際漏風(fēng)率大多都在10%～18%。而且空預(yù)器轉(zhuǎn)子冷熱端溫差形成“蘑菇狀變形”和蓄熱轉(zhuǎn)子容積攜帶而造成的空預(yù)器漏風(fēng)都將不可避免。

空預(yù)器漏風(fēng)率偏大將造成以下后果：

空預(yù)器漏風(fēng)嚴(yán)重，導(dǎo)致一次風(fēng)壓降低，為了防止一次風(fēng)管堵管，只能增大一次風(fēng)機(jī)擋板開度，增加了一次風(fēng)機(jī)的出力，廠用電率相應(yīng)增加。

1.一次風(fēng)大量漏到煙氣中，增加了引風(fēng)機(jī)的出力，廠用電率相應(yīng)增加。

2.二次風(fēng)大量漏到煙氣中，增加了引風(fēng)機(jī)的出力，廠用電率相應(yīng)增加。

3.由于空預(yù)器漏風(fēng)嚴(yán)重，煙氣溫度降低，空預(yù)器受熱面腐蝕和堵塞較嚴(yán)重，同時(shí)對(duì)爐后煙風(fēng)系統(tǒng)腐蝕增加，鍋爐熱效率降低，這些都將影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

空預(yù)器漏風(fēng)原因分析：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)通過換熱元件實(shí)現(xiàn)煙氣和空氣之間的熱交換，轉(zhuǎn)子徑向隔板上安裝徑向密封片，軸向也是安裝密封片，下部徑向密封片與下部扇形板，上部徑向密封片與上部扇形板，軸向密封片與弧形板，它們分別在熱態(tài)運(yùn)行中接觸保持很小距離，由于熱態(tài)不規(guī)則變形這些間隙將形成煙氣與空氣的漏風(fēng)，控制該漏風(fēng)率是國家對(duì)火電廠提出節(jié)能減排項(xiàng)目之一，漏風(fēng)原因是因?yàn)閯?dòng)靜之間預(yù)留膨脹變形產(chǎn)生的間隙造成，由此推理要治理漏風(fēng)必須采用動(dòng)靜良好接觸是最有效措施。漏風(fēng)原因是因?yàn)閯?dòng)靜之間預(yù)留膨脹變形產(chǎn)生的間隙造成，綜合外出調(diào)研和技術(shù)分析，在調(diào)整原有密封間隙的同時(shí)，綜合確認(rèn)彈性接觸式密封是治理漏風(fēng)的首選方案。

三、改造目標(biāo)

考慮到機(jī)組安全和經(jīng)濟(jì)性，選擇空預(yù)器熱端徑向密封改造為自吻盒柔性密封方式。本空預(yù)器的密封改造設(shè)計(jì)是根據(jù)‘漏風(fēng)控制技術(shù)原理來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，該密封組件在扇形板的原設(shè)計(jì)和預(yù)設(shè)值的間隙在鍋爐不同負(fù)荷時(shí)的間隙進(jìn)行補(bǔ)償，很大程度上保證了我們‘漏風(fēng)控制技術(shù)原理的優(yōu)勢(shì)。

通過空預(yù)器熱端徑向密封采用新型自吻盒柔性密封組件形成新的密封區(qū)的作用，滿負(fù)荷情況下空預(yù)器漏風(fēng)率保證值為：在一年內(nèi)不大于5%，并且保持穩(wěn)定。一個(gè)大修周期內(nèi)（5年）不大于6%，并且所更換的各類密封組件在5年內(nèi)不發(fā)生因腐蝕、磨損導(dǎo)致漏風(fēng)增大現(xiàn)象。

同時(shí)一方面降低鍋爐排煙溫度，保證下游設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，另一方面減小風(fēng)機(jī)電耗，節(jié)能降耗。系統(tǒng)的成功應(yīng)用，不僅降低設(shè)備漏風(fēng)率，而且確保熱能的再利用，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益顯著。

四、項(xiàng)目立項(xiàng)和實(shí)施內(nèi)容

本分析治理項(xiàng)目自2020年初由公司設(shè)備工程部及熱電運(yùn)行領(lǐng)導(dǎo)及技術(shù)人員走訪調(diào)研中鋁六盤山電廠及咨詢國內(nèi)其他電力企業(yè)，申請(qǐng)公司立項(xiàng)并在熱電#2機(jī)組檢修過程中開展實(shí)施。

具體實(shí)施內(nèi)容：

1.檢查調(diào)整鍋爐A/B兩套空預(yù)器轉(zhuǎn)子找正。

2.檢查冷、熱端固定密封片磨損嚴(yán)重進(jìn)行更換，并固定調(diào)整。在其背后隔倉加裝自吻盒彈性密封組件。

3.檢查軸向密封片對(duì)沖刷受損嚴(yán)重部位進(jìn)行更換密封片，重新調(diào)整其密封間隙。

4.旁路密封檢查、磨損嚴(yán)重更換，安裝叉接式密封。

5.轉(zhuǎn)子熱端、冷端 “T”型鋼檢查更換及調(diào)整。

6.熱端、冷端扇形板修理調(diào)整，并增加過渡板?；⌒伟逍蘩碚{(diào)整。

7.檢查消除空預(yù)器其他漏風(fēng)（包括伸縮節(jié)、隔倉板、靜密封、殼體等）等磨損、漏風(fēng)的其它缺陷處理。

五、項(xiàng)目設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量驗(yàn)收

1.將空預(yù)器原徑向密封片全部進(jìn)行拆除，對(duì)空預(yù)器熱端隔倉安裝柔性接觸式密封組件，并在另一側(cè)安裝新的密封片作為雙重保險(xiǎn)，柔性接觸式密封組件安裝48道倉隔，徑向密封片安裝96道倉隔。在熱態(tài)運(yùn)行中柔性接觸式密封滑塊高出扇形板5mm 8mm，相應(yīng)的合頁彈簧有25-30mm的壓縮量。當(dāng)柔性接觸式密封運(yùn)動(dòng)到扇形板時(shí)，柔性接觸式密封滑塊的斜面被扇形板壓下，合頁彈簧發(fā)生彈性變形，形成嚴(yán)密無間隙的密封系統(tǒng)，安裝示意圖如圖所示。

3. X-750鎳基合金彈簧

該彈簧的材料為inconelX-750，是以Al、Ti、Nb強(qiáng)化的鎳基合金，是inconel合金系統(tǒng)中早期發(fā)展的應(yīng)用廣泛的合金之一。合金在980℃以下具有良好的強(qiáng)度、良好的抗腐蝕和抗氧化性能，而且也有較好的低溫性能，成形性能也好，能適應(yīng)各種焊接工藝。采用合頁式彈簧頂靠滑塊的與扇形板緊密接觸的無間隙密封形式，鍋爐負(fù)荷的變化對(duì)空預(yù)器漏風(fēng)量影響不大;空預(yù)器脫硝改造增加的風(fēng)壓不會(huì)影響彈簧的力學(xué)性能，彈簧頂靠滑塊與扇形板接觸的狀態(tài)不會(huì)因脫硝而受影響。

彈簧隱藏，避免了正面風(fēng)耗磨損，由于彈簧設(shè)計(jì)底部有漏灰口不存在積灰，且彈簧上下就有卡座及凹槽即使斷裂也不會(huì)脫離密封盒，大大減少了因?yàn)閾p壞所產(chǎn)生的安全隱患。

接觸器滑塊，屬易損件，更換容易，每次更換不需立標(biāo)尺。直接需要將底部連接螺栓松開即可更換，且換下的磨損件可繼續(xù)回爐鑄造。

彈簧支座和鉸鏈支座為精密鑄造，一體成型、材質(zhì)為#45，滿足尺寸精度要求，保證使用壽命。彈簧支座采用三爪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保彈簧在伸縮時(shí)，不會(huì)彈出支座槽，保證柔性密封運(yùn)行穩(wěn)定。

六、項(xiàng)目投用效果、效益情況

分析治理前鍋爐空預(yù)器設(shè)備運(yùn)行情況：空預(yù)器密封間隙的存在必然導(dǎo)致飛灰對(duì)密封片的沖刷，隨著時(shí)間的推移，密封片的磨損嚴(yán)重，漏風(fēng)率逐步加大，對(duì)電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及維護(hù)也造成很大的負(fù)擔(dān)，特別是鍋爐負(fù)壓運(yùn)行和爐后風(fēng)煙系統(tǒng)壓力較大，風(fēng)機(jī)耗能較大，造成引風(fēng)機(jī)多次失速運(yùn)行，嚴(yán)重影響了鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，同時(shí)鍋爐空預(yù)器修前漏風(fēng)率高達(dá)13%以上，損耗較大。

根據(jù)中石化長城能源化工（寧夏）有限公司熱電運(yùn)行部的實(shí)際情況，從鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行的要求出發(fā)，長遠(yuǎn)規(guī)劃，保證熱電2臺(tái)鍋爐運(yùn)行正常，采用成熟、可靠的系統(tǒng)改造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)空預(yù)器漏風(fēng)率降低，機(jī)組煤耗節(jié)約等目的。

1.空預(yù)器改造后漏風(fēng)率（BMCR工況）一年內(nèi)≤5%一個(gè)大修周期內(nèi)（5年）≤6%。

按目前300MW機(jī)組，一般漏風(fēng)率下降12%，可以提高鍋爐效率1%。

主要來自1）鍋爐排煙熱損失的減小。

2）引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)電耗的下降

計(jì)算條件：

1）根據(jù)國家煤電節(jié)能減排升級(jí)規(guī)劃中節(jié)能減排主要推薦技術(shù)說明中，柔性密封改造技術(shù)可實(shí)現(xiàn)煤耗降低0.2-0.5g/kwh的說明，選取節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤0.5 g/kwh。

2）機(jī)組年利用小時(shí)：6000小時(shí)

3）標(biāo)煤單價(jià)：497元/噸

節(jié)約標(biāo)煤量=33*6000*10000*0.5/1000/1000=990噸。

經(jīng)濟(jì)效益=990*497=492030元=49.23萬元

引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)電耗，參照周邊電廠改造業(yè)績，

一般統(tǒng)計(jì)三大風(fēng)機(jī)電流下降總電流估計(jì)80A

M=6000小時(shí)×√3×6.3kv×80A×0.25=129萬元

合計(jì)節(jié)約M=49.23萬元+129萬元=178.23萬元/年

2.五年內(nèi)免維護(hù)，減少檢修維護(hù)費(fèi)用。

3.延長空預(yù)器運(yùn)行周期（易損件使用壽命不低于40000小時(shí)）。

七、結(jié)論

通過空預(yù)器優(yōu)化調(diào)整檢修修后第三方試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果：在鍋爐蒸發(fā)量為930t/h工況下，#2鍋爐A、B空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率分別為4.80%和5.12%，平均鍋爐空預(yù)器的漏風(fēng)率為4.96% （首次修后控制在5.0%以內(nèi)），達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，截止到目前#2鍋爐A、B空氣預(yù)熱器運(yùn)行平穩(wěn)。

通過測(cè)試和計(jì)算得A、B空氣預(yù)熱器漏風(fēng)如附表所示。

參考文獻(xiàn)

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