如何降低300MW燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率

房洪寬

摘要：300MW燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器在中大型電站鍋爐廠的尾部換熱設(shè)備中得以廣泛應(yīng)用，但此設(shè)備漏風(fēng)率偏高是影響機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)性的主要因素。文章具體分析了300MW燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率偏高會(huì)造成的危害，并在此基礎(chǔ)上對(duì)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)機(jī)理進(jìn)行了闡述，針對(duì)性的提出了降低300MW燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率的詳細(xì)措施，以期解決漏風(fēng)率偏大的問(wèn)題，對(duì)燃煤機(jī)組電廠空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)提供一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器;漏風(fēng)率計(jì)算;密封孔隙

0.引言

在現(xiàn)代化大容量鍋爐的作業(yè)過(guò)程中，燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器因其結(jié)構(gòu)的緊密性、安裝的簡(jiǎn)易性受到眾多電廠的青睞?？諝忸A(yù)熱器主要是利用煙氣的余熱來(lái)加熱鍋爐燃燒所需空氣的熱交換設(shè)備^[1]?？諝庥酂崞鞴ぷ饔阱仩t中煙氣溫度最低的區(qū)域，回收煙氣的熱量，降低排煙溫度，從而提高鍋爐的效率。回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器雖然在電廠中得以廣泛應(yīng)用。但其嚴(yán)重的漏風(fēng)問(wèn)題是發(fā)電站現(xiàn)階段急需解決的關(guān)鍵性問(wèn)題，在一般情況下空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率基本能維持在7%左右，但在漏風(fēng)嚴(yán)重的情況下可能達(dá)到22%，對(duì)發(fā)電站的運(yùn)行造成了嚴(yán)重的阻礙，是電廠提高經(jīng)濟(jì)效率繼續(xù)解決的根本性問(wèn)題。

1.300MW燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率過(guò)高的危害

300MW的燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)主要側(cè)漏于煙氣側(cè)，對(duì)機(jī)組運(yùn)行的安全性產(chǎn)生了負(fù)面影響，并增加了其相關(guān)聯(lián)的送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)的電耗量增加，嚴(yán)重影響了電廠的經(jīng)濟(jì)效益。在機(jī)組的漏風(fēng)超過(guò)送風(fēng)機(jī)的負(fù)荷能力時(shí)，燃燒風(fēng)量會(huì)導(dǎo)致鍋爐燃燒損失的增加，同時(shí)造成送風(fēng)能力的下降，最終降低機(jī)組的能動(dòng)效果。當(dāng)漏風(fēng)量造成煙氣排出量的增加時(shí)，會(huì)導(dǎo)致鍋爐內(nèi)部超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)、鍋爐熱效率低等問(wèn)題的出現(xiàn)，在熱面壁溫度降低的過(guò)程中，加速低溫腐蝕，難以控制鍋爐的熱損失。在對(duì)以往機(jī)組漏風(fēng)率計(jì)算的過(guò)程中，可發(fā)現(xiàn)：300MW 燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率每增加1%，就會(huì)使機(jī)組煤耗增加0.16g/kW·h^[2]。

2.300MW燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率過(guò)高原因分析

2.1 回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)機(jī)理

在燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)動(dòng)部分的受熱面積和靜止的冷卻面積之間存在著一定的間隙，此時(shí)空氣側(cè)的壓力明顯高于煙氣側(cè)，在空氣經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子與外殼或扇形之間的間隙時(shí)，則將此類漏風(fēng)稱之為間隙漏風(fēng)。當(dāng)燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的受熱面將煙氣側(cè)和空氣側(cè)的空氣互相翻轉(zhuǎn)調(diào)換時(shí)，則稱之為攜帶漏風(fēng)。間隙漏風(fēng)與攜帶漏風(fēng)的共同作用是造成燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)的主要原因，在總漏風(fēng)中占據(jù)80%。為提前預(yù)防漏風(fēng)現(xiàn)象的發(fā)生，在回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)部件之間都設(shè)有密封裝置。

2.2 攜帶漏風(fēng)量計(jì)算

在燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，攜帶式漏風(fēng)量的計(jì)算公式為：

（1）

在式（1）中，燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器在傳熱攜風(fēng)量設(shè)置為，D、H則為轉(zhuǎn)子的直徑和高度，γ為蓄熱板金屬和灰污所占轉(zhuǎn)子的容積份額，g、k為燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的生產(chǎn)系數(shù)。從式中可看出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越快，則燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的攜風(fēng)量就越大;當(dāng)受熱面的所占體積越大，則攜帶漏風(fēng)量越大;國(guó)產(chǎn)的空氣預(yù)熱器的轉(zhuǎn)速大約在1-4r/min，攜帶漏風(fēng)量約占漏風(fēng)量的25%。

2.3 間隙漏風(fēng)量計(jì)算

燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器產(chǎn)生漏風(fēng)現(xiàn)象的主要原因?yàn)椋毫鲃?dòng)介質(zhì)產(chǎn)生的壓差以及空氣預(yù)熱器各部件之間存在的間隙。對(duì)于兩分倉(cāng)式燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，漏風(fēng)更傾向于煙氣側(cè);對(duì)于三分倉(cāng)式燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，壓力較高的二次風(fēng)也傾向于煙氣側(cè)漏風(fēng)?？捎孟率接?jì)算：

（2）

在公式（2）中N為泄露系數(shù);M為密封間隙面積，氣體密度，單位為。因在燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的不同部位運(yùn)作過(guò)程中產(chǎn)生的系數(shù)不同，所以最終帶來(lái)的漏風(fēng)量相差較大。

2.3.1 預(yù)熱器熱端漏風(fēng)特點(diǎn)

在燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的運(yùn)行過(guò)程中，由于空氣預(yù)熱段的徑向膨脹量上下分布不均衡，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子發(fā)生蘑菇變形現(xiàn)象，轉(zhuǎn)子間隙增大，加重漏風(fēng)現(xiàn)象。燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的變形特征，使轉(zhuǎn)子上端出現(xiàn)漏風(fēng)區(qū)（三角形）。當(dāng)漏風(fēng)間隙在轉(zhuǎn)子外邊緣處達(dá)到最大值時(shí)，此三角區(qū)域的漏風(fēng)量則達(dá)到整個(gè)空氣預(yù)熱器漏風(fēng)量的35%-55%。

2.3.2 預(yù)熱器冷端漏風(fēng)特點(diǎn)

在燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的氣壓分布規(guī)律中可知，冷端空氣和煙氣的壓差較大，且空氣密度越大，冷端溫度顯示越低。在機(jī)組啟動(dòng)初期，冷端漏風(fēng)量需要著重進(jìn)行觀測(cè)，當(dāng)燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器頂部的蘑菇形狀還未變大時(shí)，則冷端間隙相較高負(fù)荷運(yùn)行所占比例更大。

3.降低300MW燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率的措施

為減少燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率，在空氣預(yù)熱器部件之間需設(shè)置密封裝置（密封孔隙0），由上文推算出的漏風(fēng)機(jī)理計(jì)算公式可知，漏風(fēng)量和泄露系數(shù)N、空氣和煙氣的壓力差以及漏風(fēng)面積M互成正比關(guān)系。所以，降低漏風(fēng)量需要從以上幾個(gè)方面著手。

3.1采用雙重密封或多重密封

雙密封技術(shù)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外降低泄露系數(shù)常采用的成熟技術(shù)，普遍分為雙徑向密封（Double radial seal）和雙軸向密封（Biaxial seal）。雙徑向密封在燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器作業(yè)時(shí)，主要通過(guò)密封片進(jìn)行接觸，在作業(yè)過(guò)程中形成兩個(gè)密封艙^[3]。雙軸向密封則是將密封板在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下與軸向的密封片進(jìn)行連接，形成雙軸向密封，相較于傳統(tǒng)的單密封，在作業(yè)環(huán)境相同的條件下，密封后內(nèi)外的壓差相差近50%，所以采用雙密封的密封形式可將燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)量降低35%。

3.2 降低間隙面積

縮小燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器徑向密封間隙、軸向密封間隙、環(huán)向密封間隙可有效降低漏風(fēng)率。值得注意的是，密封孔隙0，否則會(huì)影響機(jī)組的使用壽命。

3.2.1熱端徑向間隙的控制熱端徑向間隙是空氣預(yù)熱器漏風(fēng)的主要渠道。

在機(jī)組運(yùn)行的熱狀態(tài)下，機(jī)頂轉(zhuǎn)子可產(chǎn)生蘑菇狀的變形，轉(zhuǎn)子向上膨脹，轉(zhuǎn)子外側(cè)下垂，則導(dǎo)致熱端的間隙增大。如不采取相應(yīng)的措施，則會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子下垂量逐漸增大，燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器55%的漏風(fēng)發(fā)生在間隙增大的過(guò)程中，300MW鍋爐燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器處于15m的空氣預(yù)熱器中，間隙可以達(dá)到45mm以上。因此，安裝漏風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)加強(qiáng)對(duì)跟蹤系統(tǒng)的風(fēng)量測(cè)量在燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率測(cè)量過(guò)程中是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。扇形板自動(dòng)跟蹤裝置的工作原理可轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)子的形狀，將采集到的信息傳送至作業(yè)驅(qū)動(dòng)中心以完成整體作業(yè)。在大型空氣燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)控制過(guò)程中，普遍采用上述方法以達(dá)到自動(dòng)控制的目的。

3.2.2 冷端徑向間隙的控制

在燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器冷端壓差與熱端壓差相距較大時(shí)，可發(fā)現(xiàn)此時(shí)的冷端氣體密度大于熱端氣體密度，所產(chǎn)生的漏風(fēng)現(xiàn)象較為明顯，因此加強(qiáng)對(duì)冷端間隙的控制是決定漏風(fēng)量的重要因素。冷端間隙的控制一般采用冷態(tài)預(yù)留熱態(tài)彌補(bǔ)的辦法，在冷態(tài)部位進(jìn)行安裝調(diào)整時(shí)，將內(nèi)側(cè)間隙設(shè)為0mm，為外側(cè)的后期作業(yè)運(yùn)行留出間隙;當(dāng)熱態(tài)運(yùn)行時(shí)，將間隙由0mm變?yōu)槿济簷C(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的膨脹值，可將漏風(fēng)量控制在7%左右。

3.3 降低空氣側(cè)與煙氣側(cè)的壓力差

控制燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的煙風(fēng)煙差，可根據(jù)鍋爐機(jī)組的總體設(shè)計(jì)完成對(duì)合適磨煤機(jī)型號(hào)、燃燒器型式和受熱面的設(shè)定統(tǒng)一降低鍋爐系統(tǒng)的煙風(fēng)阻力。在作業(yè)的過(guò)程中，需要在前期提前設(shè)置吹灰制度（保證吹灰蒸汽的壓力和熱度在穩(wěn)定值內(nèi)），在停爐過(guò)程中避免因吹灰不及時(shí)、受熱面清潔不當(dāng)?shù)刃袨楫a(chǎn)生煙氣側(cè)的壓差（需要在烘干之后，才可投入使用，否則加劇灰塵的堆積）。在熱風(fēng)循環(huán)和加裝暖風(fēng)器的糅合應(yīng)用過(guò)程中，可降低腐蝕的可能性，從而避免低溫黏結(jié)性積灰和堵灰的發(fā)生^[4]。在合理控制空氣側(cè)與煙氣側(cè)的壓力差后，可將漏風(fēng)率控制在7%-15%。

4.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)燃煤機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的作業(yè)環(huán)節(jié)分析，可將漏風(fēng)率嚴(yán)格控制在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的7%-10%以內(nèi)。即降低因煙溫不穩(wěn)定引起的設(shè)備腐蝕、縮小了鍋爐機(jī)組排煙受熱損失和送風(fēng)機(jī)的超負(fù)荷運(yùn)載，為燃煤機(jī)組電廠運(yùn)行的穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)性提供網(wǎng)絡(luò)研究方案。

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