鍋爐回轉(zhuǎn)式空預(yù)器漏風原因及解決對策

丘贈榮

（國能（泉州）熱電有限公司，泉州 362804）

鍋爐回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器（下文簡稱空預(yù)器）在能源產(chǎn)業(yè)中扮演著關(guān)鍵角色，通過提高熱效率和減少環(huán)境影響來推動工業(yè)進程。在空預(yù)器的使用和運行中，漏風問題一直是關(guān)鍵組件的重大挑戰(zhàn)，直接影響著能源生產(chǎn)的效率和環(huán)保性。鍋爐回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的漏風問題較為復(fù)雜，且具有較大的危害，因此有必要對其原因進行詳細梳理和分析，以采取有效措施對其進行預(yù)防和處理?；诖耍恼律钊胩接懟剞D(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風的根本原因，并提出一系列解決對策，以提高設(shè)備的性能和可靠性，為清潔、高效的能源生產(chǎn)做出貢獻。

1 鍋爐回轉(zhuǎn)式空預(yù)器漏風原因

從現(xiàn)階段鍋爐回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的實際使用情況來看，其漏風原因主要集中在3 個方面，即熱膨脹導致漏風、攜帶漏風、吹灰堵灰和酸霧腐蝕造成漏風。實踐中可能面臨單一原因或者多個原因共同導致的漏風，所以針對以上3 個方面原因進行詳細分析。

1.1 熱膨脹導致直接漏風

熱膨脹導致直接漏風是回轉(zhuǎn)式空預(yù)器漏風問題的主要原因，其源于空預(yù)器內(nèi)部的溫度差異，高溫的煙氣端與相對低溫的一、二次風側(cè)的溫度懸殊。當高溫煙氣流經(jīng)空預(yù)器時，其熱量傳遞到轉(zhuǎn)子上，導致轉(zhuǎn)子的徑向膨脹。這是物體在受熱時常見的自然反應(yīng)，金屬構(gòu)件會在高溫下膨脹，在低溫下收縮。該現(xiàn)象在空預(yù)器中尤為明顯，因為這些構(gòu)件承受著高溫煙氣和低溫一、二次風的交替作用。

在高溫環(huán)境下，轉(zhuǎn)子的徑向膨脹較為顯著，而在一、二次風側(cè)，轉(zhuǎn)子的膨脹程度相對較小，產(chǎn)生直接漏風問題[1]。當轉(zhuǎn)子經(jīng)過一、二次風側(cè)后，由于其空腔內(nèi)包含空氣，這些空氣會隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)進入煙氣側(cè)。此過程形成一個漏風通道，高溫煙氣和冷空氣相互混合，導致空預(yù)器產(chǎn)生漏風現(xiàn)象。需注意，在高溫環(huán)境下轉(zhuǎn)子可能發(fā)生“蘑菇狀”變形，導致扇形密封板與轉(zhuǎn)子、靜子端面之間產(chǎn)生密封間隙，從而形成一個三角形的漏風區(qū)域。該結(jié)構(gòu)性變化進一步加大了直接漏風的程度，使得空預(yù)器的漏風量明顯增加。因此，熱膨脹是回轉(zhuǎn)式空預(yù)器直接漏風的核心原因，在高溫工作條件下尤為顯著。

1.2 攜帶漏風

攜帶漏風作為回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的固有問題，源于其特殊的工作原理。在空預(yù)器運行時，轉(zhuǎn)子緩慢旋轉(zhuǎn)，高溫的煙氣向低溫的一、二次風依次傳遞熱量[2]。但是由于機械設(shè)計的復(fù)雜性，轉(zhuǎn)子內(nèi)部存在一些空腔。這些空腔在旋轉(zhuǎn)時會攜帶一些空氣進入煙氣側(cè)，形成攜帶漏風。這一現(xiàn)象在回轉(zhuǎn)式空預(yù)器中無法避免，因此無法完全消除攜帶漏風。

由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度通常較低，攜帶漏風的總量相對有限。盡管攜帶漏風量相對較小，但是它仍然對空預(yù)器的性能產(chǎn)生了一定的負面影響。攜帶漏風量由空預(yù)器自身結(jié)構(gòu)決定，因此減少攜帶漏風的唯一途徑是改進設(shè)計和提高制造工藝，以減少轉(zhuǎn)子內(nèi)部的空氣攜帶。

1.3 吹灰堵灰和酸霧腐蝕造成漏風

吹灰堵灰和酸霧腐蝕是導致回轉(zhuǎn)式空預(yù)器漏風的重要因素，與鍋爐的運行環(huán)境和維護管理密切相關(guān)。

吹灰堵灰指在鍋爐運行過程中，燃燒產(chǎn)生的飛灰會在空預(yù)器內(nèi)部沉積和堆積，尤其是在轉(zhuǎn)子和密封部件附近[3]。這些灰塵沉積會導致部分風道被堵塞，從而改變風流分布，增加漏風的可能性。當風道被嚴重堵塞時，風的流通受到限制，壓力差會導致密封部件的磨損，從而提高漏風率。

在鍋爐運行過程中，煙氣中含有二氧化硫和三氧化硫等酸性氣體，與水蒸氣發(fā)生化學反應(yīng)后形成酸霧。酸霧附著在空預(yù)器的內(nèi)部表面，導致金屬部件的腐蝕和腐蝕產(chǎn)物的沉積。腐蝕會損害密封部件的完整性，使其失去密封性，進而引發(fā)漏風。酸霧腐蝕的嚴重程度取決于排煙溫度與酸霧露點溫度之間的關(guān)系[4]。如果排煙溫度低于酸霧的露點溫度，則酸霧會在空預(yù)器內(nèi)成為液態(tài)，造成嚴重的腐蝕和漏風問題。

2 自動漏風控制系統(tǒng)分析

鍋爐回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器自動漏風控制系統(tǒng)是一種用于控制空氣預(yù)熱器中空氣泄漏的設(shè)備，主要利用探測器和執(zhí)行機構(gòu)來監(jiān)測和控制回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的動、靜部分之間的間隙，并保持其密封和熱變形之間的動態(tài)平衡，其功能集中體現(xiàn)在3 個方面。

2.1 密封與熱變形的動態(tài)平衡

密封與熱變形的動態(tài)平衡是漏風控制系統(tǒng)的核心，對于確?；剞D(zhuǎn)式空預(yù)器的高效運行至關(guān)重要。該系統(tǒng)結(jié)合密封技術(shù)和實時監(jiān)測，以減少直接漏風，其重要性體現(xiàn)在3 個方面。

首先，回轉(zhuǎn)式空預(yù)器工作時，內(nèi)外溫度差異引發(fā)了轉(zhuǎn)子的熱膨脹，導致扇形板與轉(zhuǎn)子之間的間隙變化。若密封間隙不得當，則會出現(xiàn)直接漏風。動態(tài)平衡的概念強調(diào)了密封系統(tǒng)的適應(yīng)性，能夠根據(jù)轉(zhuǎn)子的熱變形實時調(diào)整扇形板的位置，以確保最小的漏風通道。這意味著在不同負荷、溫度和運行工況下，系統(tǒng)都能夠保持最佳密封性能。其次，通過實時監(jiān)測轉(zhuǎn)子的熱變形，借助現(xiàn)代傳感技術(shù)和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)高度自動化的漏風控制。傳感器不斷采集轉(zhuǎn)子的溫度數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)調(diào)整扇形板的位置。這種動態(tài)監(jiān)測和調(diào)整機制保證了密封性能的連續(xù)優(yōu)化，無須手動干預(yù)。這在長時間運行和快速負荷變化的情況下尤為關(guān)鍵，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。最后，密封與熱變形的動態(tài)平衡有助于減少能源浪費和環(huán)境污染[5]。通過最小化漏風通道，系統(tǒng)能夠有效預(yù)熱進入鍋爐的空氣，提高鍋爐的熱效率，不僅降低了能源消耗，還減少了污染物的排放。

2.2 定時自動調(diào)整

定時自動調(diào)整是漏風控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵策略，通過精確的時間控制和扇形板位置的調(diào)整，實現(xiàn)漏風控制的高效性和系統(tǒng)的穩(wěn)定運行[6]。

首先，定時自動調(diào)整策略采用預(yù)設(shè)的速率來下行和上行扇形板，以達到最佳密封狀態(tài)。定時自動調(diào)整確保了密封間隙的周期性優(yōu)化，無須人工干預(yù)。系統(tǒng)可以在固定的時間間隔內(nèi)微調(diào)扇形板的位置，以適應(yīng)不同運行工況和負荷要求。這種精確的控制機制保證了密封性能的持續(xù)最優(yōu)化，最大限度避免了漏風問題的發(fā)生。其次，系統(tǒng)考慮了多塊扇形板的下行順序，以避免空預(yù)器電流突升。在某些情況下，如果多塊扇形板同時下行，可能會導致電流急劇增加，對設(shè)備的穩(wěn)定性造成威脅。系統(tǒng)采用巧妙的時間分配，確保扇形板的下行順序有序而平衡，不會引發(fā)不穩(wěn)定的電流變化，從而保證了系統(tǒng)在自動調(diào)整時的安全性和可控性。最后，定時自動調(diào)整策略的應(yīng)用對于提高設(shè)備性能和延長設(shè)備壽命具有顯著的經(jīng)濟價值。通過定期調(diào)整扇形板的位置，系統(tǒng)不僅減小了漏風通道，提高了預(yù)熱空氣的效率，還減輕了設(shè)備的磨損和熱應(yīng)力，延長了設(shè)備的使用壽命。

2.3 防摩擦保護機制

防摩擦保護機制在漏風控制系統(tǒng)中扮演著關(guān)鍵角色，通過位置傳感器的智能監(jiān)測和反饋，確保了扇形板與轉(zhuǎn)子之間的最小間隙，維護了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

首先，該機制依賴精密的位置傳感器，實時監(jiān)測扇形板的位置。當扇形板下行到最低位置時，傳感器能夠準確探測到這一狀態(tài)變化，并迅速觸發(fā)扇形板上升。該過程的速度和準確性十分重要，合適的速度和較高的準確性不僅可以保持密封的最佳狀態(tài)，還能夠避免不必要的磨損和摩擦。其次，防摩擦保護機制的作用是實現(xiàn)扇形板與轉(zhuǎn)子之間的動態(tài)平衡。通過智能控制扇形板的上下移動，系統(tǒng)可以在不同運行工況下維持最小的漏風通道，減少直接漏風問題。這種動態(tài)平衡的維護不僅有助于減輕設(shè)備的磨損和熱應(yīng)力，而且延長了設(shè)備的使用壽命。最后，防摩擦保護機制確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少了不必要的維護成本。通過避免扇形板與轉(zhuǎn)子的摩擦，降低了設(shè)備的磨損程度，減少了零部件的更換頻率，從而降低了維護和修理費用，對于鍋爐系統(tǒng)的經(jīng)濟性和可持續(xù)性具有積極影響。

3 鍋爐回轉(zhuǎn)式空預(yù)器漏風的解決對策

3.1 改進密封結(jié)構(gòu)

改進密封結(jié)構(gòu)是有效降低回轉(zhuǎn)式空預(yù)器漏風的重要措施。傳統(tǒng)空預(yù)器采用的單密封技術(shù)存在一定漏風風險，因為在煙氣和空氣的交界處僅有一條密封線，容易受到熱膨脹和機械變形的影響[7]。而現(xiàn)代大型預(yù)熱器采用雙層或多層密封結(jié)構(gòu)，使得空預(yù)器的密封更加可靠。

一方面，引入額外的密封層，在煙氣側(cè)和空氣側(cè)分別設(shè)置密封結(jié)構(gòu)，從而在兩側(cè)形成雙重屏障，阻止形成漏風通道，有效降低了漏風的可能性。即使一側(cè)的密封發(fā)生故障或變形，另一側(cè)仍然可以保持密封狀態(tài)，保障設(shè)備的穩(wěn)定運行。

另一方面，多層密封結(jié)構(gòu)具有更好的耐熱性和耐腐蝕性。由于預(yù)熱器內(nèi)部工作環(huán)境復(fù)雜，高溫和酸霧可能腐蝕密封材料。雙層或多層密封結(jié)構(gòu)可以選擇不同的材料，以適應(yīng)不同的工作條件，延長密封件的使用壽命，減少維護和更換密封件的頻率。

3.2 優(yōu)化轉(zhuǎn)子間隙

優(yōu)化轉(zhuǎn)子間隙是有效控制回轉(zhuǎn)式空預(yù)器漏風的重要手段。通過合理控制熱端和冷端的轉(zhuǎn)子徑向間隙，結(jié)合靜密封裝置的應(yīng)用，可以降低漏風率，提升設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，確保鍋爐系統(tǒng)的高效運行。

一方面，熱端轉(zhuǎn)子徑向間隙的控制至關(guān)重要。由于熱端溫度較高，轉(zhuǎn)子在這一部分容易發(fā)生膨脹，導致轉(zhuǎn)子與密封件之間的間隙增大。為了減小這一間隙，引入可以在熱態(tài)運行時保持密封間隙穩(wěn)定性的靜密封裝置。靜密封裝置可以避免漏風通道的形成，預(yù)防熱端膨脹引起的漏風問題。

另一方面，冷端轉(zhuǎn)子徑向間隙的控制也至關(guān)重要。冷端的壓差大于熱端，因此冷端的徑向漏風是漏風問題的另一個重要因素[8]。嚴格控制冷端轉(zhuǎn)子的徑向間隙，可以降低冷端漏風的可能性。通常采用冷端預(yù)熱、熱端彌補的方法進行調(diào)整與控制，以保證冷端的穩(wěn)定性和密封性。

3.3 處理腐蝕問題

一方面，處理腐蝕問題是回轉(zhuǎn)式空預(yù)器漏風控制的關(guān)鍵因素。在鍋爐運行中，酸霧腐蝕是一個常見而嚴重的問題，會導致設(shè)備表面腐蝕，進而影響空預(yù)器的密封性，增加漏風風險。為減少酸霧腐蝕，采用酸霧防護措施至關(guān)重要。監(jiān)控排煙溫度，確保低于酸霧的露點溫度，可以防止酸霧形成。同時，添加化學處理劑中和煙氣中的酸性物質(zhì)，可以減少酸性物質(zhì)對設(shè)備的腐蝕作用。

另一方面，定期清潔也是控制漏風的重要策略。在鍋爐運行中，灰塵和腐蝕產(chǎn)物可能堆積在設(shè)備表面，形成堵灰。這不僅會降低設(shè)備的換熱效率，還會增加漏風的可能性。為了降低漏風率，可以采用熱風循環(huán)清灰、聲波吹灰等高效清潔技術(shù)，定期清除堵灰，確保設(shè)備表面的光滑和清潔，從而提升密封性和減少漏風。

4 結(jié)語

在鍋爐系統(tǒng)中，漏風問題一直是一個嚴峻挑戰(zhàn)。采用創(chuàng)新的解決對策和先進的漏風控制系統(tǒng)，能夠有效降低漏風率。改進密封結(jié)構(gòu)、優(yōu)化轉(zhuǎn)子間隙、處理腐蝕問題以及采用自動漏風控制系統(tǒng)等方法，不僅可以提高設(shè)備的性能和可靠性，還為能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。隨著技術(shù)的不斷進步，期待出現(xiàn)更多創(chuàng)新解決方案，進一步提高鍋爐系統(tǒng)的效率和環(huán)保性。