間隙自補(bǔ)償漏風(fēng)控制系統(tǒng)在空氣預(yù)熱器密封改造中的應(yīng)用

徐百?gòu)?qiáng)，孫延維

(哈爾濱興隆鍋爐有限公司，哈爾濱 150089)

1 問題的提出

回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器是發(fā)電企業(yè)大型鍋爐的重要輔助設(shè)備之一。漏風(fēng)率是衡量空氣預(yù)熱器性能的一個(gè)重要指標(biāo)。而在實(shí)際運(yùn)行中的漏風(fēng)率遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)漏風(fēng)率是當(dāng)前空氣預(yù)熱器的常見問題。

回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)的原因主要有以下幾個(gè)方面：

(1)由于轉(zhuǎn)子與定子之間有間隙，空氣預(yù)熱器尺寸較大，運(yùn)行時(shí)，煙氣由上而下流動(dòng)，空氣則由下而上流動(dòng)，在這種情況下，會(huì)使整個(gè)空氣預(yù)熱器的上部溫度增高，下部溫度變低，形成蘑菇狀變形，導(dǎo)致各部分間隙發(fā)生變化，增大了漏風(fēng)率。

(2)由于被加熱的空氣是正壓，煙氣是負(fù)壓，其間存在一定的壓差。在壓差的作用下，空氣會(huì)通過(guò)間隙漏人煙氣中,具體情況如圖1所示。

圖1 空氣預(yù)熱器漏風(fēng)狀況

(3)攜帶漏風(fēng)，轉(zhuǎn)動(dòng)部件也會(huì)把部分空氣帶到煙氣側(cè)。

漏風(fēng)不但會(huì)增大排煙熱損失和引風(fēng)機(jī)電耗，也會(huì)使煙溫降低而加速受熱面腐蝕；當(dāng)漏風(fēng)嚴(yán)重時(shí)，會(huì)使送入鍋爐參加燃燒的空氣量不足，而直接影響鍋爐出力。漏風(fēng)與直接漏風(fēng)比例數(shù)據(jù)如圖2所示。由圖2中的數(shù)據(jù)很容易發(fā)現(xiàn)，空氣預(yù)熱器漏風(fēng)主要是轉(zhuǎn)子發(fā)生蘑菇狀變形而引起的直接漏風(fēng)，在直接漏風(fēng)中，徑向漏風(fēng)占據(jù)了很大的比例。從漏風(fēng)原理及漏風(fēng)結(jié)構(gòu)比例出發(fā)，解決了徑向漏風(fēng)問題，就能大幅度地降低空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率。

圖2 漏風(fēng)與直接漏風(fēng)比例數(shù)據(jù)

2 間隙自補(bǔ)償漏風(fēng)控制系統(tǒng)

由回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器工作原理可知，空氣預(yù)熱器在熱態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子發(fā)生“蘑菇狀”變形是不可避免的，所以漏風(fēng)也是不可避免的。目前所采用的漏風(fēng)控制技術(shù)只是最大限度地降低漏風(fēng)率，不可能100%地消除漏風(fēng)。下面介紹控制空氣預(yù)熱器漏風(fēng)的解決方法，其中，跟蹤式漏風(fēng)控制系統(tǒng)和固定式密封系統(tǒng)為傳統(tǒng)的解決方法，間隙自補(bǔ)償漏風(fēng)控制系統(tǒng)為全新的漏風(fēng)控制方法。

2.1 跟蹤式漏風(fēng)控制系統(tǒng)

跟蹤式漏風(fēng)控制系統(tǒng)的主要作用是降低轉(zhuǎn)子徑向漏風(fēng)，其原理是在扇形板上安裝密封間隙傳感器，當(dāng)空氣預(yù)熱器額定工況或變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，傳感器時(shí)時(shí)跟蹤密封間隙的變化，將輸出信號(hào)傳遞到扇形板上部安裝的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)扇形板進(jìn)行位移，這樣就能夠保證密封面達(dá)到一個(gè)最佳狀態(tài)，跟蹤式漏風(fēng)控制系統(tǒng)具體控制情況如圖3所示。跟蹤式漏風(fēng)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是在控制系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，保持合適的密封間隙，能很好地降低漏風(fēng)率，漏風(fēng)率可降低3%～4%。跟蹤式漏風(fēng)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)是由于傳感器在空氣預(yù)熱器倉(cāng)內(nèi)工作，在工作環(huán)境溫度高、粉塵高的環(huán)境下工作，工作環(huán)境比較惡劣。在這樣的環(huán)境下，傳感器很容易失靈。傳感器失靈后，控制系統(tǒng)的保護(hù)功能會(huì)把扇形板提高，這樣會(huì)使密封間隙變大，漏風(fēng)率也隨之急劇增大，嚴(yán)重影響著機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。這種漏風(fēng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，日常維護(hù)工作量較大。

圖3 跟蹤式漏風(fēng)控制系統(tǒng)

2.2 固定式密封系統(tǒng)

這種密封系統(tǒng)完全忽略了轉(zhuǎn)子變形給漏風(fēng)帶來(lái)的影響。該系統(tǒng)是根據(jù)設(shè)計(jì)值將扇形板密封間隙調(diào)好后，直接將調(diào)整裝置固定焊死到桁架上。這種系統(tǒng)在使用效果上雖然能達(dá)到機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，但從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的效果來(lái)看，由于固定式密封系統(tǒng)漏風(fēng)率高達(dá)10%，就失去了經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的意義。

2.3 間隙自補(bǔ)償漏風(fēng)控制系統(tǒng)

間隙自補(bǔ)償漏風(fēng)控制系統(tǒng)是從轉(zhuǎn)子熱變形原理的角度出發(fā)，由于“蘑菇狀”變形只發(fā)生在轉(zhuǎn)子的承載部分，所以，姑且把轉(zhuǎn)子隔板分成上下兩段(如圖4所示)，下段承載部分發(fā)生變形，上段隔板不隨下段隔板發(fā)生變形。這樣，可消除轉(zhuǎn)子“蘑菇狀”熱變形，減小空氣預(yù)熱器熱態(tài)下轉(zhuǎn)子與相對(duì)固定的密封面之間的間隙，降低了空氣預(yù)熱器漏風(fēng)，提高了空氣預(yù)熱器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

圖4 轉(zhuǎn)子隔板上、下段變形狀況

無(wú)蘑菇狀變形轉(zhuǎn)子由熱端隔板、下段隔板組成，2個(gè)下段隔板之間裝有蓄熱包。蓄熱包轉(zhuǎn)動(dòng)到煙道時(shí)從煙氣中吸收熱量，此時(shí)蓄熱包溫度升高，煙氣溫度降低。然后蓄熱包轉(zhuǎn)到空氣通道放出熱量，此時(shí)空氣溫度升高，蓄熱包溫度降低。煙氣流向從上到下，空氣流向從下到上，所以下段隔板上端的溫度高于下端溫度。下段隔板固定于中心組件上，以中心組件下端為熱膨脹中心，由于上下溫差的作用就會(huì)產(chǎn)生所謂的蘑菇狀變形。由于上段隔板和下段隔板只是相搭，上下位移相互不受限制，上段隔板和下段隔板都無(wú)向下熱變形，轉(zhuǎn)子整體上無(wú)蘑菇狀變形，空氣預(yù)熱器密封間隙就能得到很好的控制，空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)量就會(huì)降低。

3 改造效果與效益分析

3.1 改造效果

湖北能源集團(tuán)鄂州發(fā)電有限公司(以下簡(jiǎn)稱鄂州發(fā)電公司)#3鍋爐為東方鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的1 950 t/h超臨界變壓直流本生型鍋爐，一次再熱，單爐膛，尾部雙煙道，采用平行擋板調(diào)節(jié)再熱器溫度，固態(tài)排渣，全鋼構(gòu)架，全懸吊結(jié)構(gòu)，平衡通風(fēng)，半露天布置。鍋爐采用正壓直吹制粉系統(tǒng)，配有6臺(tái)雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)。#3鍋爐所配的空氣預(yù)熱器為東方鍋爐廠有限公司生產(chǎn)，型號(hào)為L(zhǎng)AP13494/1900，每臺(tái)鍋爐配2臺(tái)空氣預(yù)熱器，2007年開始安裝，2010年正式投入商業(yè)運(yùn)行。轉(zhuǎn)子直徑為13 494 mm,蓄熱元件高度自上而下分別為800，800和300 mm,冷段300 mm蓄熱元件為低合金耐腐蝕傳熱元件，其余熱段蓄熱元件為碳鋼，每臺(tái)空氣預(yù)熱器金屬質(zhì)量為584 t，其中轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量為438 t。轉(zhuǎn)速為0.99 r/min，分24個(gè)模數(shù)倉(cāng)格，每個(gè)倉(cāng)格的角度為15°，每個(gè)倉(cāng)格分2個(gè)部分，該空氣預(yù)熱器為三分倉(cāng)類型，將一次風(fēng)與二次風(fēng)分隔，一次風(fēng)倉(cāng)的角度為50°、二次風(fēng)倉(cāng)的角度為130°、煙氣倉(cāng)的角度為180°；空氣預(yù)熱器設(shè)有徑向、軸向和旁路密封系統(tǒng)；熱端徑向密封設(shè)有自動(dòng)控制系統(tǒng)；扇形板的角度為15°，為雙密封設(shè)計(jì)?？諝忸A(yù)熱器初始設(shè)計(jì)時(shí)的漏風(fēng)率：在機(jī)組額定出力時(shí)，漏風(fēng)率在1年內(nèi)小于6%，在1年后小于8%。自設(shè)備投產(chǎn)以來(lái)，由于自動(dòng)跟蹤裝置故障率比較高，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率比較大。鄂州發(fā)電公司采用間隙自補(bǔ)償漏風(fēng)控制系統(tǒng)對(duì)空氣預(yù)熱器進(jìn)行了密封改造后，空氣預(yù)熱器改造前、后漏風(fēng)率對(duì)照結(jié)果見表1。

表1 空氣預(yù)熱器改造前、后漏風(fēng)率 %

空氣預(yù)熱器改造后，機(jī)組運(yùn)行在1年內(nèi)，在60%，80%，100%額定負(fù)荷工況下，空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率均不大于5%。

3.2 效益分析

空氣預(yù)熱器密封改造后，漏風(fēng)率平均下降4%～5%，按年均運(yùn)行7 500 h、單機(jī)發(fā)電量4.5×109kW·h、標(biāo)準(zhǔn)煤?jiǎn)蝺r(jià)500元/t計(jì)算，經(jīng)濟(jì)效益分析如下：空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率每下降1%，可降低發(fā)電煤耗約0.16 g/(kW·h)，年產(chǎn)生效益達(dá)162萬(wàn)元。此外，根據(jù)以往熱力試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率每提高一個(gè)百分點(diǎn)，送風(fēng)機(jī)電流降低約0.5 A，引風(fēng)機(jī)電流降低約0.8 A，一次風(fēng)機(jī)電流降低約0.2 A。風(fēng)機(jī)每年節(jié)電效益可達(dá)60萬(wàn)元。

4 結(jié)論

鄂州發(fā)電公司使用間隙自補(bǔ)償漏風(fēng)控制系統(tǒng)對(duì)空氣預(yù)熱器進(jìn)行密封改造后，空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率明顯減小，根據(jù)改造后鍋爐機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，爐膛配風(fēng)和燃燒狀況得到了明顯的改善，風(fēng)機(jī)能耗下降，排煙熱損失減少，在煤耗下降的同時(shí)也減少了污染物的排放。經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯。

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