空預(yù)器密封片脫落的運行數(shù)據(jù)分析

方久文

（天津國電津能濱海熱電有限公司 天津 300300）

引言

空預(yù)器是利用鍋爐尾部煙氣熱量來加熱燃燒所需空氣的一種熱交換裝置?？疹A(yù)器按照傳熱方式可分為兩大類，即導(dǎo)熱式和再生式（蓄熱式）。

本文以我單位空預(yù)器為例，正常運行時發(fā)現(xiàn)空預(yù)器電流波動頻繁，一次風(fēng)壓、二次風(fēng)壓和爐膛負(fù)壓隨之有規(guī)律的波動，根據(jù)這一現(xiàn)象初步預(yù)判為空預(yù)器密封片缺失導(dǎo)致漏風(fēng)，進一步對一次風(fēng)壓、二次風(fēng)壓波動曲線進行詳細(xì)分析，得出空預(yù)器密封片漏風(fēng)區(qū)域，隨后停機檢修時發(fā)現(xiàn)漏風(fēng)區(qū)域與密封片實際脫落情況相吻合，驗證了本文的分析方法和方向的可行性和正確性。

1 空預(yù)器原理及結(jié)構(gòu)介紹

我單位330MW機組使用的是29—VI（T）—1950—SMR容克式空預(yù)器。容克式空預(yù)器從煙氣中吸收熱量，然后通過由特殊形狀的金屬板組成的連續(xù)轉(zhuǎn)動的傳熱元件把熱量傳給冷空氣。預(yù)熱器裝有徑向密封和旁路密封，形成預(yù)熱器一半流通煙氣，另一半流通空氣。當(dāng)轉(zhuǎn)子慢速轉(zhuǎn)動時，煙氣和空氣交替流過傳熱元件，傳熱元件從熱煙氣吸收熱量，然后這部分熱元件受空氣流的沖刷，釋放出貯藏的熱量，這樣使空氣溫度大為提高。

容克式空預(yù)器采用垂直軸、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的布置方式。預(yù)熱器結(jié)構(gòu)主要由轉(zhuǎn)子傳熱元件、外殼、冷熱端連接板、傳動裝置、密封系統(tǒng)、清洗裝置等組成。

圖1 空預(yù)器結(jié)構(gòu)立體圖

其中煙氣側(cè)占總體積的1/2，一次風(fēng)側(cè)占1/6，二次風(fēng)側(cè)占1/3。

空預(yù)器轉(zhuǎn)子通過轉(zhuǎn)子中心筒和端軸裝置支承在推力向心滾子軸承上，支撐軸承裝在冷端中心桁架上。在空預(yù)器的上部，轉(zhuǎn)子通過用螺栓固定在中心筒上的導(dǎo)向端軸，由雙列向心球面滾子軸承導(dǎo)向，導(dǎo)向軸承固定在熱端中心桁架上。

圖2 空預(yù)器支撐軸承結(jié)構(gòu)

圖3 空預(yù)器導(dǎo)向軸承結(jié)構(gòu)

空預(yù)器傳動采用中心傳動。中心傳動裝置包括主電機和輔電機各一臺，主輔電機同軸連接。

2 空預(yù)器密封介紹

2.1 空預(yù)器密封概述

因為容克式空預(yù)器是一種空氣和煙氣逆向流動、回轉(zhuǎn)式的熱交換裝置，在熱交換過程中，有丟失能量的內(nèi)在趨勢，能量的丟失是因為空氣和煙氣之間的壓差引起的空氣向煙氣的泄漏。密封系統(tǒng)能控制并減少漏風(fēng)從而減少能量的流失，密封系統(tǒng)是根據(jù)空預(yù)器受熱變形而設(shè)計的，它包括徑向密封、軸向密封、旁路密封以及靜密封。該密封系統(tǒng)提供了許多調(diào)整值，維修方便。

2.2 中心筒密封

在每一個轉(zhuǎn)子徑向隔板的內(nèi)側(cè)的熱端和冷端都裝有中心筒密封片，中心筒密封環(huán)繞熱端和冷端轉(zhuǎn)子中心筒周圍。中心筒密封開槽并固定在徑向隔板的內(nèi)端，密封無論是在徑向還是在軸向的方向上都可以調(diào)節(jié)并焊接就位。

2.3 徑向密封

沿著每個轉(zhuǎn)子徑向隔板的熱端和冷端徑向邊緣安裝有徑向密封片，徑向密封片上開腰形螺栓孔用螺栓固定在徑向隔板上，密封片可沿著軸向方向上調(diào)節(jié)。

2.4 軸向密封

沿著每個轉(zhuǎn)子徑向隔板外側(cè)的軸向邊緣安裝有軸向密封片，軸向密封片上開腰形螺栓孔用螺栓固定徑向隔板上，密封片可沿著徑向方向調(diào)節(jié)。

2.5 旁路密封

沿著轉(zhuǎn)子外殼的內(nèi)側(cè)，在空預(yù)器轉(zhuǎn)子的出口和入口處裝有旁路密封片。這些密封片在空預(yù)器的轉(zhuǎn)子外殼的熱端和冷端的空氣側(cè)和煙氣側(cè)呈圓周分布。旁路密封片可沿著軸向方向上調(diào)節(jié)。

3 故障現(xiàn)象及簡析

我單位#2機組正常運行時發(fā)現(xiàn)空預(yù)器電流擺動，一次風(fēng)壓及二次風(fēng)壓呈規(guī)律性波動，隨之爐膛負(fù)壓波動，具體參數(shù)及分析如下：

分別截取六月（圖4）、七月（圖5）、八月（圖6）三個月參數(shù)對比分析。

圖4 運行實際工況曲線

圖5 運行實際工況曲線

我單位空預(yù)器轉(zhuǎn)速0.96r/min，約一分鐘一轉(zhuǎn)，煙氣側(cè)占空預(yù)器總體積的1/2，一次風(fēng)側(cè)占1/6，二次風(fēng)側(cè)占1/3，空預(yù)器運行時，轉(zhuǎn)向由煙氣側(cè)轉(zhuǎn)至一次風(fēng)側(cè)再轉(zhuǎn)至二次風(fēng)側(cè)，之后回到煙氣側(cè)依次循環(huán)。

如上圖5所示，一次風(fēng)壓第一次突變下降時，正直密封片脫落處轉(zhuǎn)至一次風(fēng)和煙氣側(cè)交界處，當(dāng)一次風(fēng)壓到達(dá)最低處8.54kpa時漏風(fēng)量最大，在一次風(fēng)側(cè)和煙氣側(cè)由于密封片脫落導(dǎo)致的漏風(fēng)區(qū)域最大，之后隨著空預(yù)器轉(zhuǎn)動，漏風(fēng)區(qū)域逐漸減少，直至漏風(fēng)區(qū)域完全進入一次風(fēng)側(cè)，而一次風(fēng)壓也隨之升高至正常值；一次風(fēng)壓第二次突變下降時，為密封片脫落處轉(zhuǎn)至一次風(fēng)和二次風(fēng)側(cè)交界處，此時二次風(fēng)壓開始隨一次風(fēng)漏入而上漲，當(dāng)一次風(fēng)壓達(dá)到最低8.56kpa時漏風(fēng)量最大，二次風(fēng)壓同時也達(dá)到曲線波動最高值0.31kpa，此時一次風(fēng)側(cè)與二次風(fēng)側(cè)由于密封片脫落導(dǎo)致的漏風(fēng)區(qū)域最大，之后隨著空預(yù)器轉(zhuǎn)動，漏風(fēng)區(qū)域逐漸減少，直至漏風(fēng)區(qū)域完全進入二次風(fēng)側(cè)，一次風(fēng)壓也隨之恢復(fù)到正常值波動范圍。由于煙氣側(cè)為微負(fù)壓，二次風(fēng)側(cè)稍有正壓，所以一次風(fēng)壓第一次下降最低值低于第二次下降最低值。之后隨空預(yù)器轉(zhuǎn)動，密封片脫落處轉(zhuǎn)至二次風(fēng)與煙氣側(cè)交界處，二次風(fēng)壓突變下降并降至曲線波動最低值0.16kpa，此時在二次風(fēng)側(cè)和煙氣側(cè)由于密封片脫落導(dǎo)致的漏風(fēng)區(qū)域最大，之后隨著空預(yù)器轉(zhuǎn)動，漏風(fēng)區(qū)域逐漸減少，直至漏風(fēng)區(qū)域完全進入煙氣側(cè)，二次風(fēng)壓也隨之恢復(fù)到正常波動范圍。

以一次風(fēng)壓第一次突變下降為計時零點，經(jīng)以上分析并結(jié)合圖5，空預(yù)器一次風(fēng)側(cè)所占區(qū)域為一次風(fēng)壓第一次突變下降（漏風(fēng)區(qū)域剛進入一次風(fēng)側(cè)區(qū)域）至一次風(fēng)壓第二次突變下降（漏風(fēng)區(qū)域剛進入二次風(fēng)側(cè)區(qū)域）所在的區(qū)域，用時為10s；二次風(fēng)壓突變下降并至曲線波動最低值為二次風(fēng)漏風(fēng)至煙氣側(cè)，由此可得出此次二次風(fēng)突變下降時正好是漏風(fēng)區(qū)域剛進入煙氣側(cè)，從計時零點至此共用時29s，在此期間空預(yù)器共轉(zhuǎn)過一次風(fēng)側(cè)區(qū)域和二次風(fēng)側(cè)區(qū)域，所以空預(yù)器轉(zhuǎn)過二次風(fēng)側(cè)所占區(qū)域用時19s；從一次風(fēng)壓波動曲線可以得出，一次風(fēng)壓第一次突變下降到下一個周期的第一次突變下降所用的時間為60s，所以空預(yù)器轉(zhuǎn)過煙氣側(cè)所占的區(qū)域用時31s。

綜上所述，一次風(fēng)側(cè)、二次風(fēng)側(cè)、煙氣側(cè)所占空預(yù)器體積的比例（10:19:31）與設(shè)計值（1:2:3）極為接近。如圖5所示，一次風(fēng)壓第一次下降直至恢復(fù)正常波動（漏風(fēng)區(qū)域通過煙氣側(cè)和一次風(fēng)側(cè)交界處）和第二次下降直至恢復(fù)正常波動（漏風(fēng)區(qū)域通過一次風(fēng)側(cè)和二次風(fēng)側(cè)交界處）所用的時間都為6s，即漏風(fēng)區(qū)域在一個周期所占時間為6s,由此可以得出漏風(fēng)區(qū)域占空預(yù)器總體積的1/10。

圖6 運行實際工況曲線

如上圖6所示，一次風(fēng)壓第一次突變下降時，正直密封片脫落處轉(zhuǎn)至一次風(fēng)側(cè)和煙氣側(cè)交界處，當(dāng)一次風(fēng)壓到達(dá)最低處7.65kpa時，在一次風(fēng)和煙氣側(cè)由于密封片脫落導(dǎo)致的漏風(fēng)區(qū)域最大，之后隨著空預(yù)器轉(zhuǎn)動，漏風(fēng)區(qū)域逐漸減少，直至漏風(fēng)區(qū)域完全進入一次風(fēng)側(cè)，而一次風(fēng)壓也隨之升高至正常值；一次風(fēng)壓第二次突變下降時，為密封片脫落處轉(zhuǎn)至一次風(fēng)和二次風(fēng)側(cè)交界處，此時二次風(fēng)壓開始隨一次風(fēng)漏入而上漲，當(dāng)一次風(fēng)壓達(dá)到最低7.90kpa時，二次風(fēng)壓此時也接近曲線波動最大值0.64kpa，在此一次風(fēng)側(cè)和二次風(fēng)側(cè)由于密封片脫落導(dǎo)致的漏風(fēng)區(qū)域最大，之后隨著空預(yù)器轉(zhuǎn)動，漏風(fēng)區(qū)域逐漸減少，直至漏風(fēng)區(qū)域完全進入二次風(fēng)側(cè)，一次風(fēng)壓也隨之恢復(fù)到正常波動范圍。之后隨空預(yù)器轉(zhuǎn)動，密封片脫落處轉(zhuǎn)至二次風(fēng)與煙氣側(cè)交界處，二次風(fēng)壓突變下降并降至曲線波動最低值0.28kpa，此時在二次風(fēng)側(cè)和煙氣側(cè)由于密封片脫落導(dǎo)致的漏風(fēng)區(qū)域最大，之后隨著空預(yù)器轉(zhuǎn)動，漏風(fēng)區(qū)域逐漸減少，直至漏風(fēng)區(qū)域完全進入煙氣側(cè)，二次風(fēng)壓也隨之恢復(fù)到正常波動范圍。

以一次風(fēng)壓第一次突變下降為計時零點，經(jīng)以上分析并結(jié)合圖6，空預(yù)器一次風(fēng)側(cè)所占區(qū)域為一次風(fēng)壓第一次突變下降至一次風(fēng)壓第二次突變下降所在的區(qū)域，用時為9s；二次風(fēng)壓突變下降并至曲線波動最低值為二次風(fēng)漏風(fēng)至煙氣側(cè)，由此可得出此次二次風(fēng)突變下降時正好是漏風(fēng)區(qū)域剛進入煙氣側(cè)，從計時零點至此共用時27s，在此期間空預(yù)器共轉(zhuǎn)過一次風(fēng)區(qū)域和二次風(fēng)區(qū)域，所以空預(yù)器轉(zhuǎn)過二次風(fēng)所占區(qū)域用時18s；從一次風(fēng)壓波動曲線可以得出，一次風(fēng)壓第一次突變下降到下一個周期的第一次突變下降所用時間為60s，所以空預(yù)器轉(zhuǎn)過煙氣側(cè)所占的區(qū)域用時33s。

綜上所述，一次風(fēng)側(cè)、二次風(fēng)側(cè)、煙氣側(cè)所占空預(yù)器體積的比例（9:18:33）與設(shè)計值（1:2:3）比較接近。如圖6所示，一次風(fēng)壓第一次下降直至恢復(fù)正常波動（漏風(fēng)區(qū)域通過煙氣和一次風(fēng)側(cè)交界處）所用的時間都為6s，第二次下降直至恢復(fù)正常波動（漏風(fēng)區(qū)域通過一次風(fēng)和二次風(fēng)側(cè)交界處）所用的時間為7s，兩者很接近，可以認(rèn)為漏風(fēng)區(qū)域在一個周期所占時間為6—7s,由此可以得出漏風(fēng)區(qū)域占空預(yù)器總體積的1/10。

我單位針對以上現(xiàn)象申請對#2機組臨修，機組停運后，經(jīng)檢修鑒定，實際空預(yù)器漏風(fēng)區(qū)域與上述分析中數(shù)據(jù)極為接近。現(xiàn)場部分照片如下圖7所示：

圖7 空預(yù)器密封現(xiàn)場圖片

4 空預(yù)器密封裝置磨損的原因

空預(yù)器的密封裝置，在BMCR負(fù)荷下的設(shè)計溫度能提供最佳的漏風(fēng)控制。當(dāng)溫度升高到設(shè)計溫度以上時，當(dāng)前的密封片和密封表面之間的設(shè)計間隙不夠彌補過量的熱變形，從而導(dǎo)致密封片和密封表面接觸而磨損。下面的運行情況將產(chǎn)生嚴(yán)重的密封磨損：

（1）進入空預(yù)器的煙氣溫度超過設(shè)計值。

（2）通過空預(yù)器的空氣量減少。

（3）熱備用狀態(tài)，空預(yù)器有煙氣存在但沒有空氣流通過，空預(yù)器或鍋爐處于熱態(tài)。

（4）檢修后密封片上的螺栓未緊固，連接處也未點焊，隨時間推移密封片逐漸脫落。

結(jié)語

空預(yù)器的漏風(fēng)和堵塞一直以來都是一個熱議話題，也是空預(yù)器運行中的常見缺陷，與常規(guī)空預(yù)器堵塞造成的風(fēng)壓波動不同，密封片脫落造成的風(fēng)壓曲線更為復(fù)雜，影響范圍更大，隨著密封片脫落區(qū)域逐漸增大，一次風(fēng)壓、二次風(fēng)壓、爐膛負(fù)壓波動趨勢明顯增大，嚴(yán)重影響鍋爐穩(wěn)定燃燒，成為機組安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行的嚴(yán)重隱患。我們通過對曲線數(shù)據(jù)的分析，精確的定位缺陷位置及受損情況，及時掌握缺陷擴大趨勢并合理準(zhǔn)備檢修備件，為保證機組安全穩(wěn)定運行和后期的檢修工作提供重要的依據(jù)。