1000MW机组回转式空预器的优化设计

1000MW机组回转式空预器的优化设计

陈金耀

(中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司310012)

摘要：近些年来，节能环保已越来越成为燃煤电厂设计过程中的重要理念之一。其中如何减少空预器的漏风问题也被认为是提高锅炉效率及节能减排的措施之一。本文以某电厂1000MW机组为例，列举了多种减少空预器漏风的设计及改造手段，经过技术经济比选，对该机组空预器设计进行了优化，减少了空预器漏风，达到了节能减排的目的。

1概述

本文以某电厂1000MW机组为例，对其漏风原因进行分析，探讨空预器的优化设计方案。该电厂原设计方案中采用的空预器为三分仓容克式空气预热器型号LAP17286/2250，转子直径φ17286毫米，蓄热元件高度自上而下分别为1200（碳钢）和1050毫米（搪瓷）空气预热器。空预器按配脱硝装置设计，采用围带传动技术，密封系统按36隔仓双密封技术，每台空气预热器在机组额定出力时的漏风率第一年内小于6%，并在1年后小于8%。通过对原空预器设计方案优化，确保空预器投入运行一年内漏风率小于5%，一年后漏风率小于5.5%。

2原空预器存在的问题

漏风是由携带漏风和直接漏风两部分组成。携带漏风指转子从空气侧旋转到烟气侧的仓格空间中空气携带到烟气中的量，直接漏风主要由于烟空气的压差和密封间隙导致的漏风。除了工厂制造水平、工地安装水平之外，其他空预器可控的漏风主要与压差和密封间隙有关系，而本项目原合同空预器主要存在几个问题:

（1）隔仓数偏少，密封片道数少，漏风率高。

（2）密封片系统采用传统密封方式，密封间隙调整较果较差。

（3）围带传动漏风率较高。

（4）三分仓技术一次风与烟气侧压差较大，漏风较高。

针对上述问题，本项目与锅炉厂取得一定的共识，进行了设计调整。

3空预器优化设计的技术分析

（1）三密封技术及48隔仓

原设计空预器扇形板与36分仓式，把扇形板制作成15°，将转子分割为36分仓。这种密封形式保证了在转子转动的过程中，任何一个时刻都有1道密封片在扇形板下，这种形式的密封系统，又分为扇形板固定，扇形板与径向密封片之间间隙冷态调整后，扇形板不随转子的变形而跟踪变化和扇形板随转子变化自动跟踪调节间隙的调整系统两种。由于扇形板固定在空预器的热端，扇形板与径向密封之间形成了一个很大的楔形间隙，产生较大的漏风。根据理论计算及现场测试的数据分析，大型空预器中，携带漏风约占总漏风的10%20%，直接漏风约占70%80%。而直接漏风中，热端径向漏风约占直接漏风的50%70%，直径越大，此比例越大。所以，治理空预器漏风的关键即是热端径向漏风。

与36分仓相比，采用48分仓技术主要从降低压差着手，理论上可以使漏风率在原基础上降低30%。而三密封系统是指每块扇形板(22.5°)在转子转动的任何时候至少有三块径向和轴向密封片与它和轴向密封装置相配合，形成三道密封。这样就可以使密封处的压差在双密封的基础上降低30％，从而降低漏风。

（2）四分仓空预器技术

四分仓空预器是指每台空预器具有四个仓室，即烟道和一次风各一个仓室，二次风两个仓室。二次风的两个仓室布置在一次风和烟道的仓室之间，将一次风与烟道仓室隔开，一次风不向烟道漏风，避免了压差最大的一次风和烟气之间泄露，虽然仍然存在一次向二次、二次向烟气的漏风，但达到了漏风总量减少的目的。

锅炉厂四分仓空预器热力性能数据计算的结果

如表1所示，四分仓空预器空气侧总的漏风量较三分仓减少33473kg/h，因此漏风率降低。但同时四分仓空预器一次风侧阻力、二次风侧阻力和烟气侧阻力分别较三分仓增加216Pa、530Pa和50Pa。对一次风侧，虽然空预器一次风侧阻力增加216Pa，但由于漏风量减少较多，一次风机运行轴功率仍然较优化前降低约130KW；对于二次风侧，由于空预器二次风侧阻力增加较多达530Pa，尽管二次风总漏风量减少，但送风机运行轴功率仍然较优化前增加190KW左右；而对于烟气侧，虽然空预器烟气侧阻力增加50Pa，但由于漏风量减少较多，烟气量减少，引风机运行轴功率仍然较优化前降低约200KW。综上所述，采用四分仓技术优化措施后，尽管空预器阻力上升，但由于漏风量减少较多，机组运行电耗是降低的。而目前该锅炉厂尚无四分仓技术应用实例，不作漏风率性能保证，同时如进行四分仓优化需对六大风机进行出力调整，因此本项目最终没有采用四分仓技术，四分仓技术还需进一步实践检验。

（3）柔性接触式密封技术

传统空预器密封技术是采用刚性有间隙密封技术，在动静间保持一个最小间隙，达到漏风最小。由于空气预热器的蘑菇状变形问题，而且这种变形随负荷、环境温度不断发生变化，使得我们很难达到一个最佳的动静之间的间隙值。而且随着运行时间的增加、空预器转子应力的变化，圆周的椭圆形变形和转子端面的凹凸变形是必然存在的。

而合页式柔性密封技术，采用自润滑复合材料，合页式弹簧结构，将扇形板固定在某一合理位置，柔性接触式密封系统安装在转子隔仓板上，在未进入扇形板时，接触式密封滑块高出扇形板5mm10mm。当柔性接触式密封滑块运动到扇形板下面时，合页式弹簧发生形变。密封滑块与扇形板接触，形成严密无间隙的密封系统。当该密封滑块离开扇形板后，合页式弹簧将密封滑块自动弹起，以此循环进行。

从本项目来看，采用柔性密封技术，空预器的漏风率可以从优化前的8%提高至5%。随着漏风率降低，烟风量和烟风阻力随之下降，三大风机运行轴功率较优化前降低，从而降低了机组运行总电耗。

（4）其他密封改进分析

中心轴驱动技术，改圆周围带驱动为中心轴驱动可以减少轴向漏风；密封片厚度减薄，密封片厚度的减小，使密封副之间产生的摩擦力矩减小，在控制相同的电流波动幅度的情况下可将密封间隙调整到更小的状态，从而达到减小漏风的目的；径向密封结构改进，包括热端径向密封结构、冷端径向密封结构、冷端扇形板调节装置以及冷端、热端径向固定密封结构的改进，通过结果上的改进，改善了密封效果；其他还有中心密封筒密封结构，下轴与下梁之间的密封结构等的改进，避免高温条件下，结构易损而导致的漏风等问题。

4结果与讨论

本1000MW机组为新建项目，但是空预器已随锅炉厂签订合同，三大风机等设备的参数、合同都已签订，所以只能在合同的基础上，最终经过技术评审和价格评估，有选择的选用可用的技术。如柔性密封和四分仓布置方式等，将会有效减少空预器漏风，从而减少运行电耗，提高电厂经济性。但采用柔性密封技术，整套设备将达到每炉600万元左右，技术经济比较下来的结果，在整个电厂寿命期内并不能回收柔性密封投资，因此此项技术只能作为将来社会经济进一步发展以后备选的空预器改造技术应用，在本期工程中不予采纳；而空预器四分仓布置结构因缺乏运行项目的支持，其技术成熟度以及对空预器的运行产生的影响需待实践的检验。

综上所述，本项目空预器的设计优化采用的技术主要有以下几个方面：

（1）空预器采用三分仓方案，仓格由36仓改为48仓，扇形板改为22.5°三密封结构。

（2）热端径向密封结构：扇形板直接由吊杆连接，解决了因扇形板的水平度改变而造成热端径向密封装置性能下降的问题。

（3）冷端径向密封：由原设计的密封片水平、冷端扇形板倾斜结构，改为密封片阶梯倾斜、扇形板水平，消除冷端扇形板与轴向密封弧板之间的缺口，使扇形板与轴向密封弧板组合形成封闭的烟－风侧密封结构，有利于改善密封效果。

（4）冷端扇形板调节装置优化：结构简化，操作方便，不易出现因折断而导致无法调整的情况。

（5）冷端、热端径向固定密封结构：单侧固定密封改为双侧固定密封，改进了密封性能。

（6）将中心密封筒与上梁之间焊接，彻底解决了此处的漏风和积灰。

（7）下轴与下梁之间的密封结构：将原复杂的铝环＋填料的密封结构，改为简易可靠的多层盘根密封结构。

通过上述措施，贺州项目优化目标：空预器投入运行一年内漏风率小于5%，一年后漏风率小于5.5%，而最终效果需待运行后进行检验。

参考文献

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[2]戴正祥，杨亮，王晓东，燃煤锅炉受热面回转式空预器刷式密封改造，能源研究与利用，2010(04)；

[3]杨菁，某350MW机组回转式空预器密封改造，江苏电机工程，2011(02)；