容克式三分仓空气预热器密封型式研究

2011-05-24周新刚刘福国

山东电力技术 2011年3期

周新刚，刘福国

（山东电力研究院，山东济南 250002）

0 引言

容克式三分仓空气预热器布置于锅炉尾部烟道处，由一次风仓、二次风仓和烟气仓组成，其中烟气仓为负压，空气仓为正压，两侧的压差为漏风提供了动力，同时其动静结构为漏风提供了条件，因此，空预器漏风具有存在的必然性。对山东省内容克式三分仓空气预热器漏风率进行了汇总，数据从5%至20%不等，差异较大。据统计，600 MW机组漏风率降低1%，供电煤耗约减小0.18 g/kW·h；300 MW机组漏风率降低1%，供电煤耗约减小0.14 g/kW·h，可见，降低空预器漏风对于电厂节能具有较大潜力可挖。空预器密封是降低漏风直接而有效的手段，通过汇总并介绍不同型式的密封及其特点，为电厂降低漏风、提高机组运行经济性提供一定的指导。

1 空预器漏风类型

在容克式三分仓空预器内部，漏风按产生原因可分为直接漏风和携带漏风，其中直接漏风为热态变形产生的间隙和流体的压差所引起的漏风，约占总漏风的85%，计算模型见式（1）；携带漏风是指蓄热板间隙内的空气在转子转到时，没有完全穿过空气仓而带入到烟气仓所产生的漏风，约占总漏风的15%，计算模型见式（2）［1］。

式中：Qzj为直接漏风量，m3/s；K为泄漏系数；A为密封间隙面积，m2；Δρ为烟气间的压差，Pa；ρ为气体密度，kg/m3。

式中：Qxd为携带漏风量，m3/s；D为空预器的转子直径，m；n为转子转速，r/min；y为蓄热板金属和灰污所占转子容积的份额；H为转子高度，m。

由以上论述可知，携带漏风是由转子自身结构引起的，主要取决于转子转速，转速越低，携带漏风量越少，300 MW以上机组的转速已达到了极限的低值水平，同时其所占比例较小，因此，降低直接漏风就成了减小空预器漏风的主要方向，据式（1）可知，空预器密封效果的好坏是影响直接漏风量的主要因素，为此，对空预器密封型式的研究就显得尤为重要。

2 空预器密封型式

近些年，电厂技术人员及科研工作者一直致力于空预器密封的研究，出现了双密封、VN密封、热端扇形板自动跟踪、柔性密封和漏风回收等不同型式，下面分别对其进行介绍。

2.1 双密封技术

双密封技术最早由美国ABB-API公司发明，我国于20世纪80年代开始引进，目前已得到广泛应用。这项技术主要是在每个扇形仓的中间加装一道隔板（从冷端到热端），将转子结构由24格仓变为48格仓，同时在隔板上加装径向和轴向密封片，这样在任意时刻均至少有两条密封片与扇形板配合，形成一个缓冲区，则扇形板两侧压差降低50%，从而直接漏风可降低约30%，如图1所示。

该技术能够使空预器漏风率较长时间保持在较低的水平，降低了日常维护和检修工作量，减少了检修费用。但其投资大，改造工期长，并且需将蓄热元件一分为二，使堵灰的死角成倍增加，给清洗和吹灰带来一定困难。

图1 双密封技术示意图

2.2 VN技术密封型式

VN技术是英国豪顿公司采用的容克式空预器设计技术。V代表空预器竖直布置，N代表空预器密封隔板不可调。其主要内容为：空预器转子竖直布置，中心驱动；径向和轴向密封隔板不可调；径向和轴向密封为“双密封”，即每块密封板下同时有两道密封片通过；密封间隙和密封片形状为最优设计。其技术特点为：结构紧凑，泄露率低，抗积灰，维护工作量小，可靠性强。从图2可看出，其维护量随时间增加的变化量极小［2］。该技术的核心内容（密封间隙调整）只被HOWDEN公司所掌握，尽管有些电厂对该密封型式进行模仿，也取得一定成绩，可与HOWDEN的设计仍有差距。

图2 不同设计形式空预器漏风随时间变化对比

2.3 热端扇形板自动跟踪密封型式

该密封的工作原理为利用传感器自动、定时探测转子变形状态，把采集到的信息传给执行机构以驱动热端扇形板运动，使其与径向密封片的间隙始终保持为预先的设定值。按传感器工作原理不同，目前国内外所采用的热端扇形板自动跟踪装置（或称漏风控制系统）有接触式机械传感器、非接触式电涡流传感器和声波传感器三种［3］。

据相关文献介绍，运用该技术的300 MW机组空预器漏风率约降低1.3%左右，600 MW机组空预器漏风率可降低3%左右［4］，如图3所示，预热器直径越大，漏风率降低越明显。从运行情况看，传感器有时会由于运行环境恶劣而损坏，自动控制系统不能正常投入使用，无法达到设计要求。

图3 漏风率减少量与预热器大小的关系

2.4 柔性密封型式

2.4.1 合页式密封型式

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径向转子格仓板上，在未进入扇形板时，柔性接触式密封滑块高出扇形板5～10 mm。当柔性接触式密封滑块运动到扇形板下面时，合页式弹簧发生变形，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，如图4所示。

合页式柔性接触密封技术多用于径向密封改造，理论上不会形成密封间隙，密封效果较好。但在大小修期间必须对其进行调整以保持最佳弹性状态，同时可能出现弹簧脱落或弹簧发生机械卡涩等问题。

图4 柔性密封示意图

2.4.2 刷式密封型式

该密封由排列紧密的耐高温金属丝组成的刷形密封片组成，用于径向和轴向密封，如图5所示。其比传统的接触式密封更容易适应由于蘑菇状热变形、制造误差、转筒晃、摆动、振动等原因造成的密封间隙无规律变化，可充分发挥刷式密封件良好的变形补偿能力，使空预器漏风率大幅度下降，并且可以保证至少一个大修周期，极少维护［5］。不过刷式密封的加工精度要求高，工艺要求高，且高温合金材料价格昂贵，一次性投入较大。

图5 刷式密封示意图

2.4.3 柱状密封型式

该装置由密封滚轴、密封板、弹性机构、卡环、滑块和限位调整装置六部分组成。在空预器转子径向密封及轴向密封上安装接触式密封装置组件，利用下部可调滑道适当调整密封组件与扇形板的基础间隙，实现高低位置调整，顶部滚轴受弹性机构和扇形板的作用，在限位滑道中做10 mm～15 mm伸缩运动。空预器热态运行时，转子“蘑菇状”热变形，密封间隙增大。当密封装置随着转子转动到扇形板下面时，滚轴与扇形板滚动接触，弹性机构受压吸收变形，形成严密的零间隙密封；当密封装置随着转子转动离开扇形板后，弹性机构张力释放，密封装置自动复位，以此循环交替进行，如图6所示。

其与合页式密封的工作原理相似，理论上可实现与扇形板的零密封间隙，达到优良的密封效果。但从该密封装置运行情况看，易出现以下问题：1）与扇形板间隙过大，以至于失去柔性密封的设计意义；2）与扇形板间隙过小，造成密封板与扇形板机械碰撞损坏。因此，在安装或改造前，需精确掌握空预器热态变形量，以指导密封安装。

图6 柱状密封示意图

2.5 带漏风回收装置的密封型式

漏风回收技术是在空预器内部建立立体的封闭密封机构，泄漏的大部分空气经密封区进入微负压状态的回收区，泄漏的空气在此回收，送至二次热风箱再利用，从而达到降低漏风的目的。

据文献［6］可知，某电厂运用该系统进行改造后，空预器漏风率及厂用电得到了明显降低，而且锅炉热效率也有一定提升，取得了预期效果。从该系统的运行原理看，回收区负压值为控制漏风率的关键因素，回收区的负压值过大会造成漏向烟气侧的空气过大，过小会造成烟气倒灌入回收系统，对于不同煤质和不同运行工况而言，均应有最优负压值，虽然该系统中设置自动控制装置对其进行调整，但有些电厂的调整偏差较大，影响了回收效果。另外，回收区堵灰和回收风机叶片磨损也是影响回收系统正常运行的问题。因此，为了达到设计要求，电厂应在运行和维护方面制定相应措施以保证回收系统的安全稳定运行。