间隙自补偿漏风控制系统在空气预热器密封改造中的应用

2014-09-11徐百强孙延维

综合智慧能源 2014年8期

关键词：预热器漏风隔板

徐百强，孙延维

(哈尔滨兴隆锅炉有限公司，哈尔滨 150089)

1 问题的提出

回转式空气预热器是发电企业大型锅炉的重要辅助设备之一。漏风率是衡量空气预热器性能的一个重要指标。而在实际运行中的漏风率远大于设计漏风率是当前空气预热器的常见问题。

回转式空气预热器漏风的原因主要有以下几个方面：

(1)由于转子与定子之间有间隙，空气预热器尺寸较大，运行时，烟气由上而下流动，空气则由下而上流动，在这种情况下，会使整个空气预热器的上部温度增高，下部温度变低，形成蘑菇状变形，导致各部分间隙发生变化，增大了漏风率。

(2)由于被加热的空气是正压，烟气是负压，其间存在一定的压差。在压差的作用下，空气会通过间隙漏人烟气中,具体情况如图1所示。

图1 空气预热器漏风状况

(3)携带漏风，转动部件也会把部分空气带到烟气侧。

漏风不但会增大排烟热损失和引风机电耗，也会使烟温降低而加速受热面腐蚀；当漏风严重时，会使送入锅炉参加燃烧的空气量不足，而直接影响锅炉出力。漏风与直接漏风比例数据如图2所示。由图2中的数据很容易发现，空气预热器漏风主要是转子发生蘑菇状变形而引起的直接漏风，在直接漏风中，径向漏风占据了很大的比例。从漏风原理及漏风结构比例出发，解决了径向漏风问题，就能大幅度地降低空气预热器漏风率。

图2 漏风与直接漏风比例数据

2 间隙自补偿漏风控制系统

由回转式空气预热器工作原理可知，空气预热器在热态运行时，转子发生“蘑菇状”变形是不可避免的，所以漏风也是不可避免的。目前所采用的漏风控制技术只是最大限度地降低漏风率，不可能100%地消除漏风。下面介绍控制空气预热器漏风的解决方法，其中，跟踪式漏风控制系统和固定式密封系统为传统的解决方法，间隙自补偿漏风控制系统为全新的漏风控制方法。

2.1 跟踪式漏风控制系统

跟踪式漏风控制系统的主要作用是降低转子径向漏风，其原理是在扇形板上安装密封间隙传感器，当空气预热器额定工况或变负荷运行时，传感器时时跟踪密封间隙的变化，将输出信号传递到扇形板上部安装的执行机构，执行机构驱动扇形板进行位移，这样就能够保证密封面达到一个最佳状态，跟踪式漏风控制系统具体控制情况如图3所示。跟踪式漏风控制系统的优点是在控制系统正常运行的情况下，保持合适的密封间隙，能很好地降低漏风率，漏风率可降低3%～4%。跟踪式漏风控制系统的缺点是由于传感器在空气预热器仓内工作，在工作环境温度高、粉尘高的环境下工作，工作环境比较恶劣。在这样的环境下，传感器很容易失灵。传感器失灵后，控制系统的保护功能会把扇形板提高，这样会使密封间隙变大，漏风率也随之急剧增大，严重影响着机组的经济运行。这种漏风控制系统结构较为复杂，日常维护工作量较大。

图3 跟踪式漏风控制系统

2.2 固定式密封系统

这种密封系统完全忽略了转子变形给漏风带来的影响。该系统是根据设计值将扇形板密封间隙调好后，直接将调整装置固定焊死到桁架上。这种系统在使用效果上虽然能达到机组安全稳定运行的要求，但从经济运行的效果来看，由于固定式密封系统漏风率高达10%，就失去了经济运行的意义。

2.3 间隙自补偿漏风控制系统

间隙自补偿漏风控制系统是从转子热变形原理的角度出发，由于“蘑菇状”变形只发生在转子的承载部分，所以，姑且把转子隔板分成上下两段(如图4所示)，下段承载部分发生变形，上段隔板不随下段隔板发生变形。这样，可消除转子“蘑菇状”热变形，减小空气预热器热态下转子与相对固定的密封面之间的间隙，降低了空气预热器漏风，提高了空气预热器运行的经济性。

图4 转子隔板上、下段变形状况

无蘑菇状变形转子由热端隔板、下段隔板组成，2个下段隔板之间装有蓄热包。蓄热包转动到烟道时从烟气中吸收热量，此时蓄热包温度升高，烟气温度降低。然后蓄热包转到空气通道放出热量，此时空气温度升高，蓄热包温度降低。烟气流向从上到下，空气流向从下到上，所以下段隔板上端的温度高于下端温度。下段隔板固定于中心组件上，以中心组件下端为热膨胀中心，由于上下温差的作用就会产生所谓的蘑菇状变形。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无向下热变形，转子整体上无蘑菇状变形，空气预热器密封间隙就能得到很好的控制，空气预热器的漏风量就会降低。

3 改造效果与效益分析

3.1 改造效果

湖北能源集团鄂州发电有限公司(以下简称鄂州发电公司)#3锅炉为东方锅炉厂有限公司生产的1 950 t/h超临界变压直流本生型锅炉，一次再热，单炉膛，尾部双烟道，采用平行挡板调节再热器温度，固态排渣，全钢构架，全悬吊结构，平衡通风，半露天布置。锅炉采用正压直吹制粉系统，配有6台双进双出钢球磨煤机。#3锅炉所配的空气预热器为东方锅炉厂有限公司生产，型号为LAP13494/1900，每台锅炉配2台空气预热器，2007年开始安装，2010年正式投入商业运行。转子直径为13 494 mm,蓄热元件高度自上而下分别为800，800和300 mm,冷段300 mm蓄热元件为低合金耐腐蚀传热元件，其余热段蓄热元件为碳钢，每台空气预热器金属质量为584 t，其中转动质量为438 t。转速为0.99 r/min，分24个模数仓格，每个仓格的角度为15°，每个仓格分2个部分，该空气预热器为三分仓类型，将一次风与二次风分隔，一次风仓的角度为50°、二次风仓的角度为130°、烟气仓的角度为180°；空气预热器设有径向、轴向和旁路密封系统；热端径向密封设有自动控制系统；扇形板的角度为15°，为双密封设计。空气预热器初始设计时的漏风率：在机组额定出力时，漏风率在1年内小于6%，在1年后小于8%。自设备投产以来，由于自动跟踪装置故障率比较高，导致空气预热器漏风率比较大。鄂州发电公司采用间隙自补偿漏风控制系统对空气预热器进行了密封改造后，空气预热器改造前、后漏风率对照结果见表1。

表1 空气预热器改造前、后漏风率 %

空气预热器改造后，机组运行在1年内，在60%，80%，100%额定负荷工况下，空气预热器漏风率均不大于5%。

3.2 效益分析

空气预热器密封改造后，漏风率平均下降4%～5%，按年均运行7 500 h、单机发电量4.5×109kW·h、标准煤单价500元/t计算，经济效益分析如下：空气预热器漏风率每下降1%，可降低发电煤耗约0.16 g/(kW·h)，年产生效益达162万元。此外，根据以往热力试验数据统计，空气预热器漏风率每提高一个百分点，送风机电流降低约0.5 A，引风机电流降低约0.8 A，一次风机电流降低约0.2 A。风机每年节电效益可达60万元。