空氣預(yù)熱器柔性接觸式密封技術(shù)在600MW機(jī)組上的應(yīng)用

1、空氣預(yù)熱器柔性接觸式密封技術(shù)在600MW機(jī)組上的應(yīng)用來源：國電康平發(fā)電有限公司2014年03月14日點(diǎn)擊： 22【摘 要】國電康平電廠#1爐回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)值，嚴(yán)重影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益。本文著重介紹了空氣預(yù)熱器采用柔性接觸式密封技術(shù)的改造情況，重點(diǎn)對空氣預(yù)熱器柔性接觸式密封技術(shù)及改造效果進(jìn)行闡述分析，肯定了柔性接觸式密封改造技術(shù)在回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器上的成功應(yīng)用?！娟P(guān)鍵詞】回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器 柔性接觸式密封 漏風(fēng) 改造 效益0 引言 漏風(fēng)率是空氣預(yù)熱器的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一，有效控制漏風(fēng)率，可以從降低送、引風(fēng)機(jī)電耗和提高鍋爐效率兩個(gè)方面得到節(jié)能收益。為降低漏風(fēng)率，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益，選定柔性接

2、觸式密封技術(shù)對空氣預(yù)熱器進(jìn)行密封改造，并取得極佳效果。1 概述 國電康平電廠2600MW超臨界機(jī)組的鍋爐為哈爾濱鍋爐廠制造，于2009年8月份投產(chǎn)發(fā)電，每臺(tái)爐設(shè)計(jì)安裝兩臺(tái)空氣預(yù)熱器均為哈爾濱鍋爐廠制造，型號(hào)為31-VI(T)-1600-QMR。機(jī)組投產(chǎn)后扇形板自動(dòng)跟蹤始終不好用，借機(jī)組停運(yùn)機(jī)會(huì)，對預(yù)熱器各部密封間隙進(jìn)行檢查測量，其間隙值都偏離設(shè)計(jì)值很大，并且扇形板存在不水平等缺陷。通過咨詢多家同類型機(jī)組的空氣預(yù)熱器的運(yùn)行情況，了解到扇形板自動(dòng)跟蹤密封裝置運(yùn)行都不穩(wěn)定，不能保證密封間隙的最佳值，從而使預(yù)熱器漏風(fēng)率偏大，這無疑就增加了引風(fēng)機(jī)電耗，給電廠節(jié)能降耗工作的開展帶來了很大困難，因而對空氣預(yù)

3、器的密封改造降低空氣預(yù)器漏風(fēng)率是非常必要的。 選定空預(yù)器柔性接觸式密封改造技術(shù)，對空預(yù)器徑向加裝柔性接觸式密封組件，對其軸向、旁路密封系統(tǒng)進(jìn)行更換及調(diào)整，以提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益。2 空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子變形及漏風(fēng)分析2.1 空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子熱變形 國電康平電廠#1爐空預(yù)器是回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，它是大中型電廠所普遍采用的尾部換熱設(shè)備，回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的原理是利用煙氣余熱提高進(jìn)入爐膛的空氣溫度的設(shè)備。 空氣預(yù)熱器運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子的上下端面上存在溫度差，也即沿著轉(zhuǎn)子高度方向上的溫度梯度引起了轉(zhuǎn)子的熱態(tài)蘑菇狀變形，轉(zhuǎn)子上端面外凸，下端面內(nèi)凹。如圖1、圖2所示。圖1 轉(zhuǎn)子的冷態(tài)和熱態(tài)情況圖2 轉(zhuǎn)子熱變形2.2 漏風(fēng)分析

4、回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器主要由轉(zhuǎn)子和外殼組成，轉(zhuǎn)子是運(yùn)動(dòng)部件，外殼是靜止部件，動(dòng)靜部件之間肯定存在間隙，這種間隙就是漏風(fēng)的渠道?？疹A(yù)器處于鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)口和出口，空氣側(cè)壓力是正壓，煙氣側(cè)壓力是負(fù)壓，二者存在壓力差，從而產(chǎn)生漏風(fēng)。由于壓差和間隙的存在造成的漏風(fēng)稱為直接漏風(fēng)；還有一種漏風(fēng)叫攜帶漏風(fēng)，是由于轉(zhuǎn)子內(nèi)具有一定容積，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，必定會(huì)攜帶一部分氣體進(jìn)入另一側(cè)。2.2.1 攜帶漏風(fēng) 攜帶漏風(fēng)主要因?yàn)榭諝忸A(yù)熱器在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，蓄熱元件中部分空氣被攜帶到煙氣中，而蓄熱元件中的部分煙氣被攜帶到空氣中，這是回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的固有特點(diǎn)，是不可避免的。為了降低結(jié)構(gòu)漏風(fēng)量，在滿足換熱性能的前提下，盡量選擇較低轉(zhuǎn)速，

5、并且轉(zhuǎn)子內(nèi)盡量充滿傳熱元件，即轉(zhuǎn)子高度不要留有太多的剩余空間，但攜帶漏風(fēng)量占空預(yù)器總漏風(fēng)量的份額較少，一般來說不超過1%，?？珊雎?。2.2.2 直接漏風(fēng) 直接漏風(fēng)是空預(yù)器漏風(fēng)的主要來源，這是由于空氣預(yù)熱器的煙氣側(cè)和空氣側(cè)存在間隙和壓差造成的。盡管部件間隙中有密封裝置，但為避免轉(zhuǎn)動(dòng)卡澀及運(yùn)行中的變形也不可能將這些密封間隙堵死，因而就造成密封間隙漏風(fēng)?；剞D(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的煙氣自上而下逐漸降溫，空氣自下而上升溫，轉(zhuǎn)子形成蘑菇狀變形，造成了密封間隙增大，漏風(fēng)增大。直接漏風(fēng)主要包括徑向漏風(fēng)、軸向漏風(fēng)、旁路漏風(fēng)和中心筒漏風(fēng)，其中徑向漏風(fēng)占的比例最大，大約占80%左右。 空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)本身有一定的密封系統(tǒng)，如

6、圖3所示，但由于機(jī)組運(yùn)行條件的影響，原有密封系統(tǒng)磨損嚴(yán)重，不能有效的治理漏風(fēng)，造成漏風(fēng)率上升。圖3 空氣預(yù)熱器密封系統(tǒng) 空預(yù)器的漏風(fēng)問題嚴(yán)重影響電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，有時(shí)甚至威脅鍋爐的安全運(yùn)行，所以空氣預(yù)熱器的密封改造勢在必行。3 柔性接觸式密封技術(shù)理論 傳統(tǒng)空氣預(yù)熱器密封技術(shù)是采用剛性有間隙密封技術(shù)，在動(dòng)靜間保持一個(gè)最小間隙，達(dá)到漏風(fēng)最小。由于空氣預(yù)熱器的蘑菇狀變形問題，而且這種變形隨負(fù)荷環(huán)境溫度不斷發(fā)生變化，使得我們很難達(dá)到一個(gè)最佳的動(dòng)靜之間的間隙值。 空氣預(yù)熱器柔性接觸式密封技術(shù)解決了傳統(tǒng)密封技術(shù)這一薄弱之處，該密封系統(tǒng)能有效控制漏風(fēng)，從而減少能量的流失。密封系統(tǒng)是根據(jù)空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子受熱變形而

7、設(shè)計(jì)的，它包括徑向密封、軸向密封、旁路密封以及靜密封，扇形板與密封滑塊間沒有間隙，而且該密封系統(tǒng)提供了許多調(diào)整值，維修方便。3.1 基本工作原理介紹 將扇形板固定在某一合理位置，柔性接觸式密封系統(tǒng)安裝在徑向轉(zhuǎn)子格倉板上，在未進(jìn)入扇形板時(shí)，柔性接觸式密封滑塊高出扇形板5mm-8mm。當(dāng)柔性接觸式密封滑塊運(yùn)動(dòng)到扇形板下面時(shí)，合頁式彈簧發(fā)生形變。密封滑塊與扇形板接觸，形成嚴(yán)密無間隙的密封系統(tǒng)。當(dāng)該密封滑塊離開扇形板后，合頁式彈簧將密封滑塊自動(dòng)彈起，以此循環(huán)進(jìn)行。如圖4所示。圖4 柔性接觸式密封運(yùn)行示意圖3.2 柔性接觸式密封系統(tǒng)的主要特點(diǎn)1)采用柔性接觸式密封技術(shù)，不會(huì)形成密封間隙，密封效果好。由于

8、扇形板與徑向密封滑塊之間沒有間隙，則沒有氣流通過，也就避免了煙氣沖刷磨損的問題，從而密封系統(tǒng)能長期運(yùn)行。2)采用合頁彈簧技術(shù)。該技術(shù)允許空預(yù)器的轉(zhuǎn)子在熱態(tài)運(yùn)行狀態(tài)下有一定的圓端面變形及圓周方向的變形，特別適合空預(yù)器的改造。對于圍帶驅(qū)動(dòng)的空預(yù)器轉(zhuǎn)子，圓端面有2mm-3mm的跳動(dòng)量是十分普遍存在的。空預(yù)器熱態(tài)下，圓端面和圓周橢圓度均有不同幅度的變形問題存在。這種技術(shù)也可以自動(dòng)補(bǔ)償這樣的變化。3)自潤滑合金高溫下干磨擦系數(shù)0.1，對主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流影響甚小，增加不超過2。4)檢修工藝簡化。柔性接觸式密封系統(tǒng)采用工廠化生產(chǎn)，車間組裝成單個(gè)密封元件,對原有轉(zhuǎn)子的橢圓度、兩端面的平行度、平面度；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)跳

9、動(dòng)量要求降低，大大簡化了現(xiàn)場安裝的工藝程序，工期短。5)利于空預(yù)器運(yùn)行?？諝忸A(yù)熱器傳統(tǒng)密封形式采用減小密封間隙的方法來減少漏風(fēng)，當(dāng)負(fù)荷變化劇烈或有其它異常工況時(shí)，易造成空預(yù)器卡澀或電機(jī)電流擺動(dòng)大。柔性接觸式密封采用彈簧技術(shù)，硬密封間隙可放大，避免卡澀現(xiàn)象發(fā)生。6)密封狀況隨年限運(yùn)行漏風(fēng)量變化平緩。能保證長時(shí)間、全負(fù)荷、低漏風(fēng)運(yùn)行。如圖5所示。圖5 漏風(fēng)量變化曲線3.3 材料及設(shè)計(jì)3.3.1 密封滑塊 密封滑塊采用一種高科技材料：自潤滑合金，如圖6所示。此種材料在高溫?zé)o潤滑脂的條件下，可以達(dá)到很低的摩擦系數(shù),具有耐磨損、耐高溫、摩擦系數(shù)小、安裝方便及更換組件快捷的優(yōu)點(diǎn)。圖6 密封滑塊下面是該材料

10、的主要性能指標(biāo)：材料名稱自潤滑合金密度（g/cm3）7.54硬度（HB）450-800干摩擦系數(shù)0.05-0.2抗壓強(qiáng)度(MPa)355抗彎強(qiáng)度（MPa）275適用速度（m/s）0.3-2.5使用溫度（）-30-550年磨損量（圓周處）（mm）0.36彈性模量E（105 MPa）1.83膨脹系數(shù)(106)10.72切變模量G(103 MPa)80.43.3.2 彈簧 接觸式密封技術(shù)的另一核心技術(shù)是彈簧，如圖7所示，該彈簧為inconelX-750是以Al、Ti、Nb強(qiáng)化的鎳基合金，是inconel合金系統(tǒng)中早期發(fā)展的應(yīng)用廣泛的合金之一。合金在980oC以下具有良好的強(qiáng)度、良好的抗腐蝕和抗氧化性

11、能，而且也有較好的低溫性能，成形性能也好，能適應(yīng)各種焊接工藝。圖7 彈簧力學(xué)性能 (線材，美國宇航材料標(biāo)準(zhǔn)AMS)品種線材，1號(hào)硬度線材，彈簧硬度狀態(tài)退火時(shí)效15%冷加工時(shí)效50%65%冷加工時(shí)效30%冷加工時(shí)效完全熱處理厚度（mm）0.630.6312.76.36.310.610.612.70.36.36.312.7(MPa)105989211381314152010981373123610301000103011384.實(shí)施方案4.1 改造前的準(zhǔn)備工作4.1.1 數(shù)據(jù)測量。 機(jī)組停爐后，首先對空氣預(yù)熱器內(nèi)部尺寸及密封系統(tǒng)間隙進(jìn)行測量，為安裝柔性接觸式密封系統(tǒng)做準(zhǔn)備。4.1.2 原密封系統(tǒng)拆

12、除 徑向密封片全部拆除；軸向密封片和T型鋼由于運(yùn)行磨損不是特別的嚴(yán)重，基本是磨損超過三分之一更換，T型鋼車削；旁路密封片全部拆除。4.2 轉(zhuǎn)子找正轉(zhuǎn)子找正是調(diào)整密封間隙的前提，是降低漏風(fēng)率的基本條件之一，對安裝柔性接觸式密封至關(guān)重要。4.3 密封改造方案4.3.1 修補(bǔ)冷熱端扇形板，并調(diào)整到合適的位置。4.3.2 修補(bǔ)弧形板，并調(diào)整到合適的位置。4.3.3 設(shè)置扇形板控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)只有“停爐狀態(tài)”和“運(yùn)行狀態(tài)”兩個(gè)位置，便于控制，維修方便。4.3.4 冷端徑向按倉格加裝柔性接觸式密封組件（見圖7）。4.3.5 熱端徑向按倉格加裝柔性接觸式密封組件（見圖7）。圖7 柔性接觸式密封熱端徑向安

13、裝示意圖4.3.6 安裝軸向密封片。4.3.7 安裝冷、熱端旁路密封片。4.3.8 冷熱端轉(zhuǎn)子“T”型鋼更換，橢圓度測量，平面晃度測量、校正。4.3.9 鍋爐空氣預(yù)熱器其他常規(guī)檢查，如：風(fēng)門、擋板、殼體等。5 改造后效果 密封改造前，#1爐空氣預(yù)熱器的平均漏風(fēng)率9%左右，進(jìn)行柔性接觸式密封改造后，在鍋爐ECR工況下，空預(yù)器的漏風(fēng)率平均在4.25%（1A側(cè)4.64%，1B側(cè)3.87%），使鍋爐的送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)的功率消耗減少，熱風(fēng)溫度提高，鍋爐得到充分燃燒，使飛灰可燃物降低，從而使鍋爐效率提高，機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益提高，達(dá)到節(jié)能減排的效果。6 經(jīng)濟(jì)效益分析計(jì)算條件： 1）電流下降綜合值（ I1）：20A（

14、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)合計(jì)電流下降值） 2）電動(dòng)機(jī)電壓（ U1）:6.3KV 3) 機(jī)組容量：600MW 4) 機(jī)組年運(yùn)行小時(shí)（ H）：7187h 5）機(jī)組年利用小時(shí)( H1)：4343h 6）機(jī)組供電煤耗：313g/kwh7) 標(biāo)準(zhǔn)煤單價(jià):820元/噸 8）改造前空預(yù)器漏風(fēng)率：9% 9）改造后空預(yù)器漏風(fēng)率：4.25%a)節(jié)電收益計(jì)算分析：節(jié)約電量：W = = = 90節(jié)約供電煤耗： =0.11g/kwh。b)減少鍋爐排煙熱損失Q2的節(jié)煤收益：空預(yù)器的三個(gè)漏風(fēng)通道：1）冷端漏風(fēng)不引起排煙熱損失 Q2增加；2)熱端漏風(fēng)引起排煙熱損失 Q2增加；3)周向、軸向漏風(fēng)引起排煙熱損失 Q2增加。 一般漏風(fēng)率下降12,可以提高鍋爐效率1。按漏風(fēng)率4.25%計(jì)算,鍋爐效率提高0.4%。節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤:313g/kwh0.4=1.25g/kwh。c)年收益計(jì)算分析：節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤總量：0.11+1.25=1.36g/kwh。年收益:M=4343小時(shí)1.36g/kwh60010kw820元/噸=290萬元d)靜態(tài)投資回收期：T =