回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器間隙調(diào)整和漏風(fēng)問題分析

1、回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器間隙調(diào)整和漏風(fēng)問題分析山東電力技術(shù)SHANDONGDIANLIJISHU2010年第5期(總第176期)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器問隙調(diào)整和漏風(fēng)問題分析TheClearanceAdjustmentandAirLeakageforRotaryAirPreheater劉鵬(華能白楊河電廠,山東淄博255200)摘要:通過對回轉(zhuǎn)式空預(yù)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析,歸納回轉(zhuǎn)式空預(yù)器漏風(fēng)的主要因素和控制方法,提出減少回轉(zhuǎn)式空預(yù)器漏風(fēng)的措施.關(guān)鍵詞:回轉(zhuǎn);空預(yù)器;漏風(fēng);間隙;調(diào)整Abstract:Byanalyzingthestructurecharactersofrotaryairpreheater,thea

2、rticlesummarizescentralfactorsandthecontrolmethods,advisesthemeasuresofdecreasingtheairleakageforrotmTairpreheater.Keywords:rotary;airpreheater;airleakage;clearance;adjustment一一中圖分類號:TK223.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:10079904(2010)0567050引言空氣預(yù)熱器(以下簡稱”空預(yù)器”)是現(xiàn)代大型鍋爐機(jī)組中必不可少的組成部件.通常布置在鍋爐對流煙道的尾部.空預(yù)器不僅能吸收排煙中的熱量,降低排煙溫度,提高

3、鍋爐效率;而且由于空氣的預(yù)熱,改善了燃料的著火條件,強(qiáng)化了燃燒過程,減少了不完全燃燒熱損失,對于燃用難著火的無煙煤和劣質(zhì)煤尤為重要.空氣進(jìn)入爐膛之前,經(jīng)空預(yù)器預(yù)熱.一般被加熱到360370qC,可以提高爐膛溫度.強(qiáng)化爐膛輻射熱交換,使吸收同樣輻射熱的水冷壁受熱面減少.較高溫度的預(yù)熱空氣送到制粉系統(tǒng)作為干燥劑,在磨制高水分的劣質(zhì)煤時也可以起到良好的烘干作用.華能白楊河電廠四期2300MW鍋爐是東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司生產(chǎn)的DG1025/18.21I12型亞臨界自然循環(huán)煤粉鍋爐.該爐采用單爐膛.一次中間再熱,燃燒器布置于爐膛四角,尾部雙煙道結(jié)構(gòu),采用擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫,固態(tài)排渣,全鋼架懸吊結(jié)構(gòu).

4、平衡通風(fēng),半露天島式布置.其空預(yù)器采用三分倉容克式,型號為LAP10320/2250,根據(jù)美國CE預(yù)熱器公司技術(shù)設(shè)計制造.1回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)空預(yù)器按照傳熱方式可分為傳熱式和蓄熱式兩大類.在電站鍋爐中,常用的傳熱式空預(yù)器是管式空預(yù)器,熱量連續(xù)地通過傳熱面由煙氣傳給空氣,煙氣和空氣各有自己的通道:常用的蓄熱式空預(yù)器主要是回轉(zhuǎn)式空預(yù)器,三分倉容克式空預(yù)器是大型鍋爐機(jī)組中應(yīng)用最廣泛的一種預(yù)熱器.1.1回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的工作原理以LAP10320/2250型三分倉容克式空預(yù)器為例,其工作原理是:加工成特殊波紋的金屬元件即蓄熱元件被緊密地放置在轉(zhuǎn)子扇形倉格內(nèi).轉(zhuǎn)子以1.14r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn).其

5、左右兩半部分分別為煙氣和空氣通道.空氣側(cè)又分為一次風(fēng)通道和二次風(fēng)通道.當(dāng)煙氣流經(jīng)轉(zhuǎn)子時,煙氣將熱量釋放給蓄熱元件,煙氣溫度降低;當(dāng)蓄熱元件旋轉(zhuǎn)到空氣側(cè)時,又將熱量釋放給空氣,空氣溫度升高.如此周而復(fù)始地循環(huán),實(shí)現(xiàn)煙氣和空氣的熱交換.1_2主要結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)j分倉容克式空預(yù)器主要由上梁,下梁,殼體,轉(zhuǎn)子,密封裝置,電動驅(qū)動裝置,導(dǎo)向軸承,推力軸承等部件組成.轉(zhuǎn)子由布置于下梁中心的推力軸承及布置于上梁中心的導(dǎo)向軸承支撐,并處在一個九邊形的殼體中,上,下梁分別與殼體相連,殼體則坐落在鋼架上.電動驅(qū)動裝置安裝在下梁下部,通過接長軸與轉(zhuǎn)子連接.帶動轉(zhuǎn)子以1.14r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn).為了防止空氣向煙氣側(cè)泄漏

6、,在轉(zhuǎn)子上,下端半徑方向,外側(cè)軸線方向以及圓周方向分別設(shè)有徑向,軸向及環(huán)向密封裝置,密封裝置采用雙密封結(jié)構(gòu)以降低漏風(fēng)率.此外,預(yù)熱器上還配置了火災(zāi)監(jiān)67山東電力技術(shù)SHANDONGDIANLIJISHU2010年第5期(總第176期)測消防及清洗系統(tǒng),吹灰裝置,潤滑及控制等設(shè)備.主要結(jié)構(gòu)組成見圖1.直徑10.321TI的轉(zhuǎn)子是三分倉容克式空預(yù)器實(shí)現(xiàn)熱交換的核心部件.采用模數(shù)倉格結(jié)構(gòu),每個倉格15.為布置雙密封結(jié)構(gòu),每個倉格又分隔為二,全部蓄熱元件分裝在24個模數(shù)倉格內(nèi).蓄熱元件分熱端和冷端兩種規(guī)格共三層自上而下裝入模數(shù)倉格內(nèi).其中熱端蓄熱元件自上而下分300mm和950mm兩層.由壓制成特殊波

7、形的考登鋼交替層疊捆扎而成:冷端高度1000mm,是壓制成特殊波形的搪瓷片交替層疊捆扎而成.每個模數(shù)倉格利用一個定位銷和固定銷與中心筒相連接.中心筒上,下兩端分別用M42合金鋼螺栓連接上軸與下軸,接長軸通過M36合金鋼螺栓與下軸相連,整體形成預(yù)熱器的旋轉(zhuǎn)主軸.相比于管式空預(yù)器.回轉(zhuǎn)式空預(yù)器有以下特點(diǎn):681)回轉(zhuǎn)式空預(yù)器由于其傳熱面密度大,因而結(jié)構(gòu)緊湊,占地面積小,其體積約為同容量管式空預(yù)器的1/10.2)因管式空預(yù)器管壁厚度可達(dá)1.5mm,而回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的蓄熱板為比管式管壁更薄的波形鋼板,其厚度不過0.51.25mm,而且蓄熱板布置更為緊湊,故金屬耗量約為同容量管式空預(yù)器1/3.3)回轉(zhuǎn)式空

8、預(yù)器布置靈活方便,使鍋爐本體容易得到合理的布置方案.特別是現(xiàn)在日益推廣使用脫硝技術(shù),脫硝裝置與回轉(zhuǎn)式空預(yù)器相配合在空間布置上可以顯得更為從容.4)在同樣的外界條件下.回轉(zhuǎn)式空預(yù)器因其受熱面金屬溫度較高.而且可以采用耐腐蝕材料,因此與管式預(yù)熱器相比低溫腐蝕的危害相對較輕.5)回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的漏風(fēng)量較大.一般管式空預(yù)器的漏風(fēng)量不超過5%,而回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的漏風(fēng)量在狀態(tài)良好時為8%lO%,密封不良時常達(dá)20%電驅(qū)動裝置圖1三分倉容克式空預(yù)器結(jié)構(gòu)三維示意圖推力軸承一一山東電力技術(shù)SHANDONGDIANLIJISHU2010年第5期(總第176期)30%.6)回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,制造工藝要求高.運(yùn)

9、行維護(hù)工作量大,檢修也比較復(fù)雜.2回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的漏風(fēng)2.1空預(yù)器漏風(fēng)的危害空預(yù)器漏風(fēng)量增加將增大引風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)的電耗,增加排煙損失,從而降低鍋爐效率.如果漏風(fēng)過大.還會造成送人爐膛的風(fēng)量不足,導(dǎo)致鍋爐的機(jī)械未完全燃燒熱損失和化學(xué)未完全燃燒熱損失增加,進(jìn)一步影響鍋爐出力和效率,并且可能引起爐膛結(jié)渣.根據(jù)計算,對于電站鍋爐,一般爐膛漏風(fēng)系數(shù)每增加0.10.2.排煙溫度將上升38qC,鍋爐效率降低0.2%0.5%,而鍋爐效率每降低l%,300MW燃煤機(jī)組直接供電標(biāo)煤耗則約增加1.52.0g/kW?h.因此,漏風(fēng)對鍋爐的經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行有很大影響.需要引進(jìn)足夠重視.2.2漏風(fēng)原因及分類回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的動靜部

10、件之間總要留有一定的間隙以便于轉(zhuǎn)動部件的運(yùn)動.并且,流經(jīng)空預(yù)器的空氣是正壓,煙氣是負(fù)壓,空氣會在這種壓差的作用下.通過這些間隙漏到煙氣中去.一般稱此類漏風(fēng)為密封漏風(fēng),這是回轉(zhuǎn)式空預(yù)器漏風(fēng)率大的主要原因.另外,由于回轉(zhuǎn)式空預(yù)器受熱面轉(zhuǎn)動時,將留存在受熱元件氣體流通截面內(nèi)的一些空氣帶入煙氣中或?qū)⒘舸娴囊恍煔鈳丝諝庵?此類漏風(fēng)也是回轉(zhuǎn)式空預(yù)器漏風(fēng)的一個組成方面,稱為攜帶漏風(fēng).2.3影響漏風(fēng)率的因素一般來說,密封漏風(fēng)的大小和密封間隙的大小以及空氣,煙氣兩側(cè)壓力差的平方根成正比.轉(zhuǎn)子制造不良.或者受熱后變形,以及運(yùn)行磨損后未經(jīng)調(diào)整,都會使密封間隙增大,從而造成漏風(fēng)率的增大.另外,鍋爐燃燒器阻力越大,

11、要求的熱空氣壓力就越高.也會使預(yù)熱器的漏風(fēng)率增大.攜帶漏風(fēng)量是由空預(yù)器的結(jié)構(gòu)型式,幾何尺寸及旋轉(zhuǎn)速度決定的.對于已安裝好的空預(yù)器,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)越慢,攜帶漏風(fēng)量越小.300MW機(jī)組空預(yù)器轉(zhuǎn)速很低,這部分漏風(fēng)已基本降低至極限.此類漏風(fēng)也不大.一般在0.85%0.9%3回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的密封系統(tǒng)及間隙調(diào)整為了減少漏風(fēng),通常要在回轉(zhuǎn)式空預(yù)器內(nèi)加裝密封裝置.以華能白楊河電廠四期2x300MW機(jī)組鍋爐所配LAP10320/2250型三分倉容克式空預(yù)器為例,簡要介紹回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的密封系統(tǒng)及間隙調(diào)整.3.1密封系統(tǒng)LAP10320/2250型三分倉容克式空預(yù)器采用先進(jìn)的徑向一軸向,徑向一旁路雙密封系統(tǒng).所謂雙密封系統(tǒng)

12、就是每塊扇形板在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的任何時候至少有兩塊徑向和軸向密封片與它和軸向密封板相配合,形成兩道密封,從而可以使密封處的壓差減小一半.達(dá)到降低漏風(fēng)的目的,這是近期國內(nèi)外的較成熟技術(shù),密封周界短,效果好.根據(jù)理論及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,采用雙密封系統(tǒng)直接漏風(fēng)可下降30%左右.LAP10320/225O型三分倉容克式空預(yù)器的密封系統(tǒng),包括軸向密封,徑向密封和環(huán)向密封裝置三部分,其主要結(jié)構(gòu)示意圖見圖2.軸向密封裝置主要由軸向密封片與軸向密封板構(gòu)成.軸向密封片用厚1.5mlTl的耐腐蝕鋼板制成,安裝在轉(zhuǎn)子外表面,它由螺栓與各模數(shù)倉格徑向隔板的外緣相連接,并沿整個轉(zhuǎn)子的軸向高度布置,與軸平行,隨轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動.軸向密

13、封板主要由兩塊弧形板和調(diào)整裝置組成,兩塊弧形板對稱裝在轉(zhuǎn)子密封區(qū)的外側(cè),通過支架,折角板和調(diào)整裝置固定在轉(zhuǎn)子殼體上,并可以通過外部的螺栓來調(diào)整轉(zhuǎn)子軸向密封片的間隙.軸向密封裝置的作用是防止空氣從密封區(qū)轉(zhuǎn)子外側(cè)漏人煙氣區(qū).徑向密封裝置主要由徑向密封片和扇形板組成.徑向密封片用螺栓固定在模數(shù)倉格上,下徑向隔板的端部,沿半徑方向分成4段,隨轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動.徑向密封片上的螺栓孑L為腰形孔,可上下適當(dāng)調(diào)整.與扇形板構(gòu)成整個徑向密封裝置,用于阻止轉(zhuǎn)子上下端面與扇形板動,靜部件之間因壓力不同而造成的漏風(fēng).環(huán)向密封裝置設(shè)在轉(zhuǎn)子外殼上,下端面的整個外側(cè)圓周上,它主要由旁路密封片與上端面圓周上的”L”形鋼帶和下端面

14、圓周上的”T”形鋼帶構(gòu)成.“L”形鋼和”T”形鋼與轉(zhuǎn)子外圓周上的角鋼相連接,隨轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動.旁路密封片則沿轉(zhuǎn)子外圓布69山東電力技術(shù)SHANDONGDIANLIJISHU2010年第5期(總第176期)圖2三分倉容克式空預(yù)器主要密封結(jié)構(gòu)示意圖置,固定在殼體板上.環(huán)向密封裝置是為了防止氣流不經(jīng)過預(yù)熱器受熱面,而直接從轉(zhuǎn)子外表面和殼體內(nèi)表面之間的動,靜間隙通過.除上述密封裝置外,三分倉容克式空預(yù)器的扇形板,軸向密封板與上梁,上部小梁,下梁,下部小梁,殼體板之間,上,下短軸的周圍以及中心筒還設(shè)有固定密封裝置,所有這些密封結(jié)構(gòu)聯(lián)合形成了一個連續(xù)封閉和可以調(diào)整的密封系統(tǒng).3.2空預(yù)器轉(zhuǎn)子熱態(tài)下的蘑菇狀變

15、形回轉(zhuǎn)式空預(yù)器在熱態(tài)運(yùn)行中,由于煙氣自上而下流動.煙氣溫度逐漸降低;而空氣自下而上流動,空氣溫度逐漸升高.轉(zhuǎn)子的上端金屬溫度高于下端金屬溫度,轉(zhuǎn)子上端的徑向膨脹量大于下端的徑向膨脹量,再加上轉(zhuǎn)子的重量,結(jié)果使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了如圖3所示的蘑菇狀變形.顯然,熱態(tài)時轉(zhuǎn)子外側(cè)有向下彎曲的傾向.轉(zhuǎn)子的蘑菇狀變形與負(fù)荷有關(guān).負(fù)荷越大.則煙溫越高,變形越嚴(yán)重.轉(zhuǎn)子變形以后,會造成轉(zhuǎn)子部分密封間隙增大,加重漏風(fēng).3.3冷態(tài)間隙調(diào)整與控制由于機(jī)組運(yùn)行中,空預(yù)器轉(zhuǎn)子受熱產(chǎn)生蘑菇狀變形.并且轉(zhuǎn)子還會產(chǎn)生軸向膨脹以及下梁的向下彎曲變形.空預(yù)器在冷卻狀態(tài)下調(diào)整的各部間隙,在熱態(tài)運(yùn)行中將產(chǎn)生較大的變化,造成一部分間隙變70大,

16、而另一部分間隙變小.甚至可能發(fā)生嚴(yán)重碰撞,從而影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行.因此,空預(yù)器各部間隙的調(diào)整必須要充分考慮到轉(zhuǎn)子熱變形的影響.預(yù)留不同的間隙量.空預(yù)器制造廠家一般都會按空預(yù)器在鍋爐100%負(fù)荷時的設(shè)計參數(shù),計算出冷態(tài)間隙調(diào)整參數(shù)值,這些參數(shù)必須在冷態(tài)安裝或檢修中進(jìn)行間隙調(diào)整時予以確保.表l是東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司提供的LAP10320/2250型空預(yù)器冷態(tài)調(diào)整時各部間隙的數(shù)據(jù)(各部間隙位置對應(yīng)圖2).表1LAP10320/2250型空預(yù)器冷態(tài)間隙調(diào)整數(shù)值表mmACDEFGHIJRMN023115353641055S205.51.5圖3熱態(tài)轉(zhuǎn)子的蘑菇狀變形山東電力技術(shù)SHANDONGD

17、IANLIJISHU2010年第5期(總第176期)從表中可以看出:熱端徑向密封片分為4片,預(yù)留間隙呈向下彎曲狀(D<F<H>G>E),冷端徑向密封片預(yù)留間隙轉(zhuǎn)子外側(cè)大于內(nèi)側(cè)(C>A),軸向密封片預(yù)留間隙熱端大于冷端(I>J),已充分考慮了熱態(tài)轉(zhuǎn)子的蘑菇狀變形及軸向膨脹變形.密封片安裝過程中間隙調(diào)整需重點(diǎn)控制以下幾個方面:1)按要求做好”T”型鋼和”型鋼的車削工作,圓弧面的加工余量控制在3-6nlm.加工后直徑尺寸及徑向跳動保持(1O566-+1.5)1Tim.2)密封檢驗(yàn)標(biāo)尺是安裝和調(diào)整各部間隙密封片的重要工

18、具,必須要保證密封檢驗(yàn)標(biāo)尺的安裝位置滿足圖紙要求,并調(diào)整到允許的精度范圍內(nèi).3)必須要保證各部間隙調(diào)整到滿足表1的數(shù)值要求.3.4熱態(tài)間隙調(diào)整與控制由于回轉(zhuǎn)式空預(yù)器在熱態(tài)運(yùn)行中.轉(zhuǎn)子受熱膨脹形成蘑菇狀變形及軸向的膨脹變形,各部間隙雖然在冷態(tài)調(diào)整時充分考慮了這種變形的影響,但受熱膨脹不均勻性及長期運(yùn)行后各間隙部位磨損變化的影響,僅僅靠冷態(tài)間隙調(diào)整來減少漏風(fēng)損失在措施上是不完善的.因此,回轉(zhuǎn)式空預(yù)器設(shè)計有密封自動控系統(tǒng),其目的是在各種工況運(yùn)行時,將密封間隙控制在最小值.一般可控制徑向密封平均間隙在1mm之內(nèi),最大間隙不超過3.5mm,從而控制漏風(fēng)量在最小值.密封自動控制系統(tǒng)主要由熱端扇形板,傳感器

19、機(jī)械傳動和電氣控制等部分組成.熱端扇形板為可彎曲的扇形板,施加外力產(chǎn)生的變形與轉(zhuǎn)子熱態(tài)變形的蘑菇狀曲線非常接近.每塊熱端扇形板上有三個支點(diǎn),內(nèi)側(cè)一點(diǎn),外側(cè)兩點(diǎn).內(nèi)側(cè)吊掛在導(dǎo)向軸承座上,可隨主軸熱膨脹而上下移動.從而保證了熱端扇形板內(nèi)側(cè)可”跟蹤”轉(zhuǎn)子的變形.避免徑向密封片內(nèi)側(cè)的過度磨損.外側(cè)兩個支點(diǎn)通過吊桿與控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連.運(yùn)行時由該系統(tǒng)對熱端扇形板進(jìn)行程序控制,自動適應(yīng)轉(zhuǎn)子的蘑菇狀變形.另外,回轉(zhuǎn)式空預(yù)器運(yùn)行時,其冷端扇形板和軸向密封板都可以通過外部的螺栓調(diào)節(jié)與密封片的間隙,從而達(dá)到熱態(tài)調(diào)整密封間隙的目的.4密封間隙調(diào)整和解決漏風(fēng)率超標(biāo)問題實(shí)例華能白楊河電廠四期2x3OOMW機(jī)組相繼于2009年11月30日和l2月11日進(jìn)入整套啟動試運(yùn)行.在兩臺機(jī)組168h試運(yùn)過程中均出現(xiàn)了空預(yù)器漏風(fēng)率大的問題.機(jī)組滿負(fù)荷時鍋爐進(jìn)風(fēng)總量在1150t/h左右,空預(yù)器人口氧量一般在3%一5%,空預(yù)器出口氧量在ll%13%,從氧量數(shù)值來看,空預(yù)器漏風(fēng)量較大,實(shí)測漏風(fēng)率在30%40%.由于本期工程兩臺機(jī)組全部安裝了脫硝裝置.脫硝人口稀釋風(fēng)機(jī)