容克式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)改造方案

容克式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)改造方案

湖南石門電廠一期2.30mw鍋爐空氣預(yù)熱器（以下簡(jiǎn)稱空預(yù)器）是一個(gè)垂直的三個(gè)存儲(chǔ)桶的克式。每個(gè)設(shè)備有2個(gè)，每個(gè)模式為24個(gè)，單個(gè)密封和熱態(tài)在旋轉(zhuǎn)環(huán)境中得到控制和調(diào)整，旋轉(zhuǎn)直徑1038mm，主電源總高度180mm，正常運(yùn)行速度為1.15r/min。容克式空預(yù)器是回轉(zhuǎn)式空預(yù)器,用裝在轉(zhuǎn)子上的傳熱元件在煙氣側(cè)吸熱轉(zhuǎn)動(dòng)到空氣側(cè)放熱的再生式、尾部換熱設(shè)備。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、鋼耗少(比管式空預(yù)器輕)、耐磨損及腐蝕、壽命長(zhǎng)、易布置等優(yōu)點(diǎn),被大、中型火電廠普遍采用。但該空預(yù)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、漏風(fēng)大、且隨運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng),漏風(fēng)越來越嚴(yán)重,設(shè)計(jì)漏風(fēng)率8%,實(shí)際漏風(fēng)達(dá)20%,且引、送、一次風(fēng)機(jī)能耗大,排煙溫度高。因此,需改造密封系統(tǒng)、降低漏風(fēng)率。下面敘述該空預(yù)器轉(zhuǎn)子熱變形、漏風(fēng)情況及改造方案、過程和結(jié)果。1轉(zhuǎn)子熱態(tài)變形量的計(jì)算空預(yù)器工作時(shí),煙氣與空氣在預(yù)熱器中是倒流(逆流)換熱的。在上端:高溫?zé)煔膺M(jìn)入,空氣吸熱后出口溫度高,轉(zhuǎn)子膨脹大;在下端:煙氣放熱后出口和低溫空氣進(jìn)入空預(yù)器,溫度相對(duì)上端低。轉(zhuǎn)子上、下端溫差膨脹不一使轉(zhuǎn)子傳熱元件組產(chǎn)生上大、下小的蘑菇狀變形和徑向密封片外側(cè)下垂,因而增加了漏風(fēng)間隙。實(shí)際運(yùn)行中,轉(zhuǎn)子熱態(tài)變形復(fù)雜、是多個(gè)部件變形量的綜合值。根據(jù)美國(guó)ABB-APC公司提供的資料有如(1)的經(jīng)驗(yàn)公式。ΔY=Pg+Tg+Td-Bd-Hg(1)式中ΔY——空預(yù)器熱端徑向外側(cè)熱態(tài)增加的間隙量;Pg——轉(zhuǎn)子中心筒熱態(tài)膨脹值;Tg——轉(zhuǎn)子支承端軸的熱態(tài)膨脹值;Bd——冷端中心梁(桁架)的變形量;Hg——轉(zhuǎn)子外殼熱態(tài)膨脹值;Td——轉(zhuǎn)子外側(cè)熱態(tài)變形量。計(jì)算轉(zhuǎn)子外側(cè)的下垂,|Pg+Tg-Bd-Hg|值占整個(gè)變形量的比例很小,可忽略。該值采用(2)式計(jì)算:L=Td=αΔtR2/2H(2)式中α——平均溫度下材質(zhì)線膨脹系數(shù);Δt——平均溫差,℃;Tgi、Tgo——空預(yù)器煙氣側(cè)進(jìn)、出口平均溫度;Tai、Tao——空預(yù)器空氣側(cè)進(jìn)、出口平均溫度;R——轉(zhuǎn)子半徑,m;H——傳熱元件高度,m。(2)式中,Δt=(Tgi+Tao)/2-(Tgo+Tai)/2。(2)式用來計(jì)算容克式空預(yù)器熱態(tài)變形下轉(zhuǎn)子外緣的間隙值。掌握空預(yù)器熱態(tài)變形規(guī)律,是搞好密封改造的基礎(chǔ)。2降低空氣側(cè)和煙氣側(cè)壓力空預(yù)器回轉(zhuǎn)設(shè)備、轉(zhuǎn)子部分和固定部分存在間隙,熱態(tài)運(yùn)行時(shí),不可避免產(chǎn)生蘑菇狀變形,使動(dòng)、靜間隙增大,正壓空氣從間隙漏入負(fù)壓煙氣處(包括正壓一次風(fēng)漏入低壓二次風(fēng)和漏入負(fù)壓煙氣處;低壓二次風(fēng)漏入負(fù)壓煙氣處)產(chǎn)生直接漏風(fēng)。概括起來,主要有徑向泄漏、軸向泄漏、旁路泄漏。運(yùn)行中,轉(zhuǎn)子熱交換元件間的空氣隨轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)有一部分空氣帶入煙氣流中,產(chǎn)生攜帶漏風(fēng),攜帶漏風(fēng)與轉(zhuǎn)子速度有關(guān)。因石門電廠空預(yù)器轉(zhuǎn)子速度降為1.15r/min,攜帶漏風(fēng)占的比例不大。有關(guān)資料介紹容克式空氣預(yù)熱器主要是直接漏風(fēng),占預(yù)熱器總漏風(fēng)的80%以上(且轉(zhuǎn)子越大,該比例越大)。直接漏風(fēng)量如(3)式:G=KA(PA-PG)1/2ρ1/2(3)式中G——漏風(fēng)量;K——系數(shù);A——面積;PA——空氣側(cè)壓力;PG——煙氣側(cè)壓力;ρ——空氣密度。(3)式表明漏風(fēng)與間隙面積成正比,與空氣側(cè)和煙氣側(cè)壓力差的平方根成正比,因此要降低直接漏風(fēng),一要降低漏風(fēng)間隙面積、堵死漏風(fēng)渠道,二要降低空氣側(cè)與煙氣側(cè)之間的壓差,削弱漏風(fēng)動(dòng)力。基于以上2點(diǎn)對(duì)空預(yù)器進(jìn)行密封改造。3空預(yù)制密封重建方案以上為石門電廠空預(yù)器密封改造的理論依據(jù)。改造在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上,做到投入少、易行、密封好。3.1空預(yù)器轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不合理在空預(yù)器的過渡區(qū)任一時(shí)刻都至少有2道密封片與密封板連接,形成2個(gè)密封副。用(3)式計(jì)算,雙密封可使泄漏壓差降低1/2,漏風(fēng)降低30%。改造辦法有2個(gè)方案:(1)原扇形板與軸向弧形板幾何尺寸不變,將原24個(gè)模式扇形倉(每倉15°)改為48個(gè)模式扇形倉。此法可使空預(yù)器的每個(gè)過渡區(qū)在任一時(shí)刻都至少有2道密封副,密封效果好。但改造工作量大,要增加24個(gè)扇形倉的隔板,經(jīng)計(jì)算,對(duì)換熱面流道橫截面減小約1%,對(duì)空、煙氣流阻力影響不大。但整個(gè)空預(yù)器轉(zhuǎn)子及換熱元件需拆出、重新裁割及安裝,工期長(zhǎng),投資大。(2)空預(yù)器轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不動(dòng),根據(jù)風(fēng)、煙壓差大小將扇形板及軸向弧形板加寬。這樣,一次風(fēng)與煙氣側(cè)壓差最大,其過渡區(qū)由原20°向煙氣側(cè)加寬了8.5°、向一次風(fēng)側(cè)加寬了1.5°,如圖3所示。此法使該過渡區(qū)在任意時(shí)刻構(gòu)成雙密封,二次風(fēng)與煙氣過渡區(qū)壓差較小,其過渡區(qū)由原20°向二次風(fēng)側(cè)加寬5°,使該過渡區(qū)運(yùn)行中83%以上的時(shí)刻形成雙密封,一次風(fēng)與二次風(fēng)之間壓差較小。其過渡區(qū)扇形板(軸向弧形板)仍按原制造廠設(shè)計(jì)值進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整,考慮到扇形板加寬、換熱區(qū)和風(fēng)煙阻力的變化,經(jīng)核算流道橫截面減小約4%,經(jīng)原制造廠核算,因空預(yù)器設(shè)計(jì)裕量、空預(yù)器中心桁架支撐、風(fēng)煙進(jìn)出空間流道面積、扇形板加寬后預(yù)熱器流道換熱面積足可滿足機(jī)組滿負(fù)荷和正常負(fù)荷調(diào)節(jié)要求。綜合評(píng)價(jià)上述2個(gè)方案后,采取加寬過渡區(qū)扇形板及相對(duì)應(yīng)的軸向弧形板的改造方案、該方案簡(jiǎn)單、易行,可滿足要求。3.2間隙補(bǔ)償法根據(jù)制造廠推薦、理論計(jì)算和同類機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),證明300MW及以下空預(yù)器采用此法改造密封,方法簡(jiǎn)單、可靠、免維護(hù)。改造辦法如下:取消原熱態(tài)控制調(diào)節(jié)裝置,通過間隙計(jì)算,預(yù)留冷態(tài)間隙,熱態(tài)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。根據(jù)原空預(yù)器設(shè)計(jì),進(jìn)、出口空氣(一、二次風(fēng))和煙氣溫度(參考燃煤時(shí)實(shí)際溫度及可能的變化)可按300MW滿負(fù)荷考慮。將有關(guān)參數(shù)代入(1)式算得轉(zhuǎn)子運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的間隙值,以轉(zhuǎn)子中線為中心取不同半徑進(jìn)行計(jì)算得出各間隙值;同時(shí)計(jì)算轉(zhuǎn)子及外殼上、下部和所有徑向及軸向膨脹值。該理論計(jì)算結(jié)果如圖1所示。3.3剛性扇形板的密封密封片做成“V”形后,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子熱落變形后與剛性扇形板彈性密封,達(dá)到零間隙的效果。在特殊情況下,因膨脹值波動(dòng),在彈性范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)密封的微調(diào)節(jié)。3.4冷態(tài)轉(zhuǎn)子密封片的調(diào)節(jié)改造前,測(cè)量轉(zhuǎn)子徑向與軸向跳動(dòng)值、中心筒與轉(zhuǎn)子外緣的水平度、轉(zhuǎn)子上及下部T型鋼圓度。通過修理、調(diào)整,減小其偏差,然后根據(jù)圖1中的理論值和調(diào)整后對(duì)應(yīng)的偏差值分別進(jìn)行冷態(tài)轉(zhuǎn)子徑向密封片與扇形板的調(diào)節(jié)、軸向密封片與軸向弧形板的密封調(diào)節(jié)、冷及熱端旁路環(huán)向密封間隙調(diào)節(jié)。由于冷端轉(zhuǎn)子風(fēng)煙壓差比熱端高,由于泄漏與壓力差的平方根成正比,因此,轉(zhuǎn)子冷端密封比熱端更重要。冷端轉(zhuǎn)子熱態(tài)中心向下膨脹很小,主要考慮外緣下垂、轉(zhuǎn)子和向外膨脹增大間隙等要求預(yù)置密封片。熱端轉(zhuǎn)子中心向上、向外膨脹較多,又換熱元件外緣下垂,冷態(tài)安裝熱端的預(yù)置密封片在熱態(tài)時(shí)可能間隙會(huì)變大,但空預(yù)器壓差下端比上端大,由于轉(zhuǎn)子上、下端熱膨脹的影響,整體密封效果能滿足要求。3.5對(duì)旋轉(zhuǎn)中心作出密封維修檢查轉(zhuǎn)子中心筒的密封情況,如不符合要求,對(duì)其進(jìn)行檢修。4密封改造的實(shí)施和改造后的效果4.1空預(yù)器冷態(tài)間隙調(diào)整值計(jì)算根據(jù)理論分析和威海HOWDEN容克式空預(yù)器制造廠對(duì)各間隙值計(jì)算校核,制造廠提供部分改造部件。2001年2號(hào)機(jī)小修和2003年1號(hào)機(jī)大修時(shí)實(shí)施改造。圖3為空預(yù)器徑、軸向密封改造情況。圖3(a)為空預(yù)器上、下對(duì)應(yīng)扇形板和軸向弧形板改造加寬示意圖;圖3(b)、3(c)、3(d)、3(e)分別為改造前、后徑向(軸向)密封片與扇形板(或軸向弧形板)密封示意圖?？紤]漏風(fēng)與壓差間的關(guān)系,加寬過渡區(qū)為:一次風(fēng)與煙氣、二次風(fēng)與煙氣(一、二次風(fēng)間的過渡區(qū)只作檢修調(diào)整)。1,2號(hào)爐4臺(tái)空預(yù)器改造時(shí)冷態(tài)間隙調(diào)整值是以理論計(jì)算值為基礎(chǔ),綜合考慮轉(zhuǎn)子上、下跳動(dòng),上、下水平度和轉(zhuǎn)子圓度等因素,得出各空預(yù)器實(shí)際冷態(tài)密封間隙值,其結(jié)果如表1。表中符號(hào)參見圖1、2,旁路冷態(tài)間隙同理論計(jì)算值,見圖2。4.2未改造區(qū)域試驗(yàn)裝置的密封和密封裝置密封改造的具體步驟如下:4.2.1將所有的上、下扇形板、各軸向弧形板調(diào)整到間隙最大位置。4.2.2拆除原空預(yù)器的密封元件,包括徑向密封、軸向密封和部分環(huán)向密封。4.2.3按方案分別加寬扇形板、軸向弧形板。4.2.4將調(diào)節(jié)螺桿(或配套調(diào)節(jié)螺母)一端焊在扇形板(或軸向弧形板)上,另一端與其外殼支撐鋼梁焊接;之后,斷開原扇形板(軸向弧形板)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。4.2.5測(cè)量空預(yù)器轉(zhuǎn)子上、下部與中心筒的水平度,不同圓環(huán)的徑向跳動(dòng)和空預(yù)器轉(zhuǎn)子上、下的圓度,并做記錄,同時(shí)標(biāo)記測(cè)點(diǎn)位置。4.2.6徑向密封的設(shè)置和調(diào)整。(1)以頂部和底部任一模式下的扇形倉1塊隔板為基準(zhǔn),將4.2.5中得到的水平度、徑向跳動(dòng)值與以該基準(zhǔn)板為基準(zhǔn)得到的測(cè)量值(按測(cè)點(diǎn)標(biāo)記測(cè)量)進(jìn)行比較。取其中最大值加90mm作為扇形板與隔板間距的標(biāo)準(zhǔn)值。轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子,利用頂部和底部的調(diào)節(jié)螺桿調(diào)整扇形板,使頂部和底部的扇形板與該基準(zhǔn)隔板的間距值達(dá)到間距標(biāo)準(zhǔn)值。(2)在頂部和底部任一模式下的扇形倉1塊隔板上,裝1塊徑向密封片,以4.2.5中得到的水平度、徑向跳動(dòng)值與該裝了密封片的、作為基準(zhǔn)隔板的測(cè)量值(按測(cè)點(diǎn)標(biāo)記)進(jìn)行比較,取其中最大值加理論密封間隙值作為扇形板與密封片的冷態(tài)間隙標(biāo)準(zhǔn)值(其值如表1,下同)。調(diào)整該徑向密封片,使其與扇形板的間隙達(dá)到冷態(tài)間隙標(biāo)準(zhǔn)值。轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子,檢查該徑向密封片與各扇形板的間隙是否符合要求。(3)在空預(yù)器頂部和底部煙道內(nèi)焊接支架,轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子,對(duì)著上面步驟(2)已調(diào)好的徑向密封片來安裝徑向密封標(biāo)尺并固裝于支架上,用此標(biāo)尺依次完成各徑向密封片的安裝。(4)將扇形板用支撐槽鋼焊接到外殼鋼梁上(注意防止變形,焊時(shí)分多點(diǎn)、多區(qū)間焊)兩側(cè)(也可至少一側(cè))用鋼板分別滿焊到外殼上,使原運(yùn)行中可調(diào)節(jié)的扇形板靜密封變成全焊接,以保證零泄漏。4.2.7軸向密封的設(shè)置和調(diào)整。(1)以一塊軸向隔板為基準(zhǔn),以4.2.5中得到的圓度與以該基準(zhǔn)板為基準(zhǔn)得到的測(cè)量值(按測(cè)點(diǎn)標(biāo)記測(cè)量)進(jìn)行比較。上部取其中最大值加22mm、下部取其中最大值加16mm作為間距的標(biāo)準(zhǔn)值,來調(diào)節(jié)各軸向弧形板與該基準(zhǔn)隔板的間距。(2)任選一軸向隔板裝上軸向密封片,以4.2.5中得到的轉(zhuǎn)子上、下部的圓度與該已裝軸向密封的基準(zhǔn)板測(cè)量值(按測(cè)點(diǎn)標(biāo)記測(cè)量)進(jìn)行比較。上、下部分別取其最大值加理論計(jì)算值作為軸向密封片與軸向弧形板的冷態(tài)密封間隙標(biāo)準(zhǔn)值,調(diào)整此軸向密封片,使其與軸向弧形板間隙達(dá)到要求。(3)在轉(zhuǎn)子外殼上焊一支架,轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子,對(duì)照上面步驟(2)已調(diào)好的軸向密封片來安裝軸向密封標(biāo)尺并固裝于支架上,用此標(biāo)尺依次完成各軸向密封片的安裝。(4)將軸向弧形板兩側(cè)用鋼板分別滿焊到外殼上,使原運(yùn)行中可調(diào)節(jié)的弧形板靜密封變成全焊接,以保證零泄漏。4.2.8環(huán)向旁路密封設(shè)置和調(diào)整。按理論計(jì)算值,調(diào)整熱端間隙為8mm,冷端間隙為3mm。4.2.9轉(zhuǎn)子中心筒密封。將中心軸密封環(huán)按方案焊在中心軸上,然后割除中心筒吊桿。完成上述工作后,拆除原扇形板調(diào)節(jié)裝置和為改造用的臨時(shí)支架,封堵漏點(diǎn),檢修其他未改造的部分,清檢場(chǎng)地,試運(yùn)空預(yù)器。如正常,改造結(jié)束。4.3預(yù)熱器漏風(fēng)改造根據(jù)計(jì)算結(jié)果,采用冷態(tài)預(yù)留間隙、熱態(tài)膨脹補(bǔ)償?shù)淖悦芊夥椒?取消原控制、調(diào)整機(jī)構(gòu)。這樣,減少了調(diào)節(jié)、維護(hù)工作量,運(yùn)行中又不會(huì)出現(xiàn)密封調(diào)節(jié)失靈、卡死或漏風(fēng),設(shè)備工作更可靠。改造