容克式空氣預(yù)熱器的密封改造

容克式空氣預(yù)熱器的密封改造

0u3000鍋爐空預(yù)器容克空氣預(yù)熱器是一種空氣預(yù)熱器。它是一種空氣再生加熱裝置，利用帶有旋轉(zhuǎn)裝置的傳熱裝置在空氣側(cè)吸收熱量，并在空氣側(cè)釋放熱量。具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小鋼耗少(同出力情況下重量比管式的輕一半以上)、耐磨損腐蝕、使用壽命長，容易布置等優(yōu)點(diǎn)，因而被大中型火電廠鍋爐特別是300MW及以上鍋爐普遍采用，是大中型電站鍋爐重要的尾部換熱設(shè)備。但是容克式空氣預(yù)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在漏風(fēng)大的缺點(diǎn)，且隨運(yùn)行時間延長，漏風(fēng)越來越大，因此改造密封系統(tǒng)，降低漏風(fēng)率是容克式空氣預(yù)熱器面臨的重要課題。湖南省石門電廠一期2×300MW鍋爐空預(yù)器為立式倒流三分倉空克式，每爐兩臺，每臺24個模式結(jié)構(gòu)扇形倉，單密封、熱態(tài)控制調(diào)整，轉(zhuǎn)子周邊傳動，轉(zhuǎn)子直徑Ф10338mm，傳熱元件總高2180mm，正常運(yùn)行轉(zhuǎn)速1.15r/min，設(shè)計漏風(fēng)率8%，實際運(yùn)行漏風(fēng)達(dá)20%，引、送、一次風(fēng)機(jī)能耗大，排煙溫度高等。通過密封改造，收到良好效果，本文從容克式空預(yù)器運(yùn)行轉(zhuǎn)子熱變形、漏風(fēng)分析入手，對設(shè)備改造方案、過程、結(jié)果進(jìn)行描述。1空預(yù)器密封重建的理論依據(jù)1.1熱態(tài)變形轉(zhuǎn)子間隙的計算空預(yù)器熱態(tài)工作時，煙氣與空氣在預(yù)熱器中是倒流(逆流)換熱的，上端：高溫?zé)煔膺M(jìn)入和空氣吸熱后出口溫度高，轉(zhuǎn)子膨脹大；下端：煙氣放熱后出口和低溫空氣進(jìn)入預(yù)熱器溫度相對上端低；轉(zhuǎn)子上下端存在溫差膨脹不一使得轉(zhuǎn)子傳熱元件組產(chǎn)生上大下小蘑菇狀變形、徑向密封片外側(cè)下垂，增加漏風(fēng)間隙。實際運(yùn)行中轉(zhuǎn)子熱態(tài)變形復(fù)雜、是多個部件變形量的綜合值，根據(jù)美國ABB-APC公司提供的資料有如下經(jīng)驗公式：式中ΔY———預(yù)熱器熱端徑向外側(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；Td———轉(zhuǎn)子外側(cè)熱態(tài)變形量。對計算轉(zhuǎn)子外側(cè)的下垂，一般認(rèn)為其值占整個變形量的比例很小，可以忽略不計，主要采用Td計算，有：式中α———平均溫度下材質(zhì)線膨脹系數(shù)；Δt———平均溫差；Δt=(Tgi+Tao)/2-(Tgo+Tai)/2，℃Tao———預(yù)熱器空氣側(cè)出口平均溫度；H———傳熱元件高度，m。公式(2)常用來分析計算國產(chǎn)容克式空氣預(yù)熱器熱態(tài)變形轉(zhuǎn)子外緣間隙值。掌握其熱態(tài)變形規(guī)律，是搞好空預(yù)器密封的基礎(chǔ)。1.2生直接漏風(fēng)特性空預(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)轉(zhuǎn)時又不可避免產(chǎn)生蘑菇狀變形，使動靜部分間隙增大，正壓空氣從間隙漏入負(fù)壓煙氣(包括正壓一次風(fēng)漏入低壓二次風(fēng)和漏入負(fù)壓煙氣；低壓二次風(fēng)漏入負(fù)壓煙氣)，產(chǎn)生直接漏風(fēng)，主要包括徑向泄漏、軸向泄漏、旁路泄漏。同時，運(yùn)行中轉(zhuǎn)子熱交換元件間充滿的空氣隨著轉(zhuǎn)動會把一部分空氣不可避免地帶入煙氣流中，產(chǎn)生攜帶漏風(fēng)。攜帶漏風(fēng)與轉(zhuǎn)子速度有關(guān)，石門電廠空預(yù)器轉(zhuǎn)子速度已降至1.15r/min。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)子越大占的比例越大)。直接漏風(fēng)遵循如下公式：式中G———漏風(fēng)量；K———系數(shù)；PA———空氣側(cè)壓力；(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)動力?；谝陨蟽牲c(diǎn)對空預(yù)器進(jìn)行密封改造。2預(yù)器轉(zhuǎn)子及傳熱控制優(yōu)化改造以上分析為石門電廠空預(yù)器密封改造提供了理論依據(jù)。在現(xiàn)有設(shè)施基礎(chǔ)上、力爭達(dá)到投入少、易行、密封好的效果。(1)采用雙密封技術(shù)，削弱空氣側(cè)與煙氣側(cè)漏風(fēng)壓差。在空預(yù)器的過渡區(qū)任一時刻都至少有兩道密封片與密封板相接接，形成兩個密封副，應(yīng)用(3)式推導(dǎo)計算，雙密封技術(shù)可以把泄漏壓差降低一半，漏風(fēng)降低30%。改造辦法：一是原扇形板與軸向弧形板幾何尺寸不變，將原24個模式扇形倉(每倉占15°)，改為48個模式扇形倉，此法可使空預(yù)器的每個過渡區(qū)任一時刻都至少有兩道密封副，密封效果好，但改造工作量大，要增加24個扇形倉的隔板，經(jīng)計算對換熱面流道橫截面約減小1%，空-煙氣流阻力影響不大，整個空預(yù)器轉(zhuǎn)子及換熱元件需拆出、重新裁割安裝，工期長，投資大。二是空預(yù)器轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不動，根據(jù)風(fēng)煙壓差大小將扇形板及軸向弧形板作加寬改造：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8.5°、向一次風(fēng)側(cè)加寬1.5°，使該過渡區(qū)在任意時刻構(gòu)成雙密封；二次風(fēng)與煙氣過渡區(qū)壓差相對小、其過渡區(qū)由原20°向二次風(fēng)側(cè)加寬5°,使該過渡區(qū)在運(yùn)行中83%以上時刻構(gòu)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)計值進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整?？紤]到扇形板加寬，換熱區(qū)和風(fēng)煙阻力的變化，經(jīng)核算流道橫截面約減小4%，詢問原制造廠并請專業(yè)廠家核算，因空預(yù)器設(shè)計裕量、空預(yù)器中心桁架支撐、風(fēng)煙進(jìn)出空間流道面積結(jié)構(gòu)、進(jìn)行扇形板加寬后預(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。綜合評價采取上述加寬過渡區(qū)扇形板及相對應(yīng)的軸向弧形板的改造方案、簡單、可行、滿足要求。(2)扇形板和軸向弧形板與轉(zhuǎn)子間隙采取自密封技術(shù)。根據(jù)有關(guān)專業(yè)制造廠家推薦，理論計算和有關(guān)同類型機(jī)組經(jīng)驗證明300MW及以下空預(yù)器采用此法，簡單可靠免維護(hù)。改造辦法：將原有熱態(tài)控制調(diào)節(jié)裝置取消、封堵，通過間隙計算，冷態(tài)預(yù)留間隙，熱態(tài)自動補(bǔ)償辦法，根據(jù)原空預(yù)器設(shè)計進(jìn)出口空氣(一二次風(fēng))、煙氣溫度(參考實際燃煤時實際溫度值及可能的調(diào)節(jié)變化)等按300MW滿負(fù)荷考慮，將有關(guān)參數(shù)代入(1)式算得轉(zhuǎn)子熱態(tài)運(yùn)行時產(chǎn)生間隙值，以轉(zhuǎn)子中線為中心取不同半徑進(jìn)行計算得出各間隙值；同時計算轉(zhuǎn)子及外殼上下、徑向軸向各膨脹值，將計算結(jié)果(理論值)匯總標(biāo)示如圖1。(3)密封片做成“V”形，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子熱落變形后與剛性扇形板彈性貼合密封0間隙的理想效果?；蛱厥馇闆r下因膨脹值波動實現(xiàn)密封彈性范圍內(nèi)微調(diào)節(jié)。(4)改造前測量轉(zhuǎn)子徑向與軸向幌動值、中心筒與轉(zhuǎn)子外緣水平度、轉(zhuǎn)子上下T型鋼圓度，并通過檢修盡量調(diào)整減小其偏差，然后根據(jù)圖1理論值和調(diào)整后對應(yīng)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、熱端旁路環(huán)向密封間隙調(diào)節(jié)。(5)對轉(zhuǎn)子中心筒進(jìn)行密封檢修處理。3改造、實施和影響3.1電廠造部件工程根據(jù)理論分析和中國威海HOWDEN容克式空預(yù)器專業(yè)廠家對各間隙值計算校核，威海HOWDEN提供部分改造部件，2001年在HOWDEN專業(yè)人員現(xiàn)埸指導(dǎo)下于2號機(jī)組小修時實施。根據(jù)這一技術(shù)2003年在1號機(jī)組大修時由電廠組織人員完成。1、2號爐四臺空預(yù)器改造冷態(tài)間隙調(diào)整值：以理論計算值為基礎(chǔ)，根據(jù)上述要求綜合考慮轉(zhuǎn)子上下幌動、上下水平度、轉(zhuǎn)子圓度等因素得出各空預(yù)器實際冷態(tài)密封間隙值，其結(jié)果匯總?cè)绫?。3.2旁動轉(zhuǎn)子調(diào)整安裝為“0泄漏”(1)將上下各扇形板、各軸向弧形板提放到間隙最大位置。(2)拆除原空預(yù)器的密封元件(徑向密封軸向密封和部分環(huán)向密封)。(3)按方案分別加寬扇形板、軸向弧形板。(4)將事先準(zhǔn)備的調(diào)節(jié)螺桿(及配套調(diào)節(jié)螺母一端焊在扇形板(軸向弧形板)上、另一端與其外殼支撐鋼梁焊接；之后解開原扇形板(軸向弧形板)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。(5)測量空預(yù)器轉(zhuǎn)子上下與中心筒的水平度、不同圓環(huán)幌動值和空預(yù)器轉(zhuǎn)子上下圓度并記錄、同時在測點(diǎn)位置標(biāo)記。(6)徑向密封設(shè)置和調(diào)整：(a)以頂部和底部任一模式扇形倉的一片隔板為基準(zhǔn)，與已測量的水平度、幌動值與此基準(zhǔn)板測量值進(jìn)行(按測點(diǎn)標(biāo)記)比較，取其中最大值加90mm作扇形板與隔板實際間距的標(biāo)準(zhǔn)值，旁動轉(zhuǎn)子，利用頂部和底部的調(diào)節(jié)螺桿對扇形板進(jìn)行調(diào)整，使頂部和底部的扇形板與此基準(zhǔn)隔板間距值達(dá)到實際間距標(biāo)準(zhǔn)值。(b)在頂部和底部任一模式扇形倉的一片隔板上裝一條徑向密封片，以測量的水平度、幌動值與此密封片的隔板(基準(zhǔn)板)測量值進(jìn)行(按測點(diǎn)標(biāo)記比較，取其中最大值加理論密封間隙值作扇形板與密封片的實際冷態(tài)間隙標(biāo)準(zhǔn)(其值匯總?cè)绫?，下同)，調(diào)整這條徑向密封片使之與扇形板的間隙達(dá)到實際冷態(tài)間隙標(biāo)準(zhǔn)，旁動轉(zhuǎn)子，檢查這條密封片與各扇形板的間隙合要求。(c)在空預(yù)器的頂部和底部煙道內(nèi)焊接支架，旁動轉(zhuǎn)子對著上述(b)已調(diào)好的徑向密封片來調(diào)整安裝徑向密封標(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。(d)將扇形板用支撐槽鋼焊接到外殼鋼梁上(注意防止變形，焊時分多點(diǎn)多區(qū)間焊)兩側(cè)(或至少一側(cè)也可)用鋼板分別滿焊到外殼上，使原運(yùn)行中調(diào)節(jié)的扇形板靜密封成為全焊接密封(0泄漏)。(7)軸向密封設(shè)置和調(diào)整：(a)以一條軸向隔板為基準(zhǔn)，以己測量的圓度與此基準(zhǔn)板測量值進(jìn)行(按測點(diǎn)標(biāo)記)比較：上部取其中最大值加22mm，下部取其中最大值加16mm，來調(diào)節(jié)各軸向弧形板與此基準(zhǔn)隔板的間距。(b)任選一軸向隔板裝上軸向密封片，以己測量轉(zhuǎn)子上下的圓度與此裝軸向密封的基準(zhǔn)板測量值進(jìn)行(按測點(diǎn)標(biāo)記)比較：上下部分別取其最大值加理論計算值作為軸向密封片與軸向弧形板的冷態(tài)密封間隙值，調(diào)整此軸向密封片使其與軸向弧形板間隙達(dá)要求；(c)在轉(zhuǎn)子外殼上焊一支架，旁動轉(zhuǎn)子對著上述(b)已調(diào)好的軸向密封片來調(diào)整安裝軸向密封標(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。(d)將軸向弧形板兩側(cè)用鋼板分別滿焊到外殼上，使原運(yùn)行中調(diào)節(jié)的弧形板靜密封成為全焊接(0泄漏)。(8)環(huán)向旁路密封設(shè)置和調(diào)整：按理論計算值，熱端間隙8mm，冷端間隙3mm進(jìn)行調(diào)整。(9)轉(zhuǎn)子中心筒密封：將準(zhǔn)備好的中心軸密封環(huán)按方案焊到中心軸上，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)裝置和改造工作的臨時支架，封堵有關(guān)漏點(diǎn)，對其它未進(jìn)行改造的部分進(jìn)行檢修消缺，清檢場地，試運(yùn)空預(yù)器正常結(jié)束改造工作。3.3解決了靜密封間隙泄漏由于通過計算采取冷態(tài)預(yù)留間隙熱態(tài)膨脹補(bǔ)償?shù)淖悦芊夥椒?，取消了原控制調(diào)整機(jī)構(gòu)，少了調(diào)節(jié)維護(hù)，又不會在運(yùn)行中出現(xiàn)密封調(diào)節(jié)失靈卡死或漏風(fēng)大現(xiàn)象，設(shè)備工作更可靠，且改造的上扇形板與上梁滿焊固定、下扇形板與下梁滿焊固定、軸向弧形板與側(cè)梁滿焊固定，避免了過去扇形板(或軸向弧形板)與支持梁聯(lián)接存在的靜密封間隙泄漏。改造后經(jīng)湖南省電力試驗研究所對兩爐四臺預(yù)熱器進(jìn)行漏風(fēng)測試，機(jī)組負(fù)荷在180MW～300MW運(yùn)行時，空預(yù)器漏風(fēng)在9%～7%之間；改造后引、送、一次風(fēng)機(jī)在同樣180MW時比改造前電流分別下