國(guó)產(chǎn)200mw機(jī)組空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率控制方案的比較

國(guó)產(chǎn)200mw機(jī)組空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率控制方案的比較

空氣預(yù)熱器用于將熱量從鍋爐的尾部加熱到燃料中燃燒所需的空氣，并改善鍋爐效率。國(guó)產(chǎn)200MW機(jī)組所配風(fēng)罩回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器大多存在漏風(fēng)率大的問題,嚴(yán)重影響鍋爐正常運(yùn)行,已成為擁有該類型空氣預(yù)熱器的電廠共同關(guān)注的問題。荊門熱電廠4、5號(hào)爐配有的哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的風(fēng)罩回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。設(shè)計(jì)漏風(fēng)率為20%,但自投產(chǎn)以來漏風(fēng)率一直在35%～50%左右,即使引風(fēng)機(jī)出口擋板全開,爐膛氧量仍然嚴(yán)重不足(1.8%～2.1%)。經(jīng)過數(shù)年的實(shí)踐摸索和調(diào)研論證,綜合比較了幾種改造方案的利弊,最后,采用德國(guó)ROTHEMUHLE技術(shù)進(jìn)行局部改造,達(dá)到了既降低漏風(fēng)率又減少投資的目的。1密封框架與原理的問題我廠空氣預(yù)熱器是一種逆流工作的再生式熱交換器。作為熱交換元件的定子(由不同的格倉(cāng)組成,受熱元件裝在格倉(cāng)內(nèi))兩端各有1個(gè)由主軸同步帶動(dòng)的回轉(zhuǎn)風(fēng)道,借助齒輪和傳動(dòng)圍帶旋轉(zhuǎn)。空氣和煙氣分別從風(fēng)道的內(nèi)、外部流動(dòng)。上、下回轉(zhuǎn)風(fēng)道風(fēng)罩與定子端面采用生鐵防磨板密封,密封框架為鉸接式,受熱元件的傳熱能力和煙風(fēng)道阻力并無問題,產(chǎn)生漏風(fēng)的主要原因是由于受熱元件體積大(直徑8.2m,高度2.2m),熱變形大,回轉(zhuǎn)風(fēng)罩與固定的受熱面之間的密封間隙不能隨著溫度的變化而始終維持在一定的范圍內(nèi),密封性能差。(1)原設(shè)計(jì)上部(熱端)回轉(zhuǎn)風(fēng)道的風(fēng)罩密封間隙采用機(jī)械式調(diào)整方式,為了使密封框架適應(yīng)運(yùn)行條件下定子的“蘑茹”狀變形和線性熱膨脹,上部回轉(zhuǎn)風(fēng)罩裝有24套周向密封自動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)(熱補(bǔ)償裝置),利用熱膨脹系數(shù)不同的金屬桿受熱后的膨脹差異來調(diào)整磨損限位裝置的支座,并通過杠桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu),自動(dòng)調(diào)整密封間隙。但實(shí)際運(yùn)行中由于鉸接式的結(jié)構(gòu)往往被卡死,金屬桿經(jīng)常被拉斷,根本起不到熱態(tài)相對(duì)間隙的自動(dòng)補(bǔ)償作用。(2)原設(shè)計(jì)下部(冷端)回轉(zhuǎn)風(fēng)罩周向密封框架僅靠28個(gè)?12mm的支撐彈簧作為支撐和磨損限位,要求起到既保證密封又減輕磨損的作用。但由于支撐彈簧剛度小,風(fēng)罩下沉根本起不到保證密封的作用;另外,風(fēng)罩與密封框架之間的U型密封由于卡子的脫落造成密封件松脫以及因飛灰磨損和低溫腐蝕使U型密封件大部分損壞,造成大量漏風(fēng)。(3)原設(shè)計(jì)風(fēng)罩與空氣管道的密封(頸部密封裝置)是用可自調(diào)的24塊弓形鑄鐵塊用螺旋彈簧壓向頸部密封連接法蘭的機(jī)加工密封面進(jìn)行密封,但弓形鑄鐵塊在運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)卡澀而不能緊貼;下部喉口密封筒還由于磨損減薄或磨穿漏風(fēng)。(4)為了保持受熱面的清潔,冷端和熱端雖然各設(shè)計(jì)有1套吹灰裝置,但由于吹灰器失效,受熱面的積灰往往不能得到正常的清掃,由此造成受熱面積灰堵塞,阻力增大,空氣沿定子冷端徑向隔板的縫隙大量向煙氣側(cè)泄漏,并將密封面(尤其是定子冷熱兩端徑向隔板的密封面)吹損,并使排煙溫度降低。冷端受熱面壁溫降到煙氣露點(diǎn)溫度以下,加劇了冷端的腐蝕和堵塞(原配制的帶有?12mm通風(fēng)孔的陶瓷磚被堵死),造成越堵越漏,越漏越堵的惡性循環(huán)。為消除受熱元件的積灰和堵塞,我們將冷端的陶瓷磚更換為考登鋼波紋板,每次大修都把受熱元件拉出來散片清掃、沖洗、補(bǔ)充、更換;為了改善上部周向密封,曾多次更換過不同熱膨脹系數(shù)的金屬桿;為保證冷端的密封間隙,加大了支撐彈簧直徑以提高其剛度;為消除徑向漏風(fēng),我們甚至在每一個(gè)徑向隔板上加裝彈簧活頁密封片等。經(jīng)這些改進(jìn),大修后在短時(shí)間內(nèi)漏風(fēng)率也能降到20%以內(nèi),但不到1個(gè)月漏風(fēng)又十分嚴(yán)重,問題始終未能根本解決。2空氣預(yù)熱器基礎(chǔ)圍繞該型空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)問題,曾有2種改進(jìn)方案:一是改造為管式與熱管組合的復(fù)合式空氣預(yù)熱器;另一種是改造為受熱面回轉(zhuǎn)的容克式空氣預(yù)熱器。對(duì)這2種方案我們進(jìn)行過調(diào)研和論證。2.1管式空氣預(yù)熱器管式預(yù)熱器屬傳熱式,通過壁面將煙氣的熱量連續(xù)地傳給空氣,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于制造,漏風(fēng)率可達(dá)到3%以內(nèi),但傳熱效果差,排煙溫度高,鍋爐效率低,尾部易積灰腐蝕,腐蝕后也漏風(fēng),更換困難。有電廠曾出現(xiàn)過管式預(yù)熱器由于末端管壁溫度低于露點(diǎn)溫度而造成嚴(yán)重腐蝕、堵塞,煙道入口磨穿,漏風(fēng)加劇,致使引風(fēng)機(jī)出力不足的缺陷;若采用熱管空氣預(yù)熱器雖可高于露點(diǎn)溫度不易積灰,但也有磨穿熱管降低傳熱效率的可能。另外,由于管式與熱管預(yù)熱器體積龐大,改造范圍大,且投資大,工期長(zhǎng)。因此,該方案不可取。2.2空氣預(yù)熱器引起對(duì)風(fēng)道的要求容克式預(yù)熱器同風(fēng)罩回轉(zhuǎn)式一樣屬再生式,其傳熱效果好,結(jié)構(gòu)緊湊,體積小,重量輕,經(jīng)濟(jì)性高,便于布置。國(guó)內(nèi)已有電廠按照國(guó)外廠商的方案將風(fēng)罩回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器改造為容克式預(yù)熱器的先例,但都需要將原預(yù)熱器整體拆除,徹底更換全新的容克式空氣預(yù)熱器。此改造方法雖然漏風(fēng)率能降到6%～7%,但改造范圍大,系統(tǒng)變化大,邊界參數(shù)需要重新選取和重新設(shè)計(jì),受熱面要重新確定,相關(guān)煙風(fēng)道系統(tǒng)要重新布置,基礎(chǔ)的動(dòng)靜荷需要重新核算分配,結(jié)構(gòu)、氣流參數(shù)及阻力都要發(fā)生變化,不僅投資大(均超過2000萬元),而且又派生出一些新的問題(如送風(fēng)量、風(fēng)溫及煙風(fēng)系統(tǒng)的阻力;大件的安裝、找正;預(yù)熱器本體及風(fēng)道的振動(dòng);轉(zhuǎn)動(dòng)部件的卡澀;下部灰斗的剛度和變形以及風(fēng)煙系統(tǒng)的泄漏等)。國(guó)內(nèi)一些電廠的容克式預(yù)熱器在運(yùn)行中由于吹掃介質(zhì)參數(shù)達(dá)不到要求,吹灰時(shí)間不足,油槍出力過大霧化不良,未定期進(jìn)行水沖洗,吹灰槍進(jìn)汽管破損而造成受熱面堵塞,也帶來漏風(fēng)率大的問題。因此,將風(fēng)罩回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器改造為受熱面回轉(zhuǎn)式的空氣預(yù)熱器也不是最佳的選擇。2.3空氣預(yù)熱器系統(tǒng)我廠風(fēng)罩回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器為哈爾濱鍋爐廠仿照ROTHEMUHLE公司20年前技術(shù)制造的產(chǎn)品。近幾年ROTHEMUHLE密封方式又有了新改進(jìn):(1)在動(dòng)靜部分的密封方式方面,徑向倉(cāng)隔板采用雙密封,喉口采用剎車閘式迷宮式密封;(2)在風(fēng)罩與受熱元件的間隙跟蹤與調(diào)節(jié)方面,上、下密封框架采用間隙自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié);(3)在冷段受熱面積灰的清洗方面,采用擺動(dòng)式吹灰器。國(guó)內(nèi)有些電廠使用從ROTHEMUHLE公司直接進(jìn)口的風(fēng)罩回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器,漏風(fēng)率能控制在12%～15%左右。達(dá)到較好的水平。采用ROTHEMUHLE公司的新技術(shù),僅僅在動(dòng)靜部分的密封方式、風(fēng)罩與受熱元件的間隙跟蹤與調(diào)節(jié)方式、冷段受熱面積灰的清洗方式等關(guān)鍵問題上進(jìn)行局部的技術(shù)改造,就可以使漏風(fēng)率控制在12%～15%。我廠空氣預(yù)熱器主要是漏風(fēng)率太大,而受熱元件的傳熱能力和煙風(fēng)道阻力并無太大問題,用不著花巨額投資將原空氣預(yù)熱器全部拆除。因此最后確定維持原空氣預(yù)熱器整體設(shè)備不動(dòng),按照ROTHEMUHLE的技術(shù)進(jìn)行局部改造,達(dá)到漏風(fēng)率在1年內(nèi)不超過10%,3年內(nèi)不超過15%的要求。3內(nèi)容更新3.1加大密封小槽鋼密封對(duì)定子冷熱兩端的表面不平度進(jìn)行檢測(cè),使不平度公差小于±2mm,并在定子的冷、熱端每個(gè)徑向倉(cāng)隔板上加裝了密封小槽鋼(迷宮式密封),形成雙徑向密封倉(cāng)隔板,降低了單層倉(cāng)隔板的兩側(cè)風(fēng)壓,加強(qiáng)了倉(cāng)隔間的密封,降低了直接漏風(fēng)量。3.2密封材料冷端將上、下密封框架由鉸接式改為整體焊接式(冷端考登鋼,熱端低碳鋼),密封材料冷端采用聚四氟乙烯DARLIN,熱端采用不銹鋼,在熱應(yīng)力、重力及外力的作用下其框架的變形接近“蘑茹”狀,框架熱態(tài)變形更為合理。3.3鐵防磨環(huán)密封上、下喉口密封由原來每只彈簧頂緊1塊鑄鐵防磨環(huán),改為剎車閘式迷宮式密封,每半周鑄鐵防磨環(huán)連接在一起,切向用1只彈簧拉緊,每塊防磨環(huán)都能和密封筒自然貼合。3.4間隙傳感器的工作原理改造后上、下主密封采用自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)裝置,調(diào)節(jié)執(zhí)行器接受來自信息處理器根據(jù)間隙傳感器檢測(cè)的密封間隙變化的信息后而轉(zhuǎn)換的動(dòng)作指令,改變間隙調(diào)節(jié)裝置的位置,然后通過調(diào)節(jié)球頭、偏心扇形板和調(diào)節(jié)滑板的共同作用驅(qū)使密封鑄鐵板得到調(diào)整,使密封間隙能始終自動(dòng)保持其設(shè)定的密封間隙,其運(yùn)行靈活可靠,自動(dòng)化程度高。3.5風(fēng)罩回轉(zhuǎn)吹掃改造后,冷端安裝德國(guó)生產(chǎn)的擺動(dòng)式吹灰器。沿半徑方向安裝的1組噴嘴,跟隨風(fēng)罩一起轉(zhuǎn)動(dòng),通過風(fēng)罩的運(yùn)轉(zhuǎn)和撥輪、拐臂、連桿的共同作用,受熱面被依次吹掃,連接方式使用可靠,效果很好,解決了冷端積灰、堵灰問題。4改造后的效果(1)2臺(tái)爐改造后漏風(fēng)率都下降到10%以內(nèi)達(dá)到了改造預(yù)定的要求。(2)由于漏風(fēng)率的下降,改變了爐膛風(fēng)量不足的情況,爐膛出口氧量由改前的不足3%提高到4.7%以上,使得燃燒完全,飛灰含碳量和爐渣含碳量分別下降了3.61%和4.08%,減少了機(jī)械未完全燃燒損失。鍋爐效率提高了2.64%,折合標(biāo)準(zhǔn)煤耗下降9.4g/kWh,按年發(fā)電11.7×108kWh計(jì),年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤10998t,折合人民幣約307.944萬元。(3)改造后引風(fēng)機(jī)廠用電率平均下降了0.232%,按平均負(fù)荷180MW計(jì)算,每小時(shí)可節(jié)省廠用電417.6kWh,按年運(yùn)行6500h計(jì)算,每年可節(jié)省廠用電2.714GWh。若按上網(wǎng)電價(jià)每度0.20元計(jì)算,折合人民幣54.288萬元。(4)排煙溫度有所下降,排煙損失有所減少。5改造方案的基本方案(1)空氣預(yù)熱器僅通過局部改造漏風(fēng)率可下降到10%以內(nèi),滿足了鍋爐安全運(yùn)行的要求。(2)該方案保留受熱面不動(dòng),不需要將原預(yù)熱器整體拆除,投資相當(dāng)于更換容克式預(yù)熱器的23%,具有投資低、回收快、工期短、改造范圍小、相關(guān)系統(tǒng)不受影響且避免派生其他新問題的特點(diǎn),對(duì)同類空氣預(yù)熱器的密封改造有借鑒和推廣價(jià)值。(3)改造方案要從實(shí)際出發(fā),德方原設(shè)計(jì)冷端密封采用聚四氟乙烯DARLIN材料,但容易破裂,后改用不銹鋼才能滿足要求。(4)要加強(qiáng)吹灰器的運(yùn)行管理和維護(hù)工作。由于空氣預(yù)熱器在受到低溫腐蝕的同時(shí),形成了較多的酸性粘結(jié)灰,在表面張力作用下粘結(jié)成團(tuán),加之預(yù)熱器的傳熱元件布置很緊湊,波紋板間通道較窄,飛灰、炭粒和油污容易沉積。往往將空氣預(yù)熱器堵死。另外,在冷爐啟動(dòng)過程中以及低負(fù)荷投油助燃或煤油混燒時(shí)油槍霧化不良,未完全燃燒的油滴或煤粉顆粒易沉積在傳熱元件上,也會(huì)帶來預(yù)熱器的嚴(yán)重堵塞。因此,要定期檢查吹灰器噴嘴,平時(shí)除對(duì)