容克式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)的控制

容克式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)的控制

1鍋爐輔助設(shè)備目前，容克空氣預(yù)熱器是中國大型電壓爐的輔助設(shè)備。容克式空預(yù)裝置具有傳熱密度高、結(jié)構(gòu)緊湊、鋼量少、施工方便等優(yōu)點。但是,容克式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率高卻是最為棘手的問題,直接影響了鍋爐機組的安全性和經(jīng)濟性。2排風(fēng)泄漏的主要原因和傳統(tǒng)的控制方法2.1煙氣側(cè)濕風(fēng)率的確定漏風(fēng)主要因素有直接漏風(fēng)和攜帶漏風(fēng)。漏風(fēng)率=(進(jìn)入煙氣側(cè)的濕空氣量/進(jìn)入煙氣側(cè)的濕煙氣量)×100%,直接漏風(fēng)占75%左右,攜帶漏風(fēng)占25%左右。2.1.1預(yù)熱器和轉(zhuǎn)子密封的密封間隙的影響在容克式空氣預(yù)熱器投運期間,流經(jīng)傳熱元件的空氣和煙氣存在著一定的壓差?？諝饬鞯膲毫σ葻煔饬鞯膲毫Ω咝Ｒ虼?在空氣預(yù)熱器的熱端和冷端均都存在空氣流入煙氣的現(xiàn)象。預(yù)熱器中空氣與煙氣由惰性區(qū)密封分開。轉(zhuǎn)子密封片與殼子密封板之間的密封間隙總是大于零。壓力較高的空氣必然要穿過密封間隙漏向壓力較低的煙氣中,就是直接漏風(fēng),直接漏風(fēng)量的計算公式:式中:QZJ—直接漏風(fēng)量,m3/s;K—漏風(fēng)系數(shù);A—密封間隙(漏風(fēng)間隙)面積,m2;籽—氣體密度,kg/m3;△P—煙氣間的壓差Pa。2.1.2攜帶漏風(fēng)預(yù)熱器在空預(yù)器轉(zhuǎn)子倉格中所包容的風(fēng)量隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn),會不斷地轉(zhuǎn)移到煙氣側(cè),被煙氣帶走,這是攜帶漏風(fēng)。攜帶漏風(fēng)是預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)型式本身決定的,目前還沒有解決的辦法。攜帶漏風(fēng)的計算公式:式中:Qxd—攜帶漏風(fēng)量,m3/s;D—是空預(yù)器的轉(zhuǎn)子直徑,m;n—轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速,r/min;y—蓄熱板金屬盒灰所占轉(zhuǎn)子的份額;H—轉(zhuǎn)子的高度,m。2.2傳統(tǒng)控制漏風(fēng)的主要方法減小直接漏風(fēng)的方法:減小間隙、減小壓差、增加漏風(fēng)阻力。壓差是由鍋爐系統(tǒng)本身決定的,所以只能從減小間隙和增加漏風(fēng)阻力方面采取措施。2.2.1結(jié)構(gòu)形式及動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)從預(yù)熱器設(shè)計的角度力圖減小漏風(fēng)的有效途徑是,將密封間隙控制在最小限度。間隙漏風(fēng)主要包括空預(yù)器轉(zhuǎn)子的徑向、軸向、環(huán)向漏風(fēng)?？諝忸A(yù)熱器密封裝置設(shè)計的關(guān)鍵就在于研究預(yù)熱器變形的規(guī)律,使設(shè)計出的密封裝置能夠有效地控制各種工況,主要是MCR工況下密封間隙處在最小限值。目前,主要有靜態(tài)和動態(tài)兩種密封方式。(1)靜態(tài)密封的調(diào)整,根據(jù)轉(zhuǎn)子熱態(tài)溫度場模型,計算空預(yù)器轉(zhuǎn)子不同位置的變形量,對三向(徑向、軸向、環(huán)向)(見圖1、圖2)密封片進(jìn)行冷態(tài)調(diào)整,在運行時漏風(fēng)率最小。徑向密封:所有的容克式空氣預(yù)熱器,不論型號大小,在預(yù)熱器的熱端和冷端,都設(shè)置了徑向密封片,這些密封片都固定在轉(zhuǎn)子的徑向隔板上。這同時都被設(shè)定了距離扇形板密封面的預(yù)留間隙,些密封預(yù)留間隙將使空氣預(yù)熱器在運行過程中保持最小的間隙。軸向密封:空氣預(yù)熱器設(shè)置了軸向密封片。這些軸向密封片固定在轉(zhuǎn)子外圓的徑向隔板上,從熱端到冷端?？烧{(diào)軸向密封板裝在主支座板的內(nèi)側(cè),與扇形板外側(cè)端相齊平,從熱端延伸到冷端,基本上以密封片和軸向密封板之間的規(guī)定間隙來設(shè)定軸向密封板。在運行期間,轉(zhuǎn)子的熱變形使這個間隙減少到最小值。旁路密封:空氣預(yù)熱器除軸向密封外,還裝設(shè)固定的旁路密封。這些旁路密封片固定在熱端和冷端連接板的旁路密封角鋼上,基本上設(shè)定這些密封片可使預(yù)熱器在整個運行期間和熱端密封角鋼,冷端轉(zhuǎn)子法蘭保持最小間隙。中心筒密封:這些密封片固定在轉(zhuǎn)子中心筒熱端和冷端的端板圓周上,與環(huán)形密封盤或密封蓋的凸緣之間設(shè)定在規(guī)定間隙上運轉(zhuǎn)。(2)動態(tài)調(diào)整,本工程在熱段采用自動漏風(fēng)控制跟蹤調(diào)整系統(tǒng),空氣預(yù)熱器漏風(fēng)控制系統(tǒng)(LEAKAGECONTROLSYSTEM,以下簡稱LCS)的設(shè)計原理是:使扇形密封板與熱變形的轉(zhuǎn)子形狀緊密吻合。在各種工況下,扇形板與在規(guī)定的間隙內(nèi)跟隨著轉(zhuǎn)子徑向密封片。這使漏風(fēng)面積在各種過渡工況和MCR運行時期都減小了。轉(zhuǎn)子的熱端徑向密封的間隙增大引起漏風(fēng)面積增大,而漏風(fēng)控制系統(tǒng)使扇形板下彎,跟蹤轉(zhuǎn)子的熱態(tài)變形減少漏風(fēng)面積,從而減少漏風(fēng)量。2.2.2建立種植巷道密封采用兩道、三道密封減少漏風(fēng),一般36倉采用兩道密封和48倉采用三道密封。有效增加漏風(fēng)阻力,降低漏風(fēng)率?？傊?漏風(fēng)控制目前采取了上述較先進(jìn)的手段,一般廠家保證漏風(fēng)率不大于6%。3利用預(yù)算器降低流量的經(jīng)濟效益分析3.1空氣預(yù)熱器熱端漏風(fēng)是影響風(fēng)機電耗的重(1)風(fēng)側(cè)冷段漏入煙氣側(cè),當(dāng)冷端漏風(fēng)較大時,一定量的冷風(fēng)摻和進(jìn)煙氣側(cè),會造成出口煙溫較低的假象,并且由于進(jìn)口風(fēng)溫一般為環(huán)境溫度和風(fēng)量不參加傳熱。因此,冷端漏風(fēng)可視作僅有風(fēng)量損失,使送風(fēng)機,一次風(fēng)機,吸風(fēng)機、增壓風(fēng)機出力增大,電耗增大。(2)風(fēng)側(cè)熱段漏入煙氣側(cè),當(dāng)熱端漏風(fēng)較大時,由漏風(fēng)帶入的空氣焓提高了進(jìn)口煙焓和煙氣量。由于熱空氣對煙氣的稀釋作用,使煙氣溫度有所降低,此時,煙氣量的增加與煙氣溫度的降低對傳熱量的影響是相反的。由于空氣預(yù)熱器熱端泄漏的風(fēng)量還要參與和影響傳熱,因此熱端漏風(fēng)不僅有風(fēng)量損失,而且有熱量損失。這樣影響效率,也影響風(fēng)機電耗。(3)攜帶漏風(fēng)從空氣側(cè)進(jìn)入煙氣側(cè),同熱段漏風(fēng)相似,不僅有風(fēng)量的損失,而且有熱量的損失,影響效率和風(fēng)機電耗。3.2以液壓機單位為例,年平均電耗(1)按照漏風(fēng)率每降低1%影響煤耗相應(yīng)降低0.22g/kWh,60萬機組年運行6500h計算,年節(jié)省標(biāo)煤:0.22g/kWh×600000kW×6500h÷1000000=858t,年節(jié)約燃煤成本:858t×600元/t=68.64萬元(標(biāo)煤價格按800元/t)。(2)以600MW機組為例,風(fēng)機節(jié)能效益按每降低1%的漏風(fēng)率可使兩臺一次風(fēng)機、二次風(fēng)機、引風(fēng)機和一臺增壓風(fēng)機總的電流每臺爐約降低30A,如按6000V,三相計算(功率因數(shù)按0.7),則每臺爐降低電耗436kW;如每年按投運6500h計,電價按0.355元/kWh計,年節(jié)約電費:姨3×6kV×30A×0.7×6500h×0.355元=50.357萬元。述兩項費用一臺爐總計節(jié)約投資68.64+50.357=118.997萬元(只考慮MCR工況)。如果對于不能長期保證滿出力的機組,冷段間隙漏風(fēng)增大,漏風(fēng)率會大大超標(biāo),如加裝軟密封,則經(jīng)濟效益更為可觀。因此,從經(jīng)濟效益分析,控制空預(yù)器漏風(fēng)率是非常必要的。4機組實際運行案例目前,國際上普遍的漏風(fēng)率指標(biāo)為:300MW-8%,600MW-6%,1000MW-5%。常規(guī)設(shè)計:雙道密封,裝配漏風(fēng)控制裝置(LCS)。由于預(yù)熱器轉(zhuǎn)子在運行時是成蘑菇狀變形,轉(zhuǎn)子下垂,密封片和各個密封面間會出現(xiàn)間隙,尤其是熱段徑向,采用LCS裝置下壓扇形板減少間隙。預(yù)熱器直徑越小,LCS作用越不明顯,但在600MW機組以上效果明顯,漏風(fēng)率可控制在6%以內(nèi)。目前,通過對空預(yù)器漏風(fēng)率模擬實驗,6%漏風(fēng)率的比例分配為直接漏風(fēng):熱段徑向0.8%左右,冷端徑向密封為2.25%左右,軸向為0.85%左右,旁路密封0.5%左右;攜帶漏風(fēng)1.6%左右。比例較大的徑向、軸向密封直接漏風(fēng)主要改造案例:某電廠機組(1000MW)2臺機組分別于2007年12月和2008年5月進(jìn)入運行,預(yù)熱器的排煙溫度、煙氣阻力、漏風(fēng)率全部達(dá)到或超過設(shè)計要求。初期檢測一臺機考核試驗漏風(fēng)率3.87%/4.34%,另一臺機考核試驗漏風(fēng)率4.7%/5.2%,3個月后測試漏風(fēng)率均大于5%,漏風(fēng)控制水平當(dāng)時為國內(nèi)同類機組的最好水平。主要采用減少直接漏風(fēng)的技術(shù),在預(yù)熱器內(nèi)部徑向和軸向密封上補充了一道鋼絲刷密封(見圖3),采用0.1mm直徑、150mm長的鋼絲刷,試圖在預(yù)熱器低負(fù)荷階段依靠鋼絲刷的彈性,來補償部分密封間隙減小漏風(fēng)。但缺點是在運行3個月的時間后,檢查部分鋼絲折斷,漏風(fēng)率明顯增加,且有損傷密封板的風(fēng)險,投入相對資金較大。借鑒上述改造案例,降低空預(yù)器漏風(fēng)新的方法如下。4.1薄鋼片拖充式軟加密封片密封圖2(1)采用一種(合成高分子橡膠板)耐高溫、耐磨、耐老化、耐腐蝕柔性材料作為軟密封(見圖4),既不損壞扇形板,又不容易斷裂的材料。此材料需進(jìn)一步研究試驗,在冷端加裝此軟密封。(2)采用薄鋼片拖曳式軟迷宮密封(見圖5),在現(xiàn)行密封片后增加一道或兩道的考登鋼等折角密封片(考登鋼折角密封片的具體板厚選擇須經(jīng)過傳動裝置出力的校核后確定),構(gòu)成三重迷宮密封,在運行間隙小于10mm時,可有效增加漏風(fēng)阻力系數(shù)。但長期對蜜封板磨損較嚴(yán)重,易損壞扇形板,所以需對扇形板做防磨處理。通過理論磨損計算,3年左右需更換密封片,所以此方法可行,需進(jìn)一步試驗論證。采用上述軟密封有望降低空預(yù)器漏風(fēng)率1%。4.2減少攜帶漏風(fēng)攜帶漏風(fēng)一般很難控制,基本占總漏風(fēng)比例的25%多,主要方法如下。從扇形板開適當(dāng)數(shù)量的孔,將攜帶漏風(fēng)抽取送入冷風(fēng)道,從而降低攜帶漏風(fēng)(見圖6)。尤其在冬季有助于提高一次風(fēng)的風(fēng)溫。因此,從理論講是可行的,此方法還有待于進(jìn)一步研究實踐檢驗。有望降低空預(yù)器漏風(fēng)率1%左右。5空氣預(yù)熱器漏風(fēng)控制方案設(shè)計目前,容克式空氣預(yù)熱器剛投產(chǎn)基本均能滿足設(shè)計漏風(fēng)量的要求,尤其隨著電力市場“供大于求”供需矛盾日益突出,機組長期不能滿負(fù)