回转式空气预热器间隙调整和漏风问题分析

1、回转式空气预热器间隙调整和漏风问题分析山东电力技术SHANDONGDIANLIJISHU2010年第5期(总第176期)回转式空气预热器问隙调整和漏风问题分析TheClearanceAdjustmentandAirLeakageforRotaryAirPreheater刘鹏(华能白杨河电厂,山东淄博255200)摘要:通过对回转式空预器结构特点的分析,归纳回转式空预器漏风的主要因素和控制方法,提出减少回转式空预器漏风的措施.关键词:回转;空预器;漏风;间隙;调整Abstract:Byanalyzingthestructurecharactersofrotaryairpreheater,thea

2、rticlesummarizescentralfactorsandthecontrolmethods,advisesthemeasuresofdecreasingtheairleakageforrotmTairpreheater.Keywords:rotary;airpreheater;airleakage;clearance;adjustment一一中图分类号:TK223.3文献标识码:B文章编号:10079904(2010)0567050引言空气预热器(以下简称”空预器”)是现代大型锅炉机组中必不可少的组成部件.通常布置在锅炉对流烟道的尾部.空预器不仅能吸收排烟中的热量,降低排烟温度,提高

3、锅炉效率;而且由于空气的预热,改善了燃料的着火条件,强化了燃烧过程,减少了不完全燃烧热损失,对于燃用难着火的无烟煤和劣质煤尤为重要.空气进入炉膛之前,经空预器预热.一般被加热到360370qC,可以提高炉膛温度.强化炉膛辐射热交换,使吸收同样辐射热的水冷壁受热面减少.较高温度的预热空气送到制粉系统作为干燥剂,在磨制高水分的劣质煤时也可以起到良好的烘干作用.华能白杨河电厂四期2300MW锅炉是东方锅炉(集团)股份有限公司生产的DG1025/18.21I12型亚临界自然循环煤粉锅炉.该炉采用单炉膛.一次中间再热,燃烧器布置于炉膛四角,尾部双烟道结构,采用挡板调节再热汽温,固态排渣,全钢架悬吊结构.

4、平衡通风,半露天岛式布置.其空预器采用三分仓容克式,型号为LAP10320/2250,根据美国CE预热器公司技术设计制造.1回转式空预器的原理和结构特点空预器按照传热方式可分为传热式和蓄热式两大类.在电站锅炉中,常用的传热式空预器是管式空预器,热量连续地通过传热面由烟气传给空气,烟气和空气各有自己的通道:常用的蓄热式空预器主要是回转式空预器,三分仓容克式空预器是大型锅炉机组中应用最广泛的一种预热器.1.1回转式空预器的工作原理以LAP10320/2250型三分仓容克式空预器为例,其工作原理是:加工成特殊波纹的金属元件即蓄热元件被紧密地放置在转子扇形仓格内.转子以1.14r/min的转速旋转.其

5、左右两半部分分别为烟气和空气通道.空气侧又分为一次风通道和二次风通道.当烟气流经转子时,烟气将热量释放给蓄热元件,烟气温度降低;当蓄热元件旋转到空气侧时,又将热量释放给空气,空气温度升高.如此周而复始地循环,实现烟气和空气的热交换.1_2主要结构及特点j分仓容克式空预器主要由上梁,下梁,壳体,转子,密封装置,电动驱动装置,导向轴承,推力轴承等部件组成.转子由布置于下梁中心的推力轴承及布置于上梁中心的导向轴承支撑,并处在一个九边形的壳体中,上,下梁分别与壳体相连,壳体则坐落在钢架上.电动驱动装置安装在下梁下部,通过接长轴与转子连接.带动转子以1.14r/min的转速旋转.为了防止空气向烟气侧泄漏

6、,在转子上,下端半径方向,外侧轴线方向以及圆周方向分别设有径向,轴向及环向密封装置,密封装置采用双密封结构以降低漏风率.此外,预热器上还配置了火灾监67山东电力技术SHANDONGDIANLIJISHU2010年第5期(总第176期)测消防及清洗系统,吹灰装置,润滑及控制等设备.主要结构组成见图1.直径10.321TI的转子是三分仓容克式空预器实现热交换的核心部件.采用模数仓格结构,每个仓格15.为布置双密封结构,每个仓格又分隔为二,全部蓄热元件分装在24个模数仓格内.蓄热元件分热端和冷端两种规格共三层自上而下装入模数仓格内.其中热端蓄热元件自上而下分300mm和950mm两层.由压制成特殊波

7、形的考登钢交替层叠捆扎而成:冷端高度1000mm,是压制成特殊波形的搪瓷片交替层叠捆扎而成.每个模数仓格利用一个定位销和固定销与中心筒相连接.中心筒上,下两端分别用M42合金钢螺栓连接上轴与下轴,接长轴通过M36合金钢螺栓与下轴相连,整体形成预热器的旋转主轴.相比于管式空预器.回转式空预器有以下特点:681)回转式空预器由于其传热面密度大,因而结构紧凑,占地面积小,其体积约为同容量管式空预器的1/10.2)因管式空预器管壁厚度可达1.5mm,而回转式空预器的蓄热板为比管式管壁更薄的波形钢板,其厚度不过0.51.25mm,而且蓄热板布置更为紧凑,故金属耗量约为同容量管式空预器1/3.3)回转式空

8、预器布置灵活方便,使锅炉本体容易得到合理的布置方案.特别是现在日益推广使用脱硝技术,脱硝装置与回转式空预器相配合在空间布置上可以显得更为从容.4)在同样的外界条件下.回转式空预器因其受热面金属温度较高.而且可以采用耐腐蚀材料,因此与管式预热器相比低温腐蚀的危害相对较轻.5)回转式空预器的漏风量较大.一般管式空预器的漏风量不超过5%,而回转式空预器的漏风量在状态良好时为8%lO%,密封不良时常达20%电驱动装置图1三分仓容克式空预器结构三维示意图推力轴承一一山东电力技术SHANDONGDIANLIJISHU2010年第5期(总第176期)30%.6)回转式空预器的结构比较复杂,制造工艺要求高.运

9、行维护工作量大,检修也比较复杂.2回转式空预器的漏风2.1空预器漏风的危害空预器漏风量增加将增大引风机和送风机的电耗,增加排烟损失,从而降低锅炉效率.如果漏风过大.还会造成送人炉膛的风量不足,导致锅炉的机械未完全燃烧热损失和化学未完全燃烧热损失增加,进一步影响锅炉出力和效率,并且可能引起炉膛结渣.根据计算,对于电站锅炉,一般炉膛漏风系数每增加0.10.2.排烟温度将上升38qC,锅炉效率降低0.2%0.5%,而锅炉效率每降低l%,300MW燃煤机组直接供电标煤耗则约增加1.52.0g/kW?h.因此,漏风对锅炉的经济安全运行有很大影响.需要引进足够重视.2.2漏风原因及分类回转式空预器的动静部

10、件之间总要留有一定的间隙以便于转动部件的运动.并且,流经空预器的空气是正压,烟气是负压,空气会在这种压差的作用下.通过这些间隙漏到烟气中去.一般称此类漏风为密封漏风,这是回转式空预器漏风率大的主要原因.另外,由于回转式空预器受热面转动时,将留存在受热元件气体流通截面内的一些空气带入烟气中或将留存的一些烟气带人空气中,此类漏风也是回转式空预器漏风的一个组成方面,称为携带漏风.2.3影响漏风率的因素一般来说,密封漏风的大小和密封间隙的大小以及空气,烟气两侧压力差的平方根成正比.转子制造不良.或者受热后变形,以及运行磨损后未经调整,都会使密封间隙增大,从而造成漏风率的增大.另外,锅炉燃烧器阻力越大,

11、要求的热空气压力就越高.也会使预热器的漏风率增大.携带漏风量是由空预器的结构型式,几何尺寸及旋转速度决定的.对于已安装好的空预器,转子旋转越慢,携带漏风量越小.300MW机组空预器转速很低,这部分漏风已基本降低至极限.此类漏风也不大.一般在0.85%0.9%3回转式空预器的密封系统及间隙调整为了减少漏风,通常要在回转式空预器内加装密封装置.以华能白杨河电厂四期2x300MW机组锅炉所配LAP10320/2250型三分仓容克式空预器为例,简要介绍回转式空预器的密封系统及间隙调整.3.1密封系统LAP10320/2250型三分仓容克式空预器采用先进的径向一轴向,径向一旁路双密封系统.所谓双密封系统

12、就是每块扇形板在转子转动的任何时候至少有两块径向和轴向密封片与它和轴向密封板相配合,形成两道密封,从而可以使密封处的压差减小一半.达到降低漏风的目的,这是近期国内外的较成熟技术,密封周界短,效果好.根据理论及实践经验表明,采用双密封系统直接漏风可下降30%左右.LAP10320/225O型三分仓容克式空预器的密封系统,包括轴向密封,径向密封和环向密封装置三部分,其主要结构示意图见图2.轴向密封装置主要由轴向密封片与轴向密封板构成.轴向密封片用厚1.5mlTl的耐腐蚀钢板制成,安装在转子外表面,它由螺栓与各模数仓格径向隔板的外缘相连接,并沿整个转子的轴向高度布置,与轴平行,随转子一起转动.轴向密

13、封板主要由两块弧形板和调整装置组成,两块弧形板对称装在转子密封区的外侧,通过支架,折角板和调整装置固定在转子壳体上,并可以通过外部的螺栓来调整转子轴向密封片的间隙.轴向密封装置的作用是防止空气从密封区转子外侧漏人烟气区.径向密封装置主要由径向密封片和扇形板组成.径向密封片用螺栓固定在模数仓格上,下径向隔板的端部,沿半径方向分成4段,随转子一起转动.径向密封片上的螺栓孑L为腰形孔,可上下适当调整.与扇形板构成整个径向密封装置,用于阻止转子上下端面与扇形板动,静部件之间因压力不同而造成的漏风.环向密封装置设在转子外壳上,下端面的整个外侧圆周上,它主要由旁路密封片与上端面圆周上的”L”形钢带和下端面

14、圆周上的”T”形钢带构成.“L”形钢和”T”形钢与转子外圆周上的角钢相连接,随转子一起转动.旁路密封片则沿转子外圆布69山东电力技术SHANDONGDIANLIJISHU2010年第5期(总第176期)图2三分仓容克式空预器主要密封结构示意图置,固定在壳体板上.环向密封装置是为了防止气流不经过预热器受热面,而直接从转子外表面和壳体内表面之间的动,静间隙通过.除上述密封装置外,三分仓容克式空预器的扇形板,轴向密封板与上梁,上部小梁,下梁,下部小梁,壳体板之间,上,下短轴的周围以及中心筒还设有固定密封装置,所有这些密封结构联合形成了一个连续封闭和可以调整的密封系统.3.2空预器转子热态下的蘑菇状变

15、形回转式空预器在热态运行中,由于烟气自上而下流动.烟气温度逐渐降低;而空气自下而上流动,空气温度逐渐升高.转子的上端金属温度高于下端金属温度,转子上端的径向膨胀量大于下端的径向膨胀量,再加上转子的重量,结果使转子产生了如图3所示的蘑菇状变形.显然,热态时转子外侧有向下弯曲的倾向.转子的蘑菇状变形与负荷有关.负荷越大.则烟温越高,变形越严重.转子变形以后,会造成转子部分密封间隙增大,加重漏风.3.3冷态间隙调整与控制由于机组运行中,空预器转子受热产生蘑菇状变形.并且转子还会产生轴向膨胀以及下梁的向下弯曲变形.空预器在冷却状态下调整的各部间隙,在热态运行中将产生较大的变化,造成一部分间隙变70大,

16、而另一部分间隙变小.甚至可能发生严重碰撞,从而影响机组的安全经济运行.因此,空预器各部间隙的调整必须要充分考虑到转子热变形的影响.预留不同的间隙量.空预器制造厂家一般都会按空预器在锅炉100%负荷时的设计参数,计算出冷态间隙调整参数值,这些参数必须在冷态安装或检修中进行间隙调整时予以确保.表l是东方锅炉(集团)股份有限公司提供的LAP10320/2250型空预器冷态调整时各部间隙的数据(各部间隙位置对应图2).表1LAP10320/2250型空预器冷态间隙调整数值表mmACDEFGHIJRMN023115353641055S205.51.5图3热态转子的蘑菇状变形山东电力技术SHANDONGD

17、IANLIJISHU2010年第5期(总第176期)从表中可以看出:热端径向密封片分为4片,预留间隙呈向下弯曲状(D<F<H>G>E),冷端径向密封片预留间隙转子外侧大于内侧(C>A),轴向密封片预留间隙热端大于冷端(I>J),已充分考虑了热态转子的蘑菇状变形及轴向膨胀变形.密封片安装过程中间隙调整需重点控制以下几个方面:1)按要求做好”T”型钢和”型钢的车削工作,圆弧面的加工余量控制在3-6nlm.加工后直径尺寸及径向跳动保持(1O566-+1.5)1Tim.2)密封检验标尺是安装和调整各部间隙密封片的重要工

18、具,必须要保证密封检验标尺的安装位置满足图纸要求,并调整到允许的精度范围内.3)必须要保证各部间隙调整到满足表1的数值要求.3.4热态间隙调整与控制由于回转式空预器在热态运行中.转子受热膨胀形成蘑菇状变形及轴向的膨胀变形,各部间隙虽然在冷态调整时充分考虑了这种变形的影响,但受热膨胀不均匀性及长期运行后各间隙部位磨损变化的影响,仅仅靠冷态间隙调整来减少漏风损失在措施上是不完善的.因此,回转式空预器设计有密封自动控系统,其目的是在各种工况运行时,将密封间隙控制在最小值.一般可控制径向密封平均间隙在1mm之内,最大间隙不超过3.5mm,从而控制漏风量在最小值.密封自动控制系统主要由热端扇形板,传感器

19、机械传动和电气控制等部分组成.热端扇形板为可弯曲的扇形板,施加外力产生的变形与转子热态变形的蘑菇状曲线非常接近.每块热端扇形板上有三个支点,内侧一点,外侧两点.内侧吊挂在导向轴承座上,可随主轴热膨胀而上下移动.从而保证了热端扇形板内侧可”跟踪”转子的变形.避免径向密封片内侧的过度磨损.外侧两个支点通过吊杆与控制系统中的执行机构相连.运行时由该系统对热端扇形板进行程序控制,自动适应转子的蘑菇状变形.另外,回转式空预器运行时,其冷端扇形板和轴向密封板都可以通过外部的螺栓调节与密封片的间隙,从而达到热态调整密封间隙的目的.4密封间隙调整和解决漏风率超标问题实例华能白杨河电厂四期2x3OOMW机组相继于2009年11月30日和l2月11日进入整套启动试运行.在两台机组168h试运过程中均出现了空预器漏风率大的问题.机组满负荷时锅炉进风总量在1150t/h左右,空预器人口氧量一般在3%一5%,空预器出口氧量在ll%13%,从氧量数值来看,空预器漏风量较大,实测漏风率在30%40%.由于本期工程两台机组全部安装了脱硝装置.脱硝人口稀释风机