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1、 空气预热器模型图空预器的分类空气预热器传热式空预器蓄热式空预器管式空气预热器 （用于较小的机组）回转式空气预热器 （用于较大的机组）受热面回转式风罩回转式空预器的分类l回转式空气预热器是现在各大电厂锅炉上普遍采用的烟气尾端换热装置。 l与管式空气预热器相比，回转式空气预热器具有结构紧凑、体积小、换热 面密度高、整机质量轻、金属耗用量少、利于安装布置、低温腐蚀较管式换 热器轻等特点，适于在大型锅炉上使用。 l但回转式空气预热器的缺点是漏风量大，工况良好时为68，安装结 束后一般为8% 12%，运行一段时间后为1530，远远大于管式换热 器5以下的漏风量。 l另外回转式空气预热器的结构复杂、制造
2、工艺和安装要求高、运行维护工 作量大，热态自动控制也较为困难。较高的漏风量引起预热器入口风压降低 、风机电流升高，预热器后的过量空气系数升高、尾部排烟气温降低、锅炉 热效率降低、燃煤损耗增加，锅炉达不到额定负荷。空预器的地位参与电厂两大流程 1、煤之流程 : 首先从燃煤开始,自储煤场送至原料煤斗后,由给煤器 (feeder) 控制几煤量.进入之在粉煤机(pulverizer)内被磨成煤粉,与一部份热空气混合, 经燃烧器 (burner)进入炉中,燃烧后的烟道气流经锅炉-省煤器(economizer)- 空气预热器(air preheater)等热交换器 (heat exchanger)将热量传
3、给其中的水 或空气,最后从烟囱(chimney)逸去.其不可燃之固体,较大者以灰份之形态落入 灰坑(ashpit)中,以备清除,以微细者则在集尘器(dust collector)中被收集清除. 2、空气及燃气流程 : 再就空气观之,首先由送风机(forced draftfan)将气压略 以提高,送经空气预热器,接受一部份烟道气之热量使温度升高由管道将其一 部份直接送经燃烧器入炉,另一部份则进入粉煤机后与煤粉一同入炉.炉中燃 烧后的烟道气,首先通过炉管(Boilertube)与过热器(super heater)将炉水汽化 与过热的使命,随后通过省煤器将剩余热量的一部份交付于于进入锅炉前之水 (F
4、eederwater).再通过空气预热器加热于未进炉前的冷空气.经过如此行程后, 因磨擦阻力的关系,已使压力低于大气压力,因此须由引风机(induced-draft fan)吸出,提高其压力,以便驱于大气中.回转式空气预热器的结构和工作原理 回转式空气预热器的结构和工作原理空预器由外部壳体和中心转子组成，外部壳体起到外部密封和气体导流的作用，中心转子则是起热交换器的作用。在中心转子上下面的对应位置分别划分出烟气流通区、空气流通区和密封区，而外部壳体则在这些区域的一定范围内形成相应的仓体，即一次风仓、二次风仓和热风仓。其中一次和二次风仓形成冷风侧，热风仓形成热风侧。各个仓体上下端分别由外部壳体和
5、风管形成各自的气体流通风道。 回转式空气预热器的结构和工作原理空预器的转子实际上是一个上下开口的巨 大筒体，在其内部装有大量蓄热单元。蓄 热单元由蓄热元件组成，蓄热元件是把物 理比热较高的金属材料制作成凹凸不平的 波浪型片状，以增大其与空气的接触面积 。在转子的上下表面上又使用径向密封片 分隔出若干扇形面积的小区域。以转子的 某一个扇形区域为例，当这个扇形区转动 到热风侧时，高温的烟气由热风仓的顶部 流入，穿过该扇形区域从转子的下方流出 ；转子继续转动到冷风侧时，低温的空气 由一次风仓或二次风仓的底部流入，穿过 该扇形区域从转子的上方流出。在这个过 程中，高温的烟气在流过蓄热元件时将热 量传导
6、给蓄热元件，并由转子转动到冷风 侧，再把热量传递给一、二次风，使的冷 空气被预热，回转式空气预热器的结构和工作原理空预器的转子是转动的，在转子与空预器上下壳体及圆周壳 体之间存在一定距离的间隙。由于冷风侧和热风侧各个仓室 之间的流体压力、温度和流速的差异，造成了流体在不同仓 室之间的相互泄漏，即空预器内部漏风。空气预热器漏风主要可以分为以下两类: (1)携带漏风。携带漏风主要是因为空气预热器在转动过程中, 一部分驻留在换热元件中的空气被携带到烟气中去,一部分驻 留在换热元件中的烟气被携带到空气中去。这种情况造成的 漏风量很小,但这种漏风是空气预热器的构造无法避免的。 (2)直接漏风。直接漏风主
7、要是由于空气预热器结构本身为保 证安全运行而使烟气与空气之间存在一定的间隙;同时,由于烟 气和空气之间存在压差也会产生漏风。直接漏风主要包括径 向漏风、轴向漏风、旁路漏风、中心筒漏风。径向漏风占直 接漏风量的80%左右,主要是因为转子上、下端温度差异而发 生蘑菇状变形,进而造成密封间隙的增大和漏风率的增加。空预器的漏风原因及分类1. 二次风侧的风外漏至大气，使得与烟气换热的风量减少，排烟温度 上升，排烟损失增大，降低锅炉效率；如果要保持炉膛燃烧所需风量 ，就要增大送风机出力，使得厂用电增加，降低锅炉效率； 2 一次风侧外漏入大气与二次风漏入大气影响差不多，同时减少了磨 煤机出力，要保持磨煤机出
8、力就要增大一次风机出力，增加了厂用电 ； 3 外部空气漏入烟气侧会使引风机入口烟气量增大，为保持炉膛负压 ，引风机出力增大，增加了厂用电，降低了锅炉效率；如果是烟气侧 热端漏风会使烟气量增大，换热效率降低，排烟温度升高； 4 风侧漏入烟气侧的影响和上面1、2、3点的综合，会同时使送风机 ，一次风机，吸风机出力增大； 5 烟气从热端漏入冷端，使得烟气与空气换热量减少，一二次风温度 降低，降低了燃烧效率，同时使用排烟温度升高，降低锅炉效率； 6 一二次风从冷端漏入热端的影响与第5点一样空预器漏风的危害以300MW机组为例： 1、漏风率降低，可保护锅炉燃烧氧量充足，减少锅炉不完全燃烧热损失和排烟热损
9、失，排 烟温度降低了19，锅炉效率大致提高1%，每年可节约标煤7 200 t。 2、漏风率降低，减少了空气和烟气流量，降低送风机、引风机电耗 300kWh，每年大约可 节省厂用电180万kWh，同时也避免了因风机出力不足而影响整台机组的出力。 3、漏风率降低，减少了空预器出口烟气流量，降低了烟气流速，从而使静电除尘器的效率 增加，同时所有在空预器下游的设备磨损降低，其维修、维护量大大减少。 4、对空预器本身，漏风率减小，空气侧漏向烟气侧的流量下降，流速降低，各易磨损件的 寿命也延长，维修、维护工作量减少。总结： 600MW机组漏风系数每降低1%，则减少供电煤耗0.18 g/kwh 300MW机
10、组漏风系数每降低1%，则减少供电煤耗0.14 g/kwh 空预器漏风所影响的机组经济效益空预器漏风所影响的机组经济效益相对来说，改造锅炉和汽轮机的主要部件费用比较高，而锅炉辅机， 如空气预热器的改造 却比较经济。空气预热器的严重漏风和低可 靠性是 中国电站的普遍问题。很多电站的漏风率达15以上甚至更高。另外，很 多电站空预器还有堵灰，维护费用高等问题。根据数据对比，进行空预器改造后，通常可使锅炉效率提高1左右， 30万千瓦以上机组，节煤和电的费用为200万以上，如果再加上出力增加而 提高的发电收益，改造一台机组的空预器，每年可增加500万以上的收益。 截至2009年，我国火电总装机容量达到6亿
11、千瓦，相当于1000台60万千瓦机 组，每台机组配有2台回转式空预器，相当于全国有2000台以上的空预器（ 60万千瓦机组）在运行。这其中只有三分之一左右的进行了技术改造。平 均每台机组的改造价格为4001000万左右（含换热元件费用）。基本每隔 4-5年空预器就需要进行一次大修或更换元件。这是一个巨大的市场。为了降低空预器的内部漏风量，在各个仓室之间、转子上下面对应的位置安装 有控制漏风间隙的扇形密封板，上部扇形密封是动态可调的，下部是固定的。 同时还在转子的上下表面、转子的圆周曲面以及转子与壳体的上下圆周结合处 ，分别安装有相互对应的等分角度的固定式的径向密封板、轴向密封板和周向 密封板，
12、如图4所示。 空预器密封结构及分类现有空预器密封机理及可调性根据转子各部份受热变形的特点，恰当地调节各个部份固定式密封板，使转子和外部壳体之间的轴向漏风间隙为最小。而转子上部可调扇形密封板由间隙自动控制系统自动调节，可以自动根据转子上部的热变形情况来做出动态调节，配合恰当调节的转子下部固定扇形密封板，可以使各个仓室间的径向漏风间隙为最小。 空预器在安装时，外部壳体由两侧的锅炉辅助 立柱支撑；中心转轴下方通过下部推力轴承与 中心驱动装置对接后，将转子的重量通过支撑 横梁传递给锅炉本体的结构横梁，再由结构横 梁将此重量传递到锅炉本体的主结构立柱上； 转轴上部通过上部导向轴承与空预器外部壳体 相连。
13、通过上述结构描述，可以得知该型号的 空预器是墩放在，由锅炉的辅助立柱、结构横 梁、结构立柱组成的支撑架构上面，如图5所 示。 正是这种特殊的结构和安装方式，决定了回转 式空预器在受热后的变形，是由下部支撑横梁 为原点，向上部发生轴向膨胀伸长，并以中心 转轴为圆心向四周发生径向膨胀伸长，这种变 形在转子的受热变形中最为明显。而外部壳体 是个巨大的刚性连接体，加之这种墩放式结构 ，以及外部壳体的金属材料的物理比热和热膨 胀系数都小于内部转子蓄热元件，这就使得空 预器外壳的热膨胀变形量也小于内部转子的热 膨胀变形量。 空预器的支撑结构和安装示意回转式空气预热器的漏风间隙及动态分析 回转式空气预热器的
14、漏风间隙及动态分析在回转式空气预热器的转子的上、下工作面和转子的圆周筒体 上，分别安装有许多径向和轴向密封片，分别与上部活动式扇 形密封板、下部固定式密封板、轴向密封板形成狭小的漏风间 隙；而圆周密封板则与转子上、下法兰圆周侧形成狭小漏风间 隙。这些漏风间隙分别称为，空预器径向漏风间隙、空预器轴 向漏风间隙、和空预器圆周漏风间隙。而这些间隙在冷态时又 分别根据位置的不同，预留了不等的间隙距离，如图6所示。 以常见的300MW机组回转式空气预热器为例；上部活动式扇 形板与转子上部径向密封片之间的冷态预留距离为，A端1.5 ，B端1.5；下部固定式扇形板与转子下部径向密封片之间的 冷态预留距离为，
15、C端0，D端1920；空预器轴向密封板 与转子轴向密封片之间的冷态预留距离为，F端910，E端 5.56.5。从图6可以看出在冷态时，转子上部径向漏风间 隙近似为矩形形状，转子下部径向漏风间隙近似为三角形形状 ，转子的轴向漏风间隙近似为梯形形状。 回转式空气预热器的漏风间隙及动态分析分析回转式空气预热器的热态漏风间隙时，首先分析空预器的转子的变 形情况，由于转子的不断转动，转子上表面持续受到热风侧的高温烟气 的加热，温度较高；而转子的下表面也连续受到冷风侧一、二次冷风的 冷却，温度较低。这样就使得转子的上部热膨胀大于下部的热膨胀，由 于转子的下端受到推力轴承、中心驱动装置、支撑横梁的支撑作用，
16、使 得转子在受热后的热态变形为向上部膨胀。这种膨胀的结果使得转子中 心的上表面较冷态时升高，并且由于转子上部的径向膨胀大于下部，使 得转子的上部受到的热膨胀径向力矩大于转子下部。这种力矩致使转子 以下部为原点发生向下、向外的翻转变形。加之转子的自重力矩，更加 速了转子的这种行似“蘑菇状”的热态变形。 在这种“蘑菇状”的热态变形中，空预器转子的外周发生向下的沉降现象， 而转子中心发生隆起。这就使得热态时转子下部的三角形漏风间隙和转 子圆周的轴向漏风间隙变得比冷态时小，而转子上部的漏风间隙变得比 冷态时大。而且随着锅炉负荷的升高，空预器转子换热量的增加，上述“ 蘑菇状”变形就越明显，各处漏风间隙的变化也就越大。回转式空气预热器的漏风间隙及动态分析回转式空气预热器的漏风间隙及动态分析我们可以清楚地看到，转子下部D处的间隙随着锅炉负荷升高而 逐渐变小；转子圆周F处、E处的间隙也随着锅炉负荷的增加而 趋于变小；转子上部B处的间隙却随着锅炉负荷的增加而逐渐变 大。在上述转子的“蘑菇装”变形中，转子下部和转子圆周处的漏 风量随着锅炉负荷
