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1、 桑桑 超超 国电山东石横发电厂国电山东石横发电厂空预器柔性接触式密封浅析空预器柔性接触式密封浅析1 1、引言、引言 空预器是锅炉的主要部件，是利用锅炉尾部烟气热量空预器是锅炉的主要部件，是利用锅炉尾部烟气热量空预器是锅炉的主要部件，是利用锅炉尾部烟气热量空预器是锅炉的主要部件，是利用锅炉尾部烟气热量加热燃烧所需空气的一种热交换装置。随着锅炉容量加热燃烧所需空气的一种热交换装置。随着锅炉容量加热燃烧所需空气的一种热交换装置。随着锅炉容量加热燃烧所需空气的一种热交换装置。随着锅炉容量的增加，受现场条件的限制，目前普遍采用回转式空的增加，受现场条件的限制，目前普遍采用回转式空的增加，受现场条件的限
2、制，目前普遍采用回转式空的增加，受现场条件的限制，目前普遍采用回转式空气空预器；其特点是比一般预热器紧凑，传热效率能气空预器；其特点是比一般预热器紧凑，传热效率能气空预器；其特点是比一般预热器紧凑，传热效率能气空预器；其特点是比一般预热器紧凑，传热效率能高达到高达到高达到高达到858590%90%，且有自清洗作用；显著缺点为密封，且有自清洗作用；显著缺点为密封，且有自清洗作用；显著缺点为密封，且有自清洗作用；显著缺点为密封困难，漏风率高，一般空预器设计漏风率投运一年内困难，漏风率高，一般空预器设计漏风率投运一年内困难，漏风率高，一般空预器设计漏风率投运一年内困难，漏风率高，一般空预器设计漏风率
3、投运一年内为为为为8%8%，一年后为，一年后为，一年后为，一年后为12%12%左右。在当前电力行业飞速发左右。在当前电力行业飞速发左右。在当前电力行业飞速发左右。在当前电力行业飞速发展，大型机组不断投产的形势下，人们对空预器的漏展，大型机组不断投产的形势下，人们对空预器的漏展，大型机组不断投产的形势下，人们对空预器的漏展，大型机组不断投产的形势下，人们对空预器的漏风及节能问题越来越关注。风及节能问题越来越关注。风及节能问题越来越关注。风及节能问题越来越关注。ETS2、空预器原理与结构、空预器原理与结构2.1空预器的作用与原理： 空预器安装在锅炉的尾部烟道内。它的主要功能是利用锅炉燃烧排放的废烟
4、气来预热即将进入锅炉燃烧用的空气。经过省煤器后烟气温度下降到350左右然后烟气进入空气空预器，加热来自送（一次）风机的自然空气。经过空预器预热后的空气温度可达300350，同时烟气温度下降到150以下经吸风机排入烟囱。 其工作原理；空预器由转子连续旋转，通过特殊形状的金属元件从烟气中吸收热量，然后将热量交换给冷空气。这些高效传热元件紧密排列在圆筒形转子中按径向分割的扇形仓格里。转子周围的外壳与两端连接板连接，形成空气和烟气两个通道。空预器转子缓慢旋转，烟气和空气交替流过传热元件。当转子转至烟气通道时，传热元件表面吸收高温烟气的热量，当转子转至空气通道时，传热元件释放出热量加热空气。如此反复循环
5、，转子每旋转一周就进行一次热交换，通过转子的连续旋转，不断地将热量传给冷空气，可以进一步降低排烟温度，减少排烟热损失，提高进入炉膛燃烧的空气温度，以满足锅炉燃烧需要。2.2空预器的结构以及扇形板密封 空气空预器主要由转子、蓄热元件、壳体、梁、扇形板、烟风道、密封系统、控制系统、驱动装置、轴承、润滑系统、吹灰和清洗装置组成。转子采用模数仓格式结构，全部蓄热元件分装在24（36或48）个扇形仓格内（见图1）。蓄热元件按高度分为热端（材质为碳钢）、冷端（材质为Corten考登钢），另外有的空预器在热端上部留有一定度高的备用空间（也称未来层，未来层的启用可使排烟温度下降10）。图1 三分仓容克式空预器
6、内部三维示意图 1.1.下下中心中心梁梁2.2.下连接板下连接板3. 3. 可调节弧形密封板可调节弧形密封板4. 4. 上连接板上连接板5. 5. 上上中心中心梁梁6. 6. 热端热端“T”“T”型钢型钢7. 7. 仓格板仓格板蓄热元件蓄热元件8. 8. 转子轴向密封转子轴向密封9. 9. 传动机构传动机构10. 10. 围围带带处处密密封封调调整整门门11. 11. 径径向向密密封封与与扇扇形形板板12. 12. 金属外壳金属外壳 空预器的密封分为径向、环向、轴向密封三种：空预器的密封分为径向、环向、轴向密封三种： 径向密封主要用于防止空气从空气侧穿过转子与扇形板径向密封主要用于防止空气从空
7、气侧穿过转子与扇形板之间的密封区漏入烟气侧。径向密封由扇形板与径向密封片之间的密封区漏入烟气侧。径向密封由扇形板与径向密封片构成，对于热端径向密封，多设计采用能跟踪转子热变形的构成，对于热端径向密封，多设计采用能跟踪转子热变形的自动控制系统，使得密封间隙始终维持在很小的范围内。自动控制系统，使得密封间隙始终维持在很小的范围内。 在转子外圈上下两端还设有环向（亦称旁路、周向）密在转子外圈上下两端还设有环向（亦称旁路、周向）密封装置，防止烟气或空气在转子与壳体之间封装置，防止烟气或空气在转子与壳体之间“短路短路”，同时，同时它作为轴向密封的第一道防线，也起到了一定的密封作用。它作为轴向密封的第一道
8、防线，也起到了一定的密封作用。 轴向密封是当环向密封不严时，防止空气沿转子外圆与轴向密封是当环向密封不严时，防止空气沿转子外圆与外壳的间隙漏入烟气侧，一般用折角板密封，可以消除二次外壳的间隙漏入烟气侧，一般用折角板密封，可以消除二次漏风。它作为轴向密封的第二道防线，对减少漏风起着辅助漏风。它作为轴向密封的第二道防线，对减少漏风起着辅助的作用。的作用。空预器密封的分类空预器密封的分类 以300MW机组为例；转子上部边沿的极限变形量为30mm转子半径5 米，按三角型面积公式计算一块扇型板就可以形成0.075 平方米的漏风面积,如果能测量空预器转子外沿的变形量，并根据测量的变形量控制机械升降机构提升
9、扇型板上下动作来补偿变形间隙，这样就可以大幅度降低空预器的漏风率。3.空预器的漏风空预器的漏风3.1空预器热态运行时，由于转子内部存在着热交换，上部平均温度高，下部平均温度低，因此会产生“蘑菇状”变形。此外，转子还会产生轴向膨胀（见图2），以及下梁向下弯曲变形。如果冷态时密封间隙没有正确调整好，那么在热态情况下有的地方间隙就会增大（如热端外侧），有的地方间隙就会减小（如冷端外侧），不但会造成大量泄漏，而且会发生严重摩擦，甚至卡涩跳闸。 冷态热态调节机构中心密封筒导向轴承上梁轴向密封装置热端扇形板冷端扇形板推力轴承下梁径向密封片图图2 空预器热态轴向膨胀示意图空预器热态轴向膨胀示意图空预器的结构
10、特点其漏风形式可空预器的结构特点其漏风形式可分为直接泄漏和携带泄漏两种分为直接泄漏和携带泄漏两种 直接泄漏是通过密封和密封面流入烟气侧的那部分空气量，它是由于空气和烟气间存在着静压差的结果。通过密封系统的泄漏量与静压差的平方根直接成正比，同时也与流体的密度有关系。 携带泄漏是当转子从烟气侧到空气侧和从空气侧到烟气侧通过时，存在于转子中的那部分泄漏量。携带泄漏的数量取决于转子的高度、直径和转子的速度，携带泄漏的漏风量在2%左右是基本固定的。4. 空预器的漏风的影响空预器的漏风的影响 4.1按照一般推导公式，空预器漏风率增加1%，锅炉效率降低0.04%，同时风机电耗升高0.046%。一般情况下携带
11、泄漏是是不可调的，所以人们把治理重点放在直接泄漏上，直接泄漏取决于密封间隙和空预器阻力，而提升机构的提升杆因密封填料处漏风产生腐蚀，而又不能及时更换填料以至发生提升杆卡涩，从而造成机械传动机构过载致使减速机损毁和联轴器损坏，有时探头脱落无法及时更换，缺少备品配件等，致使空预器密封间隙自动控制装置故障率较高，运行人员被迫将其改为手动调整或把间隙提升至最大运行，也就出现漏风率升高。往往空预器堵塞也会加剧空预器的漏风，而空预器堵塞则是出现低温腐蚀造成的积灰引起。因此一般锅炉的排烟温度控制比较严，尽量高于烟气露点（即从空预器进风温度和排烟温度求出的数学平均值），所以在空预器前设置暖凤器。由于近年来锅炉
12、负荷率普遍偏低，当电负荷低于70%以下时，排烟温度一般经常低于设计温度，尤其是汽轮机通流部分 4. 空预器的漏风的影响空预器的漏风的影响 4.2通过以上介绍可以看出，空预器的径向漏风所占比例最高（径向漏风约占整个漏风量的80%），而径向漏风又有上部径向漏风和下部径向漏风的分别，由于空预器转子工作时下部温度低上部温度高，中间温度高四周温度低，致使空预器转子工作时呈一种特殊的“蘑菇状”变形。空预器下部径向变形间隙是随负荷的增加而减小的，一般采取预留间隙的方法。而上部变形间隙是随负荷的增大而增大的，这是与高负荷下需要更大送风量的要求相矛盾的。如果不采取措施，满负荷下将有60%的漏风是通过上部径向变形
13、间隙泄漏的，冷端则因差压大而漏风量大，热端则因为风温高漏风对热效率影响大。由此看出，人们把空预器漏风治理的重点放在了径向密封上，尤其是热端。5. 柔性接触式密封技术应用柔性接触式密封技术应用 在倍加注重节能减排的今天，对锅炉的各项改进试验都在进行，人们将节能减排的目光集中在降低排烟温度上；像优化吹灰、加装低温省煤器、空预器密封改进等。在对空预器经过以上的改进之后，人们又将消除漏风的研究转移到密封组件上来。因此出现了刷子接触式密封、滑块式柔性密封以及接触式弹性密封等等。下面着重介绍国电山东石横发电厂#1、#2炉空预器柔性接触式密封技术应用。5. 柔性接触式密封技术应用柔性接触式密封技术应用5.1
14、柔性接触式密封工作原理：将扇形板固定在某一合理位置，柔性接触式密封系统安装在径向转子格仓板上，在未进入扇形板时，柔性接触式密封滑块高出扇形板5mm10mm 。当柔性接触式密封滑块运动到扇形板下面时，合页式弹簧发生形变。密封滑块与扇形板接触，形成严密无间隙的密封系统。当该密封滑块离开扇形板后，合页式弹簧将密封滑块自动弹起，以此循环进行。图三为合页式密封滑块运行示意图，图四为径向密封安装示意图。5. 柔性接触式密封技术应用柔性接触式密封技术应用图三：合页式密封滑块运行示意图5. 柔性接触式密封技术应用柔性接触式密封技术应用图四：径向密封安装示意图5. 柔性接触式密封技术应用柔性接触式密封技术应用5
15、.2技术优势 采用柔性接触式密封技术，不形成密封间隙。由于扇形板与径向密封滑块之间没有间隙，没有气流通过，避免冲刷磨损的问题，密封系统能长期运行。采用合页弹簧技术，允许空气预热器的转子在热态运行状态下有一定的圆端面及圆周方向的变形。柔性接触式密封技术可以自动补偿这样的变化。自润滑合金高温下干磨擦系数0.1，对主轴电机驱动电流影响甚小，增加不超过。另外，检修工艺简化。柔性接触式密封系统采用工厂化生产，车间组装成单个密封元件,对原有转子的椭圆度、两端面的平行度、平面度；转子转动跳动量要求降低。5. 柔性接触式密封技术应用柔性接触式密封技术应用5.3改造后漏风率试验改造项目完成后邀请山东电力研究院专
16、家来石横电厂进行了改造后的漏风率试验。#1、#2炉空预器漏风率试验结果见表1、表2。序号序号项目名称项目名称单单 位位改造前数据改造前数据改造后数据改造后数据1试验时间2009年4月9日2009年7月22日2机组负荷MW3003003送风机电流(A/B)A42/4240.5/41.44一次风机电流 (A/B)A83/8481/805引风机电流(A/B)A180/179143/149.66A空预器入口处O2%3.555.0567A空预器出口处O2%5.565.888B空预器入口处O2%4.774.269B空预器出口处O2%6.585.4110A侧空预器漏风率%11.724.90511B侧空预器漏
17、风率%11.306.63912平均漏风率%11.515.772表1：#1炉空预器漏风率试验结果序号参数名称单位参数平均值A侧B侧1.1 机组负荷MW3191.2 一次风机电流A80761.3 送风机电流A42441.4 引风机电流A1501601.5 AH入口烟气温度3583591.6 AH出口烟气温度1331321.7 AH烟气侧差压Pa135414941.8 氧量进/出口平均值%4.55/5.464.75/4.681.9 进/出口过剩空气系数 /1.2766/1.35141.2923/1.3771.10漏风率%5.275.46表2：#2炉空预器改造后漏风率试验结果5. 柔性接触式密封技术应
18、用柔性接触式密封技术应用从上表可以看出，改造后漏风率降至5.77%以下。根据有关文献并咨询研究院专家，空预器漏风率每下降1%，可降低供电煤耗率约0.2g/kWh。因此，通过此次空预器柔性接触式密封改造，可使机组供电煤耗率降低约1g/kWh。经济效益显著。结束语：结束语： 柔性接触式密封在空预器上的应用，弥补了非接触式密封组件的不足。改造后空预器在运行过程中，整套密封装置不会对空预器的正常运行造成任何不良影响，密封装置不会发生碰、卡现象。通过石横电厂两台锅炉密封的改造来看，改造前空预器漏风率约在12%，改造后均能达到设计要求参数以内。空预器在改造后的一年内运行漏风率6%。一个大修周期内漏风率（5-6年内）可控制在8%左右。“空预器柔性接触式密封技术”，较好地解决了空气预热器密封问题，具有重要的实际意义，将会得到更大的推广应用。
