浅谈空预器回收式密封技术的应用

      某公司采用三分仓回转式空气预热器，在机组性能试验中测得空预器漏风率达到8%，严重影响机组的经济运行，通过回收式密封改造，最终将空预器漏风率控制在3%以内。本文主要针对空预器回收式密封原理及改造技术的应用情况进行了介绍。

      1、前言

      某公司一期建设规模为2×1045MW超超临界机组，2台机组于2012年8月、11月相继投产。空预器采用东 方锅炉厂生产的型号为LAP17286/2250三分仓回转式空气预热器，空预器原设计在燃用设计煤种、锅炉负荷在BMCR时工况条件下，空气预热器的漏风率(单台)在投产后第一年内不高于6%，运行1年后不高于8%，一次漏风率小于30%。

      2、空预器密封工艺流程及运行情况

      2.1密封工艺流程

      空预器密封主要由冷、热端扇形板;轴向密封装置等通过调整固定在空预器壳体上形成固定式定子密封机构，定子密封机构与壳体采用插板迷宫式联接;转子上安装轴向、热端径向、冷端径向等密封片，与定子密封机构形成密封转动副。冷、热端径向密封间隙及轴向密封间隙都采用设计计算后预留，在转子发生蘑菇状热变形后，冷端和轴向自动减小了动、静密封间隙。但增大的热端径向动、静密封间隙无法调整。空预器原设计漏风率不大于6%，一年后不大于8%。

      2.2密封系统的主要组成部分

      1)热端扇形板、冷端扇形板、轴向密封装置、固定密封装置;

      2)轴向、径向、旁路密封片及组件;

      所有动、静密封间隙均为冷态预留，热态期间无调整手段。

      2.3运行情况

      根据公司2013年机组性能试验结果，两台机组空预器漏风率在考核工况下：#1炉为A侧6.46%、B侧6.78%，#2炉为A侧6.88%、B侧7.95%，这就意味着有部分空气在空预器内部泄漏至烟道，被直接排入脱硫塔中，从而增大了送、引风机、电除尘器及脱硫的负荷，排烟热损失增大，影响机组的经济运行。

      由于烟气量增大，在通流截面不变条件下烟速加快，会造成空预器下游的磨损，空预器换热强度减弱，排烟热损失增加，降低机组效率。

      2.4空预器漏风原因分析

      1)由于空预器在密封结构设计方面，没有设计弥补转子蘑菇状热变形造成的热端径向动、静密封间隙增大等密封手段,这是设备漏风率无法降低的主要原因。

      2)另外公司采用烟煤掺烧，燃用煤质远偏离设计煤质，实际烟气量、空气量有别于设计工况，在空预器内压差也高于设计值，空预器漏风量也随之增大。这是设备漏风率无法再进一步降低的主要原因之一。除此之外，转子还有2%左右的携带漏风，这也是这种空预器密封结构无法解决的。3)配套的间隙自动调节系统反应跟踪不上负荷变化，负荷变化大于20MW/分钟时，间隙自动调节滞后于负荷，出现电流波动，多次出现空预器卡涩跳停;为了预防空预器卡涩跳停，间隙系统间隙设定值从设计的10mm以下，人为提高到15mm，以保证空预器安全，但大大增加了空预器漏风率。

      3、改进措施

      针对漏风率偏大的问题，在调研国内各电厂采用的空预器密封改造技术后，经过比较，我司决定采用国内目前运用较少、技术逐渐成熟的回收式密封技术。我司通过与相关厂家的反复讨论及研究，根据我司机组运行参数、设备改造可行性、改造工期等方面综合考虑，提出以下相应的改造方案：

      3.1空预器回收式密封原理

      1)空预器的漏风回收装置，包括内部密封装置、外部漏风回收装置和回收自动控制系统：上、下扇形板回收室和圆弧密封回收室相互隔离，并通过各自独立的回收管道与汇集联箱相连，在各自的回收管道内设有与工控机相联的电动风门，在回收风机的作用下，汇集联箱具有总的工作负压，通过各回收管道内的电动风门，将汇集联箱内的工作动力进行分配，确保上、下扇形板和圆弧密封装置中的回收室具有不同适宜的吸风压力。

      2)采用特殊设计的自动热补偿的密封片组与密封定子组成多级密封转动副，自动弥补了转子“蘑菇状”热变形所增大的动、静密封间隙。

      3)工作流程：空预器设备正常运行时，具有正压的空气只能通过设备内形成的密封转动副中向具有负压的烟气侧泄漏，在设备运行时，密封转动副中从空气侧至烟气侧方向的第一与第二块密封片之间的区域为密封区，第二与第三块密封片之间的区域与排气孔对应，为回收区;由于密封区两块密封片的阻挡作用，使进入回收区的空气泄漏量一般在4%～8%范围，其压力和流速也大大降低，回收区在设备外回收风机的作用下形成与烟道负压相匹配的负压，因此经过密封区的泄漏空气及转子仓格携带的空气进入回收区时，即通过密集回收孔被吸入回收室内，再经联通管道、汇集联箱、回收风机、出口管道，增压后进入一、二次风之间的扇形板，进入有效阻止一次风向二次风的泄露。由于泄漏空气在回收区内被全部回收，因而进入烟道的泄漏空气几乎为零，所以设备漏风率能够控制在3%范围内。

      3.2设备改造

      1)空预器内部原设备的一、二次风与烟气侧和一、二次风之间的冷、热端扇形板和轴向密封装置，重新设计安装具有热风回收功能的冷、热端扇形板和轴向密封装置;经调整后与空预器壳体焊为一体;所构成的密封定子杜绝了空预器内非动、静间的通往烟气侧的泄漏源，最大程度的减少通过动、静间隙的漏风进入烟气侧。

      2)拆除空预器内部原设备的密封片，安装特殊设计的具有自动补偿的密封片组与密封定子组成多级密封转动副。

      3)在锅炉零米安装两台回收风机及进出口风道，温风风机负责回收两台空预器冷端扇形板的漏风;热风风机负责回收两台空预器热端扇形板的漏风。

      4)电气系统，采用低压变频启停和控制风机转速。变频柜布置在400伏开关室内。

      5)自动控制系统，随时检测设备内气体压差信号，并由变送器转换为电信号送至DCS控制，控制逻辑输出变频指令，从而控制风机转速。DCS控制柜布置在电子间，集控室布置系统专用运行画面和操作盘。

      6)利用#1机组大修期间对#1炉两台空预器进行上述改造，改造工期约45天。

      3.3系统控制

      1)通过调整风机转速以适应锅炉负荷变化：由于锅炉负荷随电网调度随时有所变化，烟道负压，一、二次风压及动、静密封间隙亦随之发生变化，因此设备内空气泄漏量也随之增减，回收自动控制系统通过对进、出口烟气含氧量的检测或对进、出烟气压力的检测：通过设备实测漏风率来调节回收风机通过进、出口烟气中氧量变化的检测，经与设定值的比较来调节回收风机，其将采集到的氧量信号通过公式换算成设备漏风率，并跟设定值进行比较，如漏风率超过设定值(如：实测漏风率>4%)，则增大回收风机的转速;如漏风率在设定范围内(如：2%<实测漏风率<4%，则回收风机定速;如漏风率小于设定值范围(如实测漏风率<2%，则回收风机减速。

      2)通过空预器前后烟气、空气侧压侧以补偿风机转速调节：压力变化来调节回收风机通过采集的一次风侧冷端回收室的压力和出口烟道的压力进行比较，如设备漏风率处在正常范围内时，设定回收室的压力比出口烟道的压力大0.8Kpa。如该比较值在设定范围内(如：0.8Kpa～1.2Kpa)，则认为设备漏风率在正常范围内。

      此时，风机转速恒定;如该比较值小于0.8Kpa，则认为设备漏风率偏大，此时增大风机转速，直至比较值处在设定范围内时，风机才定速;相对应的，如该比较值大于设定值的上限(如>1.2Kpa)，则认为风机出力太大，有可能烟气被吸到二次热风箱中，这时，减少风机转速直至比较值处在设定范围内;经过工控机逻辑处理，自动通过变频器调整电机、从而调整回收风机的出力即风机转速，从而自动地调整设备内的漏风回收量，因此，密封回收系统能够做到无论锅炉负荷如何变化，其设备漏风率始终控制在设定范围内。

      4、结论

      通过上述一系列改造和运行优化调整后，取得如下效果：

      2015年9月，为了解改造后空预器情况，我司委托相关单位进行了漏风率测试，通过试验测得：#1炉改造后回收系统投运时空预器A/B侧漏风率为2.10%/2.99%;回收系统停运时空预器A/B侧漏风率为3.13%/4.95%。

      4.1运行安全性

      1)空预器密封回收系统控制是通过回收风机入口压力与空预器出口烟气侧压力之差来调节回收风机转速，达到最佳回收效果，合理设定调整压差是节能降耗的关键;机组负荷变化频繁时，合理设置PDI参数，调整回收风机运行速率，使压差能跟上参数变化。

      2)回收风机故障时，空预器密封能维持固定方式，空预器漏风维持原有固定密封时的漏风率，不会影响机组运行安全。

      4.2投资回报计算

      1)本次空预器回收式密封改造为EPC工程，合同价格约为550万元，按照改造后空预器漏风率为3%计算，根据西安热工院统计数据，空预器漏风率每下降1%，炉效增加0.05%，煤耗下降0.16/KWh，则技改后煤耗可下降0.56g/KWh。以单台机组年发电40亿KWh计算，这样年节约标煤(6.5-3)×0.16×40×100=2240吨，以每吨标煤700元计，年可节约150万元。

      2)漏风率降低，使得引风机、一次风机、送风机的耗电量减少;但回收式密封改造需要增加两台200MW左右的变频回收风机，所增加的电量和六大风机减少的耗电量大体相等，故此部分节约的电量不计入总降低费用。

      综上所述，空预器技改后每年的收益约150万元;空预器改造完成后在4年可回收成本。

      5、结束语

      目前，在全国全面实施燃煤电厂节能降耗的大背景下，空预器回收式密封改造具有非常积极的意义，是一个值得推广的改造技术。

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