空氣預熱器柔性接觸式密封技術(shù)在600MW機組上的應用

1、空氣預熱器柔性接觸式密封技術(shù)在600mwtl組上的應用來源：國電康平發(fā)電有限公司 2014年03月14日 點擊：日22【摘 要】國電康平電廠#1爐回轉(zhuǎn)式空氣預熱器漏風率遠超過設(shè)計值，嚴重影響機組經(jīng)濟 效益。本文著重介紹了空氣預熱器采用柔性接觸式密封技術(shù)的改造情況，重點對空氣預熱器 柔性接觸式密封技術(shù)及改造效果進行闡述分析，肯定了柔性接觸式密封改造技術(shù)在回轉(zhuǎn)式空 氣預熱器上的成功應用。【關(guān)鍵詞】回轉(zhuǎn)式空氣預熱器柔性接觸式密封 漏風 改造 效益0引言漏風率是空氣預熱器的重要經(jīng)濟指標之一， 有效控制漏風率，可以從降低送、 引風機電耗和提高鍋爐效率兩個方面得到節(jié)能收益。為降低漏風率，提高機組經(jīng)濟效益，

2、選 定柔性接觸式密封技術(shù)對空氣預熱器進行密封改造，并取得極佳效果。1概述國電康平電廠2x600mws臨界機組的鍋爐為哈爾濱鍋爐廠制造， 于2009年 8月份投產(chǎn)發(fā)電，每臺爐設(shè)計安裝兩臺空氣預熱器均為哈爾濱鍋爐廠制造，型號為 31-vi(t)-1600-qmr。機組投產(chǎn)后扇形板自動跟蹤始終不好用，借機組停運機會，對預熱器各 部密封間隙進行檢查測量，其間隙值都偏離設(shè)計值很大，并且扇形板存在不水平等缺陷。通 過咨詢多家同類型機組的空氣預熱器的運行情況，了解到扇形板自動跟蹤密封裝置運行都不 穩(wěn)定，不能保證密封間隙的最佳值，從而使預熱器漏風率偏大，這無疑就增加了引風機電耗， 給電廠節(jié)能降耗工作的開展帶來

3、了很大困難，因而對空氣預器的密封改造降低空氣預器漏風 率是非常必要的。選定空預器柔性接觸式密封改造技術(shù)， 對空預器徑向加裝柔性接觸式密封組件，對其軸向、旁路密封系統(tǒng)進行更換及調(diào)整，以提高機組經(jīng)濟效益。2空氣預熱器轉(zhuǎn)子變形及漏風分析2.1 空氣預熱器轉(zhuǎn)子熱變形國電康平電廠#1爐空預器是回轉(zhuǎn)式空氣預熱器，它是大中型電廠所普遍采 用的尾部換熱設(shè)備，回轉(zhuǎn)式空氣預熱器的原理是利用煙氣余熱提高進入爐膛的空氣溫度的設(shè) 備。空氣預熱器運行時，轉(zhuǎn)子的上下端面上存在溫度差，也即沿著轉(zhuǎn)子高度方向上的溫度梯度引起了轉(zhuǎn)子的熱態(tài)蘑菇狀變形，轉(zhuǎn)子上端面外凸，下端面內(nèi)凹。如圖1、圖2所示。圖1轉(zhuǎn)子的冷態(tài)和熱態(tài)情況圖2轉(zhuǎn)子熱變

4、形2.2 漏風分析回轉(zhuǎn)式空氣預熱器主要由轉(zhuǎn)子和外殼組成， 轉(zhuǎn)子是運動部件，外殼是靜止部 件，動靜部件之間肯定存在間隙，這種間隙就是漏風的渠道?？疹A器處于鍋爐煙風系統(tǒng)的進 口和出口，空氣側(cè)壓力是正壓，煙氣側(cè)壓力是負壓，二者存在壓力差，從而產(chǎn)生漏風。由于 壓差和間隙的存在造成的漏風稱為直接漏風；還有一種漏風叫攜帶漏風，是由于轉(zhuǎn)子內(nèi)具有 一定容積，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，必定會攜帶一部分氣體進入另一側(cè)。2.2.1 攜帶漏風攜帶漏風主要因為空氣預熱器在轉(zhuǎn)動過程中，蓄熱元件中部分空氣被攜帶到 煙氣中，而蓄熱元件中的部分煙氣被攜帶到空氣中，這是回轉(zhuǎn)式空預器的固有特點，是不可 避免的。為了降低結(jié)構(gòu)漏風量，在滿足換熱性

5、能的前提下，盡量選擇較低轉(zhuǎn)速，并且轉(zhuǎn)子內(nèi) 盡量充滿傳熱元件，即轉(zhuǎn)子高度不要留有太多的剩余空間，但攜帶漏風量占空預器總漏風量 的份額較少，一般來說不超過1%?？珊雎?。2.2.2 直接漏風直接漏風是空預器漏風的主要來源，這是由于空氣預熱器的煙氣側(cè)和空氣側(cè) 存在間隙和壓差造成的。盡管部件間隙中有密封裝置，但為避免轉(zhuǎn)動卡澀及運行中的變形也 不可能將這些密封間隙堵死，因而就造成密封間隙漏風?；剞D(zhuǎn)式空氣預熱器的煙氣自上而下 逐漸降溫，空氣自下而上升溫，轉(zhuǎn)子形成蘑菇狀變形，造成了密封間隙增大，漏風增大。直 接漏風主要包括徑向漏風、軸向漏風、旁路漏風和中心筒漏風，其中徑向漏風占的比例最大， 大約占80流右。空

6、氣預熱器結(jié)構(gòu)本身有一定的密封系統(tǒng)， 如圖3所示，但由于機組運行條件 的影響，原有密封系統(tǒng)磨損嚴重，不能有效的治理漏風，造成漏風率上升?？諝鈸P熱器密封圖尾暇板 轉(zhuǎn)干獨斷密劃校向善封圖3空氣預熱器密封系統(tǒng)空預器的漏風問題嚴重影響電廠的經(jīng)濟運行，有時甚至威脅鍋爐的安全運 行，所以空氣預熱器的密封改造勢在必行。3柔性接觸式密封技術(shù)理論傳統(tǒng)空氣預熱器密封技術(shù)是采用剛性有間隙密封技術(shù)，在動靜間保持一個最 小間隙，達到漏風最小。由于空氣預熱器的蘑菇狀變形問題，而且這種變形隨負荷環(huán)境溫度 不斷發(fā)生變化，使得我們很難達到一個最佳的動靜之間的間隙值?？諝忸A熱器柔性接觸式密封技術(shù)解決了傳統(tǒng)密封技術(shù)這一薄弱之處，該密

7、封系統(tǒng)能有效控制漏風，從而減少能量的流失。密封系統(tǒng)是根據(jù)空氣預熱器轉(zhuǎn)子受熱變形而設(shè) 計的，它包括徑向密封、軸向密封、旁路密封以及靜密封，扇形板與密封滑塊間沒有間隙， 而且該密封系統(tǒng)提供了許多調(diào)整值，維修方便。3.1 基本工作原理介紹將扇形板固定在某一合理位置，柔性接觸式密封系統(tǒng)安裝在徑向轉(zhuǎn)子格倉板 上，在未進入扇形板時，柔性接觸式密封滑塊高出扇形板5mm-8mm當柔性接觸式密封滑塊運動到扇形板下面時，合頁式彈簧發(fā)生形變。密封滑塊與扇形板接觸，形成嚴密無間隙的密 封系統(tǒng)。當該密封滑塊離開扇形板后，合頁式彈簧將密封滑塊自動彈起，以此循環(huán)進行。如 圖4所示。圖4柔性接觸式密封運行示意圖3.2 柔性接

8、觸式密封系統(tǒng)的主要特點1）采用柔性接觸式密封技術(shù)，不會形成密封間隙，密封效果好。由于扇形板與徑向密封滑塊 之間沒有間隙，則沒有氣流通過，也就避免了煙氣沖刷磨損的問題，從而密封系統(tǒng)能長期運行。2) 采用合頁彈簧技術(shù)。該技術(shù)允許空預器的轉(zhuǎn)子在熱態(tài)運行狀態(tài)下有一定的圓端面變形及圓周方向的變形，特別適合空預器的改造。對于圍帶驅(qū)動的空預器轉(zhuǎn)子，圓端面有 2mm-3mm跳動量是十分普遍存在的?？疹A器熱態(tài)下，圓端面和圓周橢圓度均有不同幅度的變形問題存在。這種技術(shù)也可以自動補償這樣的變化。3)自潤滑合金高溫下干磨擦系數(shù)祖=0.1 ,對主軸電機驅(qū)動電流影響甚小，增加不超過 2a。4) 檢修工藝簡化。 柔性接觸式

9、密封系統(tǒng)采用工廠化生產(chǎn)， 車間組裝成單個密封元件 , 對原有轉(zhuǎn)子的橢圓度、兩端面的平行度、平面度；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動跳動量要求降低，大大簡化了現(xiàn)場安裝的工藝程序，工期短。5) 利于空預器運行?？諝忸A熱器傳統(tǒng)密封形式采用減小密封間隙的方法來減少漏風，當負荷變化劇烈或有其它異常工況時，易造成空預器卡澀或電機電流擺動大。柔性接觸式密封采用彈簧技術(shù)，硬密封間隙可放大，避免卡澀現(xiàn)象發(fā)生。6)密封狀況隨年限運行漏風量變化平緩。能保證長時間、全負荷、低漏風運行。如圖 5所示。*(%)圖5漏風量變化曲線3.3材料及設(shè)計3.3.1 密封滑塊密封滑塊采用一種高科技材料：自潤滑合金，如圖 6所示。此種材料在高溫 無潤滑脂的條

10、件下，可以達到很低的摩擦系數(shù)，具有耐磨損、耐高溫、摩擦系數(shù)小、安裝方便 及更換組件快捷的優(yōu)點。圖6密封滑塊下面是該材料的主要性能指標:材料名稱自潤滑合金密度 p (g/cm3)7.54硬度（hb450-800干摩擦系數(shù)l0.05-0.2抗壓強度（mpa）355抗彎強度（mpa275適用速度（m/s）0.3-2.5使用溫度（c）-30-550年磨損量（圓周處）（mm0.36彈性模量e ( x 105 mpa)1.83膨脹系數(shù)a （106）10.72切變模量a x103 mpa)80.43.3.2 彈簧接觸式密封技術(shù)的另一核心技術(shù)是彈簧，如圖 7所示，該彈簧為 inconelx-750是以al、t

11、i、nb強化的鍥基合金，是inconel合金系統(tǒng)中早期發(fā)展的應用廣 泛的合金之一。合金在9800c以下具有良好的強度、良好的抗腐蝕和抗氧化性能，而且也有 較好的低溫性能，成形性能也好，能適應各種焊接工藝。圖7彈簧力學性能（線材，美國宇航材料標準 ams）品種線材,1號硬度線材，彈簧硬度犬態(tài)m火時效15% 冷加工時效50%65%冷加工1 .時效30% 冷加工時效完全熱處理厚度（mm10.612.70.36.36.312.7105989211381314152010981373123610301000(mpa)103011384.實施方案4.1改造前的準備工作4.1.1數(shù)據(jù)測量。機組停爐后，首先對

12、空氣預熱器內(nèi)部尺寸及密封系統(tǒng)間隙進行測量，為安裝柔性接觸式密封系統(tǒng)做準備。4.1.2 原密封系統(tǒng)拆除徑向密封片全部拆除； 軸向密封片和t 型鋼由于運行磨損不是特別的嚴重， 基本是磨損超過三分之一更換， t 型鋼車削；旁路密封片全部拆除。4.2 轉(zhuǎn)子找正轉(zhuǎn)子找正是調(diào)整密封間隙的前提，是降低漏風率的基本條件之一，對安裝柔性接觸式密封至關(guān)重要。4.3 密封改造方案4.3.1 修補冷熱端扇形板，并調(diào)整到合適的位置。4.3.2 修補弧形板，并調(diào)整到合適的位置。4.3.3 設(shè)置扇形板控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)只有“停爐狀態(tài)”和“運行狀態(tài)”兩個位置，便于控制，維修方便。4.3.4 冷端徑向按倉格加裝柔性接觸式密封

13、組件（見圖7）。4.3.5 熱端徑向按倉格加裝柔性接觸式密封組件（見圖7）。圖7柔性接觸式密封熱端徑向安裝示意圖4.3.6 安裝軸向密封片。4.3.7 安裝冷、熱端旁路密封片。4.3.8 冷熱端轉(zhuǎn)子“ t”型鋼更換，橢圓度測量，平面晃度測量、校正。4.3.9 鍋爐空氣預熱器其他常規(guī)檢查，如：風門、擋板、殼體等。5改造后效果密封改造前，#1爐空氣預熱器的平均漏風率9流右，進行柔性接觸式密封 改造后，在鍋爐ecrt況下，空預器的漏風率平均在 4.25% （1a側(cè)4.64%, 1b側(cè)3.87%）, 使鍋爐的送風機、引風機的功率消耗減少，熱風溫度提高，鍋爐得到充分燃燒，使飛灰可燃物降低，從而使鍋爐效率

14、提高，機組經(jīng)濟效益提高，達到節(jié)能減排的效果。6經(jīng)濟效益分析計算條件：1 ）電流下降綜合值（i 1）： 20a（送風機、引風機、一次風機合計電流下降值）2）電動機電壓（ui） :6.3kv3）機組容量：600mw4）機組年運行小時（h） : 7187h5）機組年利用小時（hi）: 4343h6）機組供電煤耗：313g/kwh7）標準煤單價:820元/噸8）改造前空預器漏風率：9%9）改造后空預器漏風率：4.25%a）節(jié)電收益計算分析：節(jié)約電量：w = 90節(jié)約供電煤耗：4343g600.=0.11g/kwh。b）減少鍋爐排煙熱損失 q的節(jié)煤收益：空預器的三個漏風通道：1）冷端漏風不引起排煙熱損失 q2增加；2）熱端漏風引起排煙熱損失 q2增加；3）周向、軸向漏風引起排煙熱損失 q2增加。一般漏風率下降12%,可以提高鍋爐效率1%。按漏風率4.25%計算，鍋爐效率提高0.4%。節(jié)約標準煤：313g/kwh x 0.4 % =1.25g/kwh。c）年收益計算分析：節(jié)約標準煤總量：0.11+1.25=1.36g/kwh 。年收益:m=4343小時 x 1.36g/kwh x600x 103kwx 820 元/噸=290萬元d）靜態(tài)投資回收期：t = 投資 /m = 380/2