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容克式空氣預熱器漏風的控制

1鍋爐輔助設備目前,容克空氣預熱器是中國大型電壓爐的輔助設備。容克式空預裝置具有傳熱密度高、結構緊湊、鋼量少、施工方便等優(yōu)點。但是,容克式空氣預熱器漏風率高卻是最為棘手的問題,直接影響了鍋爐機組的安全性和經(jīng)濟性。2排風泄漏的主要原因和傳統(tǒng)的控制方法2.1煙氣側濕風率的確定漏風主要因素有直接漏風和攜帶漏風。漏風率=(進入煙氣側的濕空氣量/進入煙氣側的濕煙氣量)×100%,直接漏風占75%左右,攜帶漏風占25%左右。2.1.1預熱器和轉子密封的密封間隙的影響在容克式空氣預熱器投運期間,流經(jīng)傳熱元件的空氣和煙氣存在著一定的壓差。空氣流的壓力要比煙氣流的壓力高些。因此,在空氣預熱器的熱端和冷端均都存在空氣流入煙氣的現(xiàn)象。預熱器中空氣與煙氣由惰性區(qū)密封分開。轉子密封片與殼子密封板之間的密封間隙總是大于零。壓力較高的空氣必然要穿過密封間隙漏向壓力較低的煙氣中,就是直接漏風,直接漏風量的計算公式:式中:QZJ—直接漏風量,m3/s;K—漏風系數(shù);A—密封間隙(漏風間隙)面積,m2;籽—氣體密度,kg/m3;△P—煙氣間的壓差Pa。2.1.2攜帶漏風預熱器在空預器轉子倉格中所包容的風量隨著轉子的旋轉,會不斷地轉移到煙氣側,被煙氣帶走,這是攜帶漏風。攜帶漏風是預熱器的結構型式本身決定的,目前還沒有解決的辦法。攜帶漏風的計算公式:式中:Qxd—攜帶漏風量,m3/s;D—是空預器的轉子直徑,m;n—轉子的轉速,r/min;y—蓄熱板金屬盒灰所占轉子的份額;H—轉子的高度,m。2.2傳統(tǒng)控制漏風的主要方法減小直接漏風的方法:減小間隙、減小壓差、增加漏風阻力。壓差是由鍋爐系統(tǒng)本身決定的,所以只能從減小間隙和增加漏風阻力方面采取措施。2.2.1結構形式及動態(tài)調整系統(tǒng)從預熱器設計的角度力圖減小漏風的有效途徑是,將密封間隙控制在最小限度。間隙漏風主要包括空預器轉子的徑向、軸向、環(huán)向漏風??諝忸A熱器密封裝置設計的關鍵就在于研究預熱器變形的規(guī)律,使設計出的密封裝置能夠有效地控制各種工況,主要是MCR工況下密封間隙處在最小限值。目前,主要有靜態(tài)和動態(tài)兩種密封方式。(1)靜態(tài)密封的調整,根據(jù)轉子熱態(tài)溫度場模型,計算空預器轉子不同位置的變形量,對三向(徑向、軸向、環(huán)向)(見圖1、圖2)密封片進行冷態(tài)調整,在運行時漏風率最小。徑向密封:所有的容克式空氣預熱器,不論型號大小,在預熱器的熱端和冷端,都設置了徑向密封片,這些密封片都固定在轉子的徑向隔板上。這同時都被設定了距離扇形板密封面的預留間隙,些密封預留間隙將使空氣預熱器在運行過程中保持最小的間隙。軸向密封:空氣預熱器設置了軸向密封片。這些軸向密封片固定在轉子外圓的徑向隔板上,從熱端到冷端??烧{軸向密封板裝在主支座板的內側,與扇形板外側端相齊平,從熱端延伸到冷端,基本上以密封片和軸向密封板之間的規(guī)定間隙來設定軸向密封板。在運行期間,轉子的熱變形使這個間隙減少到最小值。旁路密封:空氣預熱器除軸向密封外,還裝設固定的旁路密封。這些旁路密封片固定在熱端和冷端連接板的旁路密封角鋼上,基本上設定這些密封片可使預熱器在整個運行期間和熱端密封角鋼,冷端轉子法蘭保持最小間隙。中心筒密封:這些密封片固定在轉子中心筒熱端和冷端的端板圓周上,與環(huán)形密封盤或密封蓋的凸緣之間設定在規(guī)定間隙上運轉。(2)動態(tài)調整,本工程在熱段采用自動漏風控制跟蹤調整系統(tǒng),空氣預熱器漏風控制系統(tǒng)(LEAKAGECONTROLSYSTEM,以下簡稱LCS)的設計原理是:使扇形密封板與熱變形的轉子形狀緊密吻合。在各種工況下,扇形板與在規(guī)定的間隙內跟隨著轉子徑向密封片。這使漏風面積在各種過渡工況和MCR運行時期都減小了。轉子的熱端徑向密封的間隙增大引起漏風面積增大,而漏風控制系統(tǒng)使扇形板下彎,跟蹤轉子的熱態(tài)變形減少漏風面積,從而減少漏風量。2.2.2建立種植巷道密封采用兩道、三道密封減少漏風,一般36倉采用兩道密封和48倉采用三道密封。有效增加漏風阻力,降低漏風率??傊?漏風控制目前采取了上述較先進的手段,一般廠家保證漏風率不大于6%。3利用預算器降低流量的經(jīng)濟效益分析3.1空氣預熱器熱端漏風是影響風機電耗的重(1)風側冷段漏入煙氣側,當冷端漏風較大時,一定量的冷風摻和進煙氣側,會造成出口煙溫較低的假象,并且由于進口風溫一般為環(huán)境溫度和風量不參加傳熱。因此,冷端漏風可視作僅有風量損失,使送風機,一次風機,吸風機、增壓風機出力增大,電耗增大。(2)風側熱段漏入煙氣側,當熱端漏風較大時,由漏風帶入的空氣焓提高了進口煙焓和煙氣量。由于熱空氣對煙氣的稀釋作用,使煙氣溫度有所降低,此時,煙氣量的增加與煙氣溫度的降低對傳熱量的影響是相反的。由于空氣預熱器熱端泄漏的風量還要參與和影響傳熱,因此熱端漏風不僅有風量損失,而且有熱量損失。這樣影響效率,也影響風機電耗。(3)攜帶漏風從空氣側進入煙氣側,同熱段漏風相似,不僅有風量的損失,而且有熱量的損失,影響效率和風機電耗。3.2以液壓機單位為例,年平均電耗(1)按照漏風率每降低1%影響煤耗相應降低0.22g/kWh,60萬機組年運行6500h計算,年節(jié)省標煤:0.22g/kWh×600000kW×6500h÷1000000=858t,年節(jié)約燃煤成本:858t×600元/t=68.64萬元(標煤價格按800元/t)。(2)以600MW機組為例,風機節(jié)能效益按每降低1%的漏風率可使兩臺一次風機、二次風機、引風機和一臺增壓風機總的電流每臺爐約降低30A,如按6000V,三相計算(功率因數(shù)按0.7),則每臺爐降低電耗436kW;如每年按投運6500h計,電價按0.355元/kWh計,年節(jié)約電費:姨3×6kV×30A×0.7×6500h×0.355元=50.357萬元。述兩項費用一臺爐總計節(jié)約投資68.64+50.357=118.997萬元(只考慮MCR工況)。如果對于不能長期保證滿出力的機組,冷段間隙漏風增大,漏風率會大大超標,如加裝軟密封,則經(jīng)濟效益更為可觀。因此,從經(jīng)濟效益分析,控制空預器漏風率是非常必要的。4機組實際運行案例目前,國際上普遍的漏風率指標為:300MW-8%,600MW-6%,1000MW-5%。常規(guī)設計:雙道密封,裝配漏風控制裝置(LCS)。由于預熱器轉子在運行時是成蘑菇狀變形,轉子下垂,密封片和各個密封面間會出現(xiàn)間隙,尤其是熱段徑向,采用LCS裝置下壓扇形板減少間隙。預熱器直徑越小,LCS作用越不明顯,但在600MW機組以上效果明顯,漏風率可控制在6%以內。目前,通過對空預器漏風率模擬實驗,6%漏風率的比例分配為直接漏風:熱段徑向0.8%左右,冷端徑向密封為2.25%左右,軸向為0.85%左右,旁路密封0.5%左右;攜帶漏風1.6%左右。比例較大的徑向、軸向密封直接漏風主要改造案例:某電廠機組(1000MW)2臺機組分別于2007年12月和2008年5月進入運行,預熱器的排煙溫度、煙氣阻力、漏風率全部達到或超過設計要求。初期檢測一臺機考核試驗漏風率3.87%/4.34%,另一臺機考核試驗漏風率4.7%/5.2%,3個月后測試漏風率均大于5%,漏風控制水平當時為國內同類機組的最好水平。主要采用減少直接漏風的技術,在預熱器內部徑向和軸向密封上補充了一道鋼絲刷密封(見圖3),采用0.1mm直徑、150mm長的鋼絲刷,試圖在預熱器低負荷階段依靠鋼絲刷的彈性,來補償部分密封間隙減小漏風。但缺點是在運行3個月的時間后,檢查部分鋼絲折斷,漏風率明顯增加,且有損傷密封板的風險,投入相對資金較大。借鑒上述改造案例,降低空預器漏風新的方法如下。4.1薄鋼片拖充式軟加密封片密封圖2(1)采用一種(合成高分子橡膠板)耐高溫、耐磨、耐老化、耐腐蝕柔性材料作為軟密封(見圖4),既不損壞扇形板,又不容易斷裂的材料。此材料需進一步研究試驗,在冷端加裝此軟密封。(2)采用薄鋼片拖曳式軟迷宮密封(見圖5),在現(xiàn)行密封片后增加一道或兩道的考登鋼等折角密封片(考登鋼折角密封片的具體板厚選擇須經(jīng)過傳動裝置出力的校核后確定),構成三重迷宮密封,在運行間隙小于10mm時,可有效增加漏風阻力系數(shù)。但長期對蜜封板磨損較嚴重,易損壞扇形板,所以需對扇形板做防磨處理。通過理論磨損計算,3年左右需更換密封片,所以此方法可行,需進一步試驗論證。采用上述軟密封有望降低空預器漏風率1%。4.2減少攜帶漏風攜帶漏風一般很難控制,基本占總漏風比例的25%多,主要方法如下。從扇形板開適當數(shù)量的孔,將攜帶漏風抽取送入冷風道,從而降低攜帶漏風(見圖6)。尤其在冬季有助于提高一次風的風溫。因此,從理論講是可行的,此方法還有待于進一步研究實踐檢驗。有望降低空預器漏風率1%左右。5空氣預熱器漏風控制方案設計目前,容克式空氣預熱器剛投產基本均能滿足設計漏風量的要求,尤其隨著電力市場“供大于求”供需矛盾日益突出,機組長期不能滿負

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