某公司采用三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，在機(jī)組性能試驗中測得空預(yù)器漏風(fēng)率達(dá)到8%，嚴(yán)重影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運行，通過回收式密封改造，最終將空預(yù)器漏風(fēng)率控制在3%以內(nèi)。本文主要針對空預(yù)器回收式密封原理及改造技術(shù)的應(yīng)用情況進(jìn)行了介紹。

1、前言

某公司一期建設(shè)規(guī)模為2×1045MW超超臨界機(jī)組，2臺機(jī)組于2012年8月、11月相繼投產(chǎn)?？疹A(yù)器采用東 方鍋爐廠生產(chǎn)的型號為LAP17286/2250三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，空預(yù)器原設(shè)計在燃用設(shè)計煤種、鍋爐負(fù)荷在BMCR時工況條件下，空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率(單臺)在投產(chǎn)后第一年內(nèi)不高于6%，運行1年后不高于8%，一次漏風(fēng)率小于30%。

2、空預(yù)器密封工藝流程及運行情況

2.1密封工藝流程

空預(yù)器密封主要由冷、熱端扇形板;軸向密封裝置等通過調(diào)整固定在空預(yù)器殼體上形成固定式定子密封機(jī)構(gòu)，定子密封機(jī)構(gòu)與殼體采用插板迷宮式聯(lián)接;轉(zhuǎn)子上安裝軸向、熱端徑向、冷端徑向等密封片，與定子密封機(jī)構(gòu)形成密封轉(zhuǎn)動副。冷、熱端徑向密封間隙及軸向密封間隙都采用設(shè)計計算后預(yù)留，在轉(zhuǎn)子發(fā)生蘑菇狀熱變形后，冷端和軸向自動減小了動、靜密封間隙。但增大的熱端徑向動、靜密封間隙無法調(diào)整?？疹A(yù)器原設(shè)計漏風(fēng)率不大于6%，一年后不大于8%。

2.2密封系統(tǒng)的主要組成部分

1)熱端扇形板、冷端扇形板、軸向密封裝置、固定密封裝置;

2)軸向、徑向、旁路密封片及組件;

所有動、靜密封間隙均為冷態(tài)預(yù)留，熱態(tài)期間無調(diào)整手段。

2.3運行情況

根據(jù)公司2013年機(jī)組性能試驗結(jié)果，兩臺機(jī)組空預(yù)器漏風(fēng)率在考核工況下：#1爐為A側(cè)6.46%、B側(cè)6.78%，#2爐為A側(cè)6.88%、B側(cè)7.95%，這就意味著有部分空氣在空預(yù)器內(nèi)部泄漏至煙道，被直接排入脫硫塔中，從而增大了送、引風(fēng)機(jī)、電除塵器及脫硫的負(fù)荷，排煙熱損失增大，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運行。

由于煙氣量增大，在通流截面不變條件下煙速加快，會造成空預(yù)器下游的磨損，空預(yù)器換熱強度減弱，排煙熱損失增加，降低機(jī)組效率。

2.4空預(yù)器漏風(fēng)原因分析

1)由于空預(yù)器在密封結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，沒有設(shè)計彌補轉(zhuǎn)子蘑菇狀熱變形造成的熱端徑向動、靜密封間隙增大等密封手段,這是設(shè)備漏風(fēng)率無法降低的主要原因。

2)另外公司采用煙煤摻燒，燃用煤質(zhì)遠(yuǎn)偏離設(shè)計煤質(zhì)，實際煙氣量、空氣量有別于設(shè)計工況，在空預(yù)器內(nèi)壓差也高于設(shè)計值，空預(yù)器漏風(fēng)量也隨之增大。這是設(shè)備漏風(fēng)率無法再進(jìn)一步降低的主要原因之一。除此之外，轉(zhuǎn)子還有2%左右的攜帶漏風(fēng)，這也是這種空預(yù)器密封結(jié)構(gòu)無法解決的。3)配套的間隙自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)反應(yīng)跟蹤不上負(fù)荷變化，負(fù)荷變化大于20MW/分鐘時，間隙自動調(diào)節(jié)滯后于負(fù)荷，出現(xiàn)電流波動，多次出現(xiàn)空預(yù)器卡澀跳停;為了預(yù)防空預(yù)器卡澀跳停，間隙系統(tǒng)間隙設(shè)定值從設(shè)計的10mm以下，人為提高到15mm，以保證空預(yù)器安全，但大大增加了空預(yù)器漏風(fēng)率。

3、改進(jìn)措施

針對漏風(fēng)率偏大的問題，在調(diào)研國內(nèi)各電廠采用的空預(yù)器密封改造技術(shù)后，經(jīng)過比較，我司決定采用國內(nèi)目前運用較少、技術(shù)逐漸成熟的回收式密封技術(shù)。我司通過與相關(guān)廠家的反復(fù)討論及研究，根據(jù)我司機(jī)組運行參數(shù)、設(shè)備改造可行性、改造工期等方面綜合考慮，提出以下相應(yīng)的改造方案：

3.1空預(yù)器回收式密封原理

1)空預(yù)器的漏風(fēng)回收裝置，包括內(nèi)部密封裝置、外部漏風(fēng)回收裝置和回收自動控制系統(tǒng)：上、下扇形板回收室和圓弧密封回收室相互隔離，并通過各自獨立的回收管道與匯集聯(lián)箱相連，在各自的回收管道內(nèi)設(shè)有與工控機(jī)相聯(lián)的電動風(fēng)門，在回收風(fēng)機(jī)的作用下，匯集聯(lián)箱具有總的工作負(fù)壓，通過各回收管道內(nèi)的電動風(fēng)門，將匯集聯(lián)箱內(nèi)的工作動力進(jìn)行分配，確保上、下扇形板和圓弧密封裝置中的回收室具有不同適宜的吸風(fēng)壓力。

2)采用特殊設(shè)計的自動熱補償?shù)拿芊馄M與密封定子組成多級密封轉(zhuǎn)動副，自動彌補了轉(zhuǎn)子“蘑菇狀”熱變形所增大的動、靜密封間隙。

3)工作流程：空預(yù)器設(shè)備正常運行時，具有正壓的空氣只能通過設(shè)備內(nèi)形成的密封轉(zhuǎn)動副中向具有負(fù)壓的煙氣側(cè)泄漏，在設(shè)備運行時，密封轉(zhuǎn)動副中從空氣側(cè)至煙氣側(cè)方向的第一與第二塊密封片之間的區(qū)域為密封區(qū)，第二與第三塊密封片之間的區(qū)域與排氣孔對應(yīng)，為回收區(qū);由于密封區(qū)兩塊密封片的阻擋作用，使進(jìn)入回收區(qū)的空氣泄漏量一般在4%～8%范圍，其壓力和流速也大大降低，回收區(qū)在設(shè)備外回收風(fēng)機(jī)的作用下形成與煙道負(fù)壓相匹配的負(fù)壓，因此經(jīng)過密封區(qū)的泄漏空氣及轉(zhuǎn)子倉格攜帶的空氣進(jìn)入回收區(qū)時，即通過密集回收孔被吸入回收室內(nèi)，再經(jīng)聯(lián)通管道、匯集聯(lián)箱、回收風(fēng)機(jī)、出口管道，增壓后進(jìn)入一、二次風(fēng)之間的扇形板，進(jìn)入有效阻止一次風(fēng)向二次風(fēng)的泄露。由于泄漏空氣在回收區(qū)內(nèi)被全部回收，因而進(jìn)入煙道的泄漏空氣幾乎為零，所以設(shè)備漏風(fēng)率能夠控制在3%范圍內(nèi)。

3.2設(shè)備改造

1)空預(yù)器內(nèi)部原設(shè)備的一、二次風(fēng)與煙氣側(cè)和一、二次風(fēng)之間的冷、熱端扇形板和軸向密封裝置，重新設(shè)計安裝具有熱風(fēng)回收功能的冷、熱端扇形板和軸向密封裝置;經(jīng)調(diào)整后與空預(yù)器殼體焊為一體;所構(gòu)成的密封定子杜絕了空預(yù)器內(nèi)非動、靜間的通往煙氣側(cè)的泄漏源，最大程度的減少通過動、靜間隙的漏風(fēng)進(jìn)入煙氣側(cè)。

2)拆除空預(yù)器內(nèi)部原設(shè)備的密封片，安裝特殊設(shè)計的具有自動補償?shù)拿芊馄M與密封定子組成多級密封轉(zhuǎn)動副。

3)在鍋爐零米安裝兩臺回收風(fēng)機(jī)及進(jìn)出口風(fēng)道，溫風(fēng)風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)回收兩臺空預(yù)器冷端扇形板的漏風(fēng);熱風(fēng)風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)回收兩臺空預(yù)器熱端扇形板的漏風(fēng)。

4)電氣系統(tǒng)，采用低壓變頻啟停和控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。變頻柜布置在400伏開關(guān)室內(nèi)。

5)自動控制系統(tǒng)，隨時檢測設(shè)備內(nèi)氣體壓差信號，并由變送器轉(zhuǎn)換為電信號送至DCS控制，控制邏輯輸出變頻指令，從而控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。DCS控制柜布置在電子間，集控室布置系統(tǒng)專用運行畫面和操作盤。

6)利用#1機(jī)組大修期間對#1爐兩臺空預(yù)器進(jìn)行上述改造，改造工期約45天。

3.3系統(tǒng)控制

1)通過調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速以適應(yīng)鍋爐負(fù)荷變化：由于鍋爐負(fù)荷隨電網(wǎng)調(diào)度隨時有所變化，煙道負(fù)壓，一、二次風(fēng)壓及動、靜密封間隙亦隨之發(fā)生變化，因此設(shè)備內(nèi)空氣泄漏量也隨之增減，回收自動控制系統(tǒng)通過對進(jìn)、出口煙氣含氧量的檢測或?qū)M(jìn)、出煙氣壓力的檢測：通過設(shè)備實測漏風(fēng)率來調(diào)節(jié)回收風(fēng)機(jī)通過進(jìn)、出口煙氣中氧量變化的檢測，經(jīng)與設(shè)定值的比較來調(diào)節(jié)回收風(fēng)機(jī)，其將采集到的氧量信號通過公式換算成設(shè)備漏風(fēng)率，并跟設(shè)定值進(jìn)行比較，如漏風(fēng)率超過設(shè)定值(如：實測漏風(fēng)率>4%)，則增大回收風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速;如漏風(fēng)率在設(shè)定范圍內(nèi)(如：2%<實測漏風(fēng)率<4%，則回收風(fēng)機(jī)定速;如漏風(fēng)率小于設(shè)定值范圍(如實測漏風(fēng)率<2%，則回收風(fēng)機(jī)減速。

2)通過空預(yù)器前后煙氣、空氣側(cè)壓側(cè)以補償風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)：壓力變化來調(diào)節(jié)回收風(fēng)機(jī)通過采集的一次風(fēng)側(cè)冷端回收室的壓力和出口煙道的壓力進(jìn)行比較，如設(shè)備漏風(fēng)率處在正常范圍內(nèi)時，設(shè)定回收室的壓力比出口煙道的壓力大0.8Kpa。如該比較值在設(shè)定范圍內(nèi)(如：0.8Kpa～1.2Kpa)，則認(rèn)為設(shè)備漏風(fēng)率在正常范圍內(nèi)。

此時，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速恒定;如該比較值小于0.8Kpa，則認(rèn)為設(shè)備漏風(fēng)率偏大，此時增大風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，直至比較值處在設(shè)定范圍內(nèi)時，風(fēng)機(jī)才定速;相對應(yīng)的，如該比較值大于設(shè)定值的上限(如>1.2Kpa)，則認(rèn)為風(fēng)機(jī)出力太大，有可能煙氣被吸到二次熱風(fēng)箱中，這時，減少風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速直至比較值處在設(shè)定范圍內(nèi);經(jīng)過工控機(jī)邏輯處理，自動通過變頻器調(diào)整電機(jī)、從而調(diào)整回收風(fēng)機(jī)的出力即風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而自動地調(diào)整設(shè)備內(nèi)的漏風(fēng)回收量，因此，密封回收系統(tǒng)能夠做到無論鍋爐負(fù)荷如何變化，其設(shè)備漏風(fēng)率始終控制在設(shè)定范圍內(nèi)。

4、結(jié)論

通過上述一系列改造和運行優(yōu)化調(diào)整后，取得如下效果：

2015年9月，為了解改造后空預(yù)器情況，我司委托相關(guān)單位進(jìn)行了漏風(fēng)率測試，通過試驗測得：#1爐改造后回收系統(tǒng)投運時空預(yù)器A/B側(cè)漏風(fēng)率為2.10%/2.99%;回收系統(tǒng)停運時空預(yù)器A/B側(cè)漏風(fēng)率為3.13%/4.95%。

4.1運行安全性

1)空預(yù)器密封回收系統(tǒng)控制是通過回收風(fēng)機(jī)入口壓力與空預(yù)器出口煙氣側(cè)壓力之差來調(diào)節(jié)回收風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到最佳回收效果，合理設(shè)定調(diào)整壓差是節(jié)能降耗的關(guān)鍵;機(jī)組負(fù)荷變化頻繁時，合理設(shè)置PDI參數(shù)，調(diào)整回收風(fēng)機(jī)運行速率，使壓差能跟上參數(shù)變化。

2)回收風(fēng)機(jī)故障時，空預(yù)器密封能維持固定方式，空預(yù)器漏風(fēng)維持原有固定密封時的漏風(fēng)率，不會影響機(jī)組運行安全。

4.2投資回報計算

1)本次空預(yù)器回收式密封改造為EPC工程，合同價格約為550萬元，按照改造后空預(yù)器漏風(fēng)率為3%計算，根據(jù)西安熱工院統(tǒng)計數(shù)據(jù)，空預(yù)器漏風(fēng)率每下降1%，爐效增加0.05%，煤耗下降0.16/KWh，則技改后煤耗可下降0.56g/KWh。以單臺機(jī)組年發(fā)電40億KWh計算，這樣年節(jié)約標(biāo)煤(6.5-3)×0.16×40×100=2240噸，以每噸標(biāo)煤700元計，年可節(jié)約150萬元。

2)漏風(fēng)率降低，使得引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)的耗電量減少;但回收式密封改造需要增加兩臺200MW左右的變頻回收風(fēng)機(jī)，所增加的電量和六大風(fēng)機(jī)減少的耗電量大體相等，故此部分節(jié)約的電量不計入總降低費用。

綜上所述，空預(yù)器技改后每年的收益約150萬元;空預(yù)器改造完成后在4年可回收成本。

5、結(jié)束語

目前，在全國全面實施燃煤電廠節(jié)能降耗的大背景下，空預(yù)器回收式密封改造具有非常積極的意義，是一個值得推廣的改造技術(shù)。