空气预热器柔性接触式密封技术在600MW机组上的应用.docx

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空气预热器柔性接触式密封技术在600MW机组上的应用

空气预热器柔性接触式密封技术在600MW机组上的应用

来源：

国电康平发电有限公司　2014年03月14日　点击：

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【摘 要】国电康平电厂#1炉回转式空气预热器漏风率远超过设计值，严重影响机组经济效益。

本文着重介绍了空气预热器采用柔性接触式密封技术的改造情况，重点对空气预热器柔性接触式密封技术及改造效果进行阐述分析，肯定了柔性接触式密封改造技术在回转式空气预热器上的成功应用。

【关键词】回转式空气预热器 柔性接触式密封 漏风 改造 效益

0引言

       漏风率是空气预热器的重要经济指标之一，有效控制漏风率，可以从降低送、引风机电耗和提高锅炉效率两个方面得到节能收益。

为降低漏风率，提高机组经济效益，选定柔性接触式密封技术对空气预热器进行密封改造，并取得极佳效果。

1概述

       国电康平电厂2×600MW超临界机组的锅炉为哈尔滨锅炉厂制造，于2009年8月份投产发电，每台炉设计安装两台空气预热器均为哈尔滨锅炉厂制造，型号为31-VI（T）-1600-QMR。

机组投产后扇形板自动跟踪始终不好用，借机组停运机会，对预热器各部密封间隙进行检查测量，其间隙值都偏离设计值很大，并且扇形板存在不水平等缺陷。

通过咨询多家同类型机组的空气预热器的运行情况，了解到扇形板自动跟踪密封装置运行都不稳定，不能保证密封间隙的最佳值，从而使预热器漏风率偏大，这无疑就增加了引风机电耗，给电厂节能降耗工作的开展带来了很大困难，因而对空气预器的密封改造降低空气预器漏风率是非常必要的。

       选定空预器柔性接触式密封改造技术，对空预器径向加装柔性接触式密封组件，对其轴向、旁路密封系统进行更换及调整，以提高机组经济效益。

2空气预热器转子变形及漏风分析

2.1空气预热器转子热变形

       国电康平电厂#1炉空预器是回转式空气预热器，它是大中型电厂所普遍采用的尾部换热设备，回转式空气预热器的原理是利用烟气余热提高进入炉膛的空气温度的设备。

       空气预热器运行时，转子的上下端面上存在温度差，也即沿着转子高度方向上的温度梯度引起了转子的热态蘑菇状变形，转子上端面外凸，下端面内凹。

如图1、图2所示。

图1转子的冷态和热态情况

图2转子热变形

2.2漏风分析

       回转式空气预热器主要由转子和外壳组成，转子是运动部件，外壳是静止部件，动静部件之间肯定存在间隙，这种间隙就是漏风的渠道。

空预器处于锅炉烟风系统的进口和出口，空气侧压力是正压，烟气侧压力是负压，二者存在压力差，从而产生漏风。

由于压差和间隙的存在造成的漏风称为直接漏风；还有一种漏风叫携带漏风，是由于转子内具有一定容积，当转子转动时，必定会携带一部分气体进入另一侧。

2.2.1携带漏风

       携带漏风主要因为空气预热器在转动过程中，蓄热元件中部分空气被携带到烟气中，而蓄热元件中的部分烟气被携带到空气中，这是回转式空预器的固有特点，是不可避免的。

为了降低结构漏风量，在满足换热性能的前提下，尽量选择较低转速，并且转子内尽量充满传热元件，即转子高度不要留有太多的剩余空间，但携带漏风量占空预器总漏风量的份额较少，一般来说不超过1%，常可忽略。

2.2.2直接漏风

       直接漏风是空预器漏风的主要来源，这是由于空气预热器的烟气侧和空气侧存在间隙和压差造成的。

尽管部件间隙中有密封装置，但为避免转动卡涩及运行中的变形也不可能将这些密封间隙堵死，因而就造成密封间隙漏风。

回转式空气预热器的烟气自上而下逐渐降温，空气自下而上升温，转子形成蘑菇状变形，造成了密封间隙增大，漏风增大。

直接漏风主要包括径向漏风、轴向漏风、旁路漏风和中心筒漏风，其中径向漏风占的比例最大，大约占80%左右。

       空气预热器结构本身有一定的密封系统，如图3所示，但由于机组运行条件的影响，原有密封系统磨损严重，不能有效的治理漏风，造成漏风率上升。

图3空气预热器密封系统

        空预器的漏风问题严重影响电厂的经济运行，有时甚至威胁锅炉的安全运行，所以空气预热器的密封改造势在必行。

3柔性接触式密封技术理论

       传统空气预热器密封技术是采用刚性有间隙密封技术，在动静间保持一个最小间隙，达到漏风最小。

由于空气预热器的蘑菇状变形问题，而且这种变形随负荷环境温度不断发生变化，使得我们很难达到一个最佳的动静之间的间隙值。

       空气预热器柔性接触式密封技术解决了传统密封技术这一薄弱之处，该密封系统能有效控制漏风，从而减少能量的流失。

密封系统是根据空气预热器转子受热变形而设计的，它包括径向密封、轴向密封、旁路密封以及静密封，扇形板与密封滑块间没有间隙，而且该密封系统提供了许多调整值，维修方便。

3.1基本工作原理介绍

       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5mm-8mm。

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。

如图4所示。

图4柔性接触式密封运行示意图

3.2柔性接触式密封系统的主要特点

1）采用柔性接触式密封技术，不会形成密封间隙，密封效果好。

由于扇形板与径向密封滑块之间没有间隙，则没有气流通过，也就避免了烟气冲刷磨损的问题，从而密封系统能长期运行。

2）采用合页弹簧技术。

该技术允许空预器的转子在热态运行状态下有一定的圆端面变形及圆周方向的变形，特别适合空预器的改造。

对于围带驱动的空预器转子，圆端面有2mm-3mm的跳动量是十分普遍存在的。

空预器热态下，圆端面和圆周椭圆度均有不同幅度的变形问题存在。

这种技术也可以自动补偿这样的变化。

3）自润滑合金高温下干磨擦系数μ＝0.1，对主轴电机驱动电流影响甚小，增加不超过2Ａ。

4）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，大大简化了现场安装的工艺程序，工期短。

5）利于空预器运行。

空气预热器传统密封形式采用减小密封间隙的方法来减少漏风，当负荷变化剧烈或有其它异常工况时，易造成空预器卡涩或电机电流摆动大。

柔性接触式密封采用弹簧技术，硬密封间隙可放大，避免卡涩现象发生。

6）密封状况随年限运行漏风量变化平缓。

能保证长时间、全负荷、低漏风运行。

如图5所示。

图5漏风量变化曲线

3.3材料及设计

3.3.1密封滑块

       密封滑块采用一种高科技材料：

自润滑合金，如图6所示。

此种材料在高温无润滑脂的条件下，可以达到很低的摩擦系数,具有耐磨损、耐高温、摩擦系数小、安装方便及更换组件快捷的优点。

图6密封滑块

下面是该材料的主要性能指标：

材料名称

自润滑合金

密度ρ（g/cm3）

7.54

硬度（HB）

450-800

干摩擦系数μ

0.05-0.2

抗压强度（MPa）

355

抗弯强度（MPa）

275

适用速度（m/s）

0.3-2.5

使用温度（℃）

-30-550

年磨损量（圆周处）（mm）

0.36

弹性模量E（×105MPa）

1.83

膨胀系数α（106）

10.72

切变模量G（×103MPa）

80.4

3.3.2弹簧

       接触式密封技术的另一核心技术是弹簧，如图7所示，该弹簧为inconelX-750是以Al、Ti、Nb强化的镍基合金，是inconel合金系统中早期发展的应用广泛的合金之一。

合金在980oC以下具有良好的强度、良好的抗腐蚀和抗氧化性能，而且也有较好的低温性能，成形性能也好，能适应各种焊接工艺。

图7弹簧

力学性能（线材，美国宇航材料标准AMS）

品种

线材，1号硬度

线材，弹簧硬度

状态

退火

时效

15%

冷加工

时效

50%~65%

冷加工

时效

30%

冷加工

时效

完全热处理

厚度（mm）

≤0.63

〉0.63~12.7

〈6.3

〉6.3~

10.6

>10.6~12.7

0.3~6.3

>6.3~

12.7

 （MPa）

≥

1059

892

1138

1314

1520

1098

1373

1236

1030

1000

≤

1030

1138

4.实施方案

4.1改造前的准备工作

4.1.1数据测量。

      机组停炉后，首先对空气预热器内部尺寸及密封系统间隙进行测量，为安装柔性接触式密封系统做准备。

4.1.2原密封系统拆除

      径向密封片全部拆除；轴向密封片和T型钢由于运行磨损不是特别的严重，基本是磨损超过三分之一更换，T型钢车削；旁路密封片全部拆除。

4.2转子找正

       转子找正是调整密封间隙的前提，是降低漏风率的基本条件之一，对安装柔性接触式密封至关重要。

4.3密封改造方案  

4.3.1 修补冷热端扇形板，并调整到合适的位置。

4.3.2 修补弧形板，并调整到合适的位置。

4.3.3 设置扇形板控制系统，该控制系统只有“停炉状态”和“运行状态”两个位置，便于控制，维修方便。

4.3.4 冷端径向按仓格加装柔性接触式密封组件（见图7）。

4.3.5 热端径向按仓格加装柔性接触式密封组件（见图7）。

图7柔性接触式密封热端径向安装示意图

4.3.6安装轴向密封片。

4.3.7安装冷、热端旁路密封片。

4.3.8冷热端转子“T”型钢更换，椭圆度测量，平面晃度测量、校正。

4.3.9锅炉空气预热器其他常规检查，如：

风门、挡板、壳体等。

5改造后效果

       密封改造前，#1炉空气预热器的平均漏风率9%左右，进行柔性接触式密封改造后，在锅炉ECR工况下，空预器的漏风率平均在4.25%（1A侧4.64%，1B侧3.87%），使锅炉的送风机、引风机的功率消耗减少，热风温度提高，锅炉得到充分燃烧，使飞灰可燃物降低，从而使锅炉效率提高，机组经济效益提高，达到节能减排的效果。

6经济效益分析

计算条件：

1）电流下降综合值（I1）：

20A 

（送风机、引风机、一次风机合计电流下降值）

          2）电动机电压（U1）:

6.3KV

          3）机组容量：

600MW

          4）机组年运行小时（H）：

7187h

          5）机组年利用小时（H1）：

4343h

          6）机组供电煤耗：

313g/kwh

7）标准煤单价:

820元/吨

          8）改造前空预器漏风率：

9%

          9）改造后空预器漏风率：

4.25%

a）节电收益计算分析：

节约电量：

W===90

节约供电煤耗：

=0.11g/kwh。

b）减少锅炉排烟热损失Q2的节煤收益：

空预器的三个漏风通道：

1）冷端漏风不引起排烟热损失Q2增加；

2）热端漏风引起排烟热损失Q2增加；

3）周向、轴向漏风引起排烟热损失Q2增加。

       一般漏风率下降12％,可以提高锅炉效率1％。

按漏风率4.25%计算,锅炉效率提高0.4%。

节约标准煤:

3