回转式空气预热器电流波动原因分析

回转式空气预热器电流波动原因分析
张爱群
【摘要】空气预热器可降低机纽的排烟温度,提高锅炉的运行效率.大型电站锅炉常采用回转式空气预热器,但在热态运行时,回转式空气预热器将产生蘑菇状变形,变形后的预热器转子容易与壳体发生干涉现象,使预热器驱动电机产生电流波动,现以两
起回转式空气预热器电流波动的处理过程,分析空气预热器发生电流波动的成因,进
而从合理设置冷态密封间隙和控制热态运行方面,提出消除回转式空气预热器电流
波动的措施.
【期刊名称】《电站辅机》
【年(卷),期】2014(035)003
【总页数】4页(P25-28)
【关键词】空气预热器;回转式;膨胀;原理;电流;波动;分析;措施
【作者】张爱群
【作者单位】豪顿华工程有限公司广州办事处,广东广州510070
【正文语种】中文
【中图分类】TK264.1
0 概述
空气预热器利用烟气的热量预热空气，空气经预热后，再被送进炉膛参加燃烧，可使燃料的燃烧状态更稳定（不易灭火），提高了燃烧效率。

另外，用烟气加热空气，
可更好地降低排烟温度，减少排烟的热损失，提高锅炉效率，起到节能减排的作用。

现代电厂都采用了给水预热（回热循环）系统，以提高电厂的运行效率。

在中压电厂中，回热系统的给水温度是172℃，高压电厂的给水温度为215℃，超高压电
厂的给水温度则高达240℃。

因此，仅靠省煤器受热面降低排烟温度已很困难，
而流入空气预热器的冷空气约20℃，因此，可将排烟温度降得更低，使锅炉效率
能达到90%以上［1］。

机组采用煤粉燃烧时，制粉系统需用热空气烘干原煤和煤粉。

在燃烧过程中，也需用预热空气使点燃稳定，使燃烧更快更完全。

因此在现代化大型电站锅炉上，空气预热器是一个不可缺少的受热面［2］。

空气预热器主要有管式、回转式两种。

前者主要用在工业锅炉上，后者用在大型电站锅炉上。

目前，在我国大容量机组中常采用回转式空气预热器。

根据密封方式，回转式空气预热器可分为固定密封方式和可调节密封方式，使用较为广泛的是固定密封方式。

1 空气预热器的结构
回转式空气预热器的设计目的是为燃烧提供所需的热空气，当烟气经过空气预热器换热元件时，烟气携带的一部分热量传递给换热元件，而换热元件又在空气侧将热量传递给空气。

这样，由于空气预热器回收了烟气的热量，降低了排烟温度，提高了燃料与空气的初始温度，强化了燃料的稳态燃烧，因而进一步提高了锅炉效率。

回转式空气预热器主要部件为转子、换热元件、壳体、扇形板、弧形板、过渡烟风道、顶底轴承等，还包含了吹灰枪、驱动装置等附属设备。

转子是空气预热器的核心部件，其中装有换热元件。

从中心筒向外延伸的主径向隔板，将转子分为24仓，当空气预热器的型号大于或等于24.5VN（T）时，这些分仓又被二次径向隔板分隔成48仓。

主径向隔板和二次径向隔板之间的环向隔板，可起到加强转子结构和支撑换热元件盒的作用。

转子与换热元件等转动件的全部重
量由底部的球面滚子轴承支撑，而位于顶部的球面滚子导向轴承则承受径向的水平载荷。

对于两分仓设计的空气预热器，烟气和空气分别流经转子的两侧，两种气流之间由固定式扇形板和轴向密封板进行分隔。

气流的方向为：烟气向下，空气向上。

为了将空气至烟气的漏风率降至最低，空气预热器各向密封系统的设计和布置起着至关重要的作用。

三分仓设计的空气预热器可通过三种不同的气流，即烟气、二次风和一次风。

烟气位于转子的一侧，而相对的另一侧则分为二次风侧和一次风侧。

上述三种气流之间各由三组扇形板和轴向密封板相互隔开。

烟气和空气流向相反，即烟气向下、一次风和二次风向上。

通过改变扇形板和轴向密封板的宽度，可以实现烟气与风侧的双密封和三密封，以满足电厂对空气预热器总漏风率和一次风漏风率的要求。

转子外壳封闭了转子，在转子外壳的上、下端均连有过渡烟风道。

过渡烟风道一侧与空气预热器转子外壳连接，一侧与用户烟风道的膨胀节相连接，其高度和接口法兰尺寸可随用户要求而改变。

转子外壳上设有外缘环向密封条，由此控制空气至烟气的直接漏风和烟风的旁路量。

转子外壳与空气预热器铰链端柱相连，并焊接成一个整体支撑在底梁结构上。

转子外壳烟气侧和空气侧分别由两套铰链侧柱将转子外壳支撑在钢架上，该支撑方式可使转子外壳在热态时能自由向外膨胀。

中心驱动装置直接与转子中心轴相连。

驱动装置包括主驱动电机、备用驱动电机、减速箱、联轴器、驱动轴套锁紧盘和变频器等，根据设计要求，启动驱动装置时，必须通过变频器进行启动，以降低启动力矩，保护减速箱和传动机构。

空气预热器的静态密封件由扇形板和轴向密封板组成。

扇形板沿转子直径方向布置，轴向密封板位于端柱上，与上、下扇形板组成一封闭的静态密封面。

转子径向隔板及外缘轴向均装有密封片，通过有限元计算和现场的安装调试经验，合理设定密封
片的间隙，可将空气预热器的漏风率降至最低。

在转子顶部和底部外缘角钢与外壳之间，均装有外缘环向密封条。

2 空气预热器的膨胀状态
空气预热器进入热态工况后，由于转子受高温烟气的冲刷，其构件将产生热变形，除径向和轴向膨胀外，还会出现“蘑菇状”形态，转子热端的直径增大较多，冷端的直径增大较小，形成向内凹进的平截圆锥体，如图1所示。

图1 热态工况下形成的圆锥体
中心筒受底部支撑轴承限位的影响向上延伸，使转子冷端内侧的间隙点拉开。

而外侧受转子重量的影响下垂，轴向密封受转子圆锥体变形的影响，呈倾斜状态；转子的圆周旁路密封，是靠外环密封片与转子外缘的角钢间隙进行密封。

3 空气预热器电流波动
通过两起空气预热器电流波动的消缺过程，可更深入地了解空气预热器的膨胀过程，有利于分析和处理类似的缺陷。

事例一，某电厂一期工程建有2台350MW 机组，配备4台空气预热器，2台机
组于2001年5月进入商业化运营。

2012年10月，2号机组进行了脱硝改造，更换了空气预热器的换热元件（底部
为搪瓷元件）、密封件及顶部三分仓小扇形板。

自2013年1月份投运后，B侧预热器的电流摆动较大（2.5～20A），机组的最大负荷仅为240MW，对顶、底径
向密封片及轴向密封重新进行了调整，加大了间隙，但电流摆动大的问题仍无法消除。

2013年3月，在现场检查预热器时，得知在改造施工中，更换了换热元件及密封片，换热元件重量增加了20t，但没进行转子的重新找正及其他项目的检查。

改造时还将顶、底径向及轴向密封间隙放大了3～5mm，将顶部烟道向上提升了约
50mm。

对空气预热器的外部检查中，未发现保温层情况异常，现场听不到密封片磨擦的声音，顶部检修平台存在影响预热器膨胀的部件（这是长期存在的）。

查看机组的运行曲线，发现机组负荷在200MW以下时，B侧电流的波动不明显。

当机组负荷升到200MW以上，预热器的电流开始波动，并随温度上升而增大，电流的波动点由1点增加到2至3点。

初步判断是底部角钢的安全距离出现问题，建议对B 侧预热器的内部进行检查。

由于无法停炉，电厂采用降低机组负荷的方法，停单侧预热器，隔离烟气侧，以便人员能够进入该空预器内部进行检查。

当现场B侧预热器的隔离完成后，搭设烟气侧底部脚手架（空气侧无法隔离），进入空气预热器烟侧底部检查底部转子外缘角钢，发现底部外缘角钢与外环密封片顶部之间间隙为20mm（设计值为30 mm），角钢与底部扇形板的距离为
18mm（设计值为28mm），扇形板上有明显磨痕，因此判定，转子底部外缘角钢与扇形板之间的摩擦是造成空气预热器电流波动的原因。

考虑到密封间隙已全部设定完成，并且预热器也无法完全隔离，作业困难，无法采用顶转子在底部轴承处加垫片的方法处理，决定切割底部角钢，向上提升15mm 后，重新焊接加固，如图2所示。

图2 切割后提升并焊接加固
对该处角钢处理完毕后，再将B侧空气预热器投入运行。

机组带满负荷时，B侧电流为2.5～2.8 A，运行正常。

A侧空气预热器电流的最大值为6 A，基本解决该空气预热器电流波动大的问题。

事例二，某电厂二期有2台600MW机组，每台机组配2台固定密封式空气预热器，为满足环保排放的要求，2013年也对该机组进行了脱硝改造，为避免硫酸氢氨在空气预热器元件里出现跨层分布的情况，换热元件由三层改为两层，并对转子的密封处进行了局部改造。

2013年10月，当机组负荷升至550MW时，二期工程3号炉的B空气预热器发
生电流波动，最大值达17A。

当电厂停炉临检时，首先检查了B空气预热器的顶、底外缘角钢处的密封间隙，其位置如图3所示。

经检查，发现二次风侧顶部外环
密封片靠人孔门位置有两段清晰的磨损痕迹，深度分别为1 mm和3mm，对应长度分别为600mm和500mm，该处密封间隙实测为29mm和30mm，理论值为29.6mm。

底部外缘角钢与扇形板间隙最小值为44 mm，但在底部外缘角钢上没
有摩擦痕迹。

图3 空气预热器顶、底处与外缘角钢的密封位置
同时还检查了径向、轴向和内环密封的间隙，均没有发现摩擦痕迹。

据了解，该空气预热器从投运起就存在电流波动问题，还曾发生过空气预热器的卡死事故。

此外，当机组负荷为550MW时，该空气预热器电流的波动就会增大，据此排除了空气
预热器壳体保温不够和外界环境温度变化所导致的电流波动。

平时巡检驱动装置时也没有杂音，可排除驱动装置零部件缺陷导致的电流波动。

查看B空气预热器运
行的历史曲线，当电流发生波动时，发现空气预热器转子每旋转一圈，都对应有2个电流峰值出现，如图4所示。

图4 空气预热器运行的历史曲线
图4所示曲线上，有2个明显的电流波动点，这与现场检查情况相吻合，因此判
定空气预热器电流波动的原因是两处外环密封的动静件磨蹭所引起的。

调整了两处有磨蹭处的间隙，使间隙尺寸为35～40 mm，再次启动后，预热器的运行电流趋于稳定。

4 结语
在热态工况下，空气预热器旋转件与静态件之间的干涉，导致了空气预热器的电流波动，为此，必须从冷态密封间隙的设置和热态运行两方面进行控制。

空气预热器的安装或检修时，对径向、轴向、环向的密封间隙，一定要按照图纸要求进行设置，并应仔细检查，消除局部凸点，其中顶部转子外缘角钢与外环密封片的间隙、底部
转子外缘角钢与底部扇形板及底部外环密封片的间隙对空气预热器电流的影响非常大，安装后需要重点检查。

对于新安装或刚检修完毕的机组，为防止空气预热器转子与壳体不同步膨胀而产生动、静件干涉，机组升负荷时需要控制节奏和幅度，避免转子受热膨胀过快。

当空气预热器出现电流波动时，机组宜采取阶梯式升负荷的运行方式。

由动、静件摩擦所导致的电流波动，原则上都可以通过阶梯式升负荷的方式进行改善和控制，譬如机组在升负荷的过程中，需观察电流的波动情况，稳定运行4h后，才可升至满负荷运行。

这样，不仅有利于空气预热器的安全运行，还可得到空气预热器最优的磨合间隙，减少了空气预热器的漏风，达到经济运行的目的。

参考文献：
【相关文献】
［1］冯俊凯，沈幼庭.锅炉原理及计算［M］.北京：科学出版社.1992.
［2］张爱群.电站辅机［J］.空气预热器二次燃烧的成因及预防，2009（12）：27－30.。