300MW机组空气预热器选型分析

300MW机组空气预热器选型分析

发表时间：2019-06-03T14:54:25.077Z 来源：《电力设备》2019年第2期作者：程鹏徐广强李洪超[导读] 摘要：本文对回转式空气预热器的结构进行了介绍，对空预器的密封原理进行了分析。

（山东电力工程咨询院有限公司）摘要：本文对回转式空气预热器的结构进行了介绍，对空预器的密封原理进行了分析。并提出了降低空气预热器漏风的若干措施，通过对这些措施的分析、比较，提出了空预器采用四分仓，密封技术采用三道密封加间隙可调密封控制技术，使用该技术后，空预器漏风率第一年内小于4%，一年之后小于5%。

关键词：空气预热器；密封；漏风；四分仓 1回转式空气预热器工作概述 1.1回转式空气预热器结构

回转式预热器是一种以逆流方式运行的再生式热交换器。加工成特殊波纹的金属蓄热元件被紧密地放置在转子扇形仓格内，转子以约1转/分钟的转速旋转，其左右两半部份分别为烟气和空气通道。空气侧又分为一次风通道及二次风通道，当烟气流经转子时，烟气将热量释放给蓄热元件，烟气温度降低；当蓄热元件旋转到空气侧时，又将热量释放给空气，空气温度升高。如此周而复始地循环，实现烟气与空气的热交换[1]。

按空气侧一/二次风的设置情况分类：三分仓预热器、四分仓预热器。

四分仓预热器三分仓预热器图1

1.2回转式空气预热器漏风产生的原因

回转式空气预热器主要由转子、外壳、烟道、风道、密封系统等组成，转子是运动部件，外壳及烟、风道是静止部件，动静部件之间必然要存在间隙，这种间隙就是漏风的通道。空气预热器同时处于锅炉岛风烟系统的进口和出口，空气侧压力高，烟气侧压力低，二者之间存在压力差，这是漏风的动力。直接漏风由密封间隙和压差引起，密封间隙漏风主要有径向漏风、轴向漏风和中心筒漏风。

空气预热器还有一部分漏风称为携带漏风，是由于转子旋转时，转子仓格(包括换热元件)的缝隙在空气侧填充的一部分空气，在转子仓格旋转到烟气侧时这部分空气会释放到烟气中形成空气泄漏。由于回转式预热器为转动机械，携带漏风不可避免。

图2 预热器漏风示意图 1.3回转式空气预热器漏风对机组经济性的影响

由于回转式空气预热器具有布置结构紧凑、受热面金属壁温较高、重量比管式空预器轻等优点，该类空预器已被广泛应用于我国大容量、高参数机组。回转式空气预热器漏风率是衡量其运行经济性的一项重要经济指标。一般300MW燃煤发电机组空预器漏风率，投产一年内基本为5%～7%，投产一年后漏风率根据各发电厂运行管理水平及空预器设计制造水平各不相同，大致范围在6%～12%，个别企业甚至更大，所以空预器漏风率直接影响机组运行经济性。根据计算对于电站锅炉，一般炉膛漏风系数每增加0.1～0.2，排烟温度将上升3～8℃，锅炉效率将降低0.2～0.5%；锅炉效率提高1%，300MW机组直接降低供电煤耗1.5g～2.0g/kWh，以锅炉排烟氧量由7%降到6%计算为例，炉膛漏风系数降低0.1，锅炉效率提高以0.3%，则300MW机组供电煤耗将降低0.5g/kWh[2]，因此降低空预器漏风率的重要性不言而喻。 2回转式空气预热器漏风的控制 2.1控制漏风的理论基础

漏风=直接漏风（占60～85%）+携带漏风（占15～40%）对于特定工程而言，在回转式空气预热器转子容积、转子转速和传热介质温度已确定的情况下，其携带漏风量保持不变，减少回转式空气预热器漏风量的方法就只有减少直接漏风量。直接漏风公式如下：直接漏风=K*A*(ρ*ΔP/Z)0.5 K：阻力系数 A：泄漏面积 ρ：原烟气密度 ΔP：原烟气和净烟气的压力差 Z：密封道数。

减少直接漏风的方法：减少间隙、减少漏风压差、增加漏风阻力。增加密封道数。

2.2控制漏风的方法

按照上述控制漏风理论基础及空预器结构特点。近年来控制漏风的方法有：三道密封、间隙可调密封控制技术、四分仓设计。

2.2.1三道密封

三密封结构就是在任何时候都有三道密封片与密封板相接触，形成三道密封。三密封结构通过增加扇形板或密封弧板的角度来实现，转子仓格数由于受到制造和安装空间限制保持不变，即转子仓格数仍为48，密封板角度由15度加宽到22.5度。

经过公式推导得出，每道密封片两端的压差为风烟压差的三分之一，直接漏风可进一步降低，一般来说，三密封结构能够比双密封结构减少18%左右的直接漏风。

在同等转子仓格时（如48分仓），采用三道密封虽然降低了一定漏风率，但是由于密封区扩大（双道密封为15°三道密封为22.5°），烟气和空气的流通阻力由于速度增大而增加，阻力上升10%左右优点：300MW机组漏风率一般能﹤5%，漏风率指标稳定。

缺点：与同等转子仓格，阻力上升10%左右。

图3 三道密封结构 2.2.3间隙可调密封控制技术

图4 间隙可调密封控制技术正常热态运行时，由于转子内部热交换的存在，导致转子上部(热端)平均温度高、下部(冷端)平均温度低，因此会使转子产生(蘑菇状)变形，这将造成有的地方间隙变大(如热端外侧)，有的地方间隙变小(如冷端外侧)，因此，这些间隙如不进行调整将会造成大量气体泄漏，还可能会使转子与固定部件产生严重摩擦，严重时甚至卡死。所以，对于热端上部扇形板与转子之间的密封间隙，必须采用自动跟踪转子

热态变形的扇形板间隙调整装置，使得无论锅炉负荷怎么变化，其密封间隙都能维持在最佳的设定范围。

间隙可调密封控制技术就是为了控制空气预热器热端径向密封的间隙而设计的，该系统可对扇形板底面和转子径向密封片之间的密封间隙进行自动跟踪、控制，使密封间隙保持在设范围内，从而达到减小空气预热器漏风量的目的间隙可调密封控制技术是在上部扇型板上固定一个漏风间隙测量探头，由该探头连续的测量扇型板与预热器转子外沿法兰之间的漏风间隙。如果密封间隙因热变形发生变化，测量探头就可以将这个变化反馈给控制计算机，由计算机调节扇型板的位置，使密封间隙始终维持在不使扇型板与转子发生激烈摩擦的最小间隙值。

优点：能降低近漏风率1.5％，一次风泄漏率下降更多，在各种锅炉负荷条件下都能起到全面控制漏风的效果。

缺点：对维护要求较高，传感器和电气元件易出故障。

2.2.4四分仓空气预热器

四分仓空预器是把压头较高的一次风布置在二次风中间，将一次风与烟气侧隔离，与烟气侧相邻的是二次风，二次风侧向负压的烟气侧泄漏，一次风向二次风泄漏。四分仓空预器和三分仓空预器的漏风对比见图所示。四分仓空预器能够比三分仓空预器减少直接漏风约20～25%左右。