回转式空气预热器密封技术研发及应用

回转式空气预热器密封技术研发及应用

李佳伟

北方魏家峁煤电有限责任公司

摘要：目前，我国电站多采用受热面回转的容克式空预器，该空预器是通过驱动装置带动转子旋转实现烟气－换热元件－空气之间的热交换。由于回转式空预器在运行时空气侧与烟气侧存在压差，空气会通过密封片和扇形板、弧形板之间的间隙向烟气侧泄漏，导致送、引风机出力降低。此外，空预器漏风率的增大会降低排烟温度，加速空预器冷热端低温腐蚀。因此，空预器的漏风率是影响锅炉运行效率的重要因素，空预器的密封技术也成为其核心技术之一。

关键词：回转式；空气预热器；密封技术空气预热器是发电厂重要的附属设备之一，设备质量的好坏和漏风率的高低严重影响锅炉经济安全运行，一直以来，国内外很多研究机构和专家长期致力于降低漏风率的研究和开发，但在设计理念上没有实质性的突破。

1 回转式空气预热器密封系统结构及工作原理1.1 密封结构

(1)径向密封装置安装在转子每块隔板的上端与下端，它防止空气通过转子端面与顶部外壳、底部外壳之间的间隙漏入烟气中去。(2)轴向密封装置安装在转子圆筒外面(或外壳圆筒的里面)，防止空气通过转子与外壳之间的间隙漏入烟气中。(3)环向(周向)密封装置在转子上下端面圆周及中心轴上下两端，防止空气通过转子端面圆周漏入转子与外壳之间的间隙。(4)径向密封漏风自动控制系统。由于热端径向密封漏风是空气预热器漏风的最主要因素，占总漏风量的30%~50%，因此，漏风控制系统主要是针对控制热端径向密封间隙而设计。常见的漏风控制系统大体分三种类型：机械式、超声波式和电涡流式。

1.2 漏风机理以及影响因素分析1)漏风机理

回转式空气预热器主要有筒形转子和外壳组成，转子是运动部件，外壳是静止部件，动静部件之间肯定有间隙存在，这种间隙就是漏风的渠道。空气预热器同时处于锅炉岛烟风系统的进口和出口，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，由于压差和间隙的存在造成的漏风称为直接漏风。另一种漏风是结构漏风，即由于转子内具有一定的容积，当转子旋转时，就像水车一样，必定携带一部分气体进入另一侧。

2)影响因素1.携带漏风

空预器运行时，分格仓和换热元件中的空气被旋转携带至烟气侧造成携带漏风。携带漏风量为：

式中：ΔVxd为携带漏风量，m3/s；n为转子的转速，r/min；Ｄ和Ｈ为转子的直径和高度，ｍ；ｄ为中心筒的直径，ｍ；γ为换热元件和积灰所占转子的容积份额。携带漏风量与转子转速成正比，转子转速越快，携带漏风量越大；分格仓中换热元件与积灰所占转子容积份额越小，空预器尺寸越大，携带漏风量越大。国产空预器转速一般为1~4r/min，已经降至相当低的水平，其携带漏风量占总漏风量的15%~30%，因此降低携带漏风率的余地很小。

2.直接漏风

直接漏风由空预器中烟气与空气之间的压差，以及密封片与扇形板、弧形板之间的密封间隙造成，其占总漏风量的70%~85%。空

预器运行时，由于热态转子的冷、热端面存在温差，沿转子高度方向的温度梯度使得热端的径向膨胀大于冷端，加之转子自重较大，据统计，300MW 和600MW 机组空预器转子外沿的变形量可分别达30mm和55mm，可见由此产生的泄漏面积不容忽视。

2 密封技术的研究与应用2.1 双密封技术

双密封技术主要是将原有的24格仓改为48格仓，或加宽扇形板，此时任意时刻扇形板下总有2道密封片，可降低漏风压差，双密封技术的优点在于运行维护得当时能使空预器的漏风率长期保持在一个较低的水平，降低了检修费用。但其存在加密格仓时，需要将全部换热元件取出并对格仓进行改造，现场工作量大、投资高、改造工期长的缺点。此外，加宽扇形板会导致空预器流通面积减小，烟气侧及空气侧阻力增大，且扇形板、密封片易于磨损，空预器堵灰的可能性增大。

2.2 可调式密封技术

可调式密封技术是目前国内较为常见的密封方式之一，利用传感器定时监测转子变形状态，然后执行机构根据反馈信号调整扇形板高度，减小漏风间隙，降低漏风率。该密封方法具有可实时了解空预器间隙状况优点，但存在以下缺点。1)间隙测量误差较大，目前常用间隙测量传感器主要有非接触式电涡流传感器、接触式机械传感器以及声波传感器等。由于空预器热态运行时的温度较高(满负荷时约为400℃)，受高温影响传感器可靠性降低，间隙测量误差较大，最终导致空预器漏风率较高。此外间隙测量装置一般仅用于测量转子外圆周上的间隙，无法测量整个径向的间隙变化，因此给调整机构执行带来一定难度。2)扇形板热态的跟踪性较差，热态时扇形板的变形为开口向上的抛物线，而热态转子的变形为开口向下的抛物线，二者变形的差异使间隙系统调整后，空预器易卡涩且漏风依然较大。

2.3 柔性密封技术

1)弹片式密封技术。弹片式密封技术中，空预器的密封片为具有一定变形能力的弹片，保证间隙变化时仍能很好紧贴扇形板，保证空预器密封。弹片式密封冷态安装时热端采用过盈安装，冷端密封采用间隙安装的方式。既可以保证热态运行下满足零间隙密封，又能防止密封件由于变形过大而失效。

2)合页弹簧式密封技术。合页弹簧式密封技术的基本原理与弹片式密封技术相同，合页弹簧式密封滑块安装在径向或轴向的转子格仓板上，转子未进入扇形板时，带有弹簧的密封滑块高出扇形板；当密封滑块旋转至扇形板下面时，密封滑块与扇形板严密接触；当密封滑块离开扇形板后，密封滑块被弹簧弹起，整个过程循环进行。

综上所述，从空预器各种密封形式的实际应用情况来看，无论采取何种密封技术，都能将空预器漏风率控制在较低水平。目前，空预器多密封技术应用最为广泛，配以可调式密封系统就能得到较低的漏风率。采用柔性密封技术并及时进行检修更换，也能将漏风率控制在较低的水平。间隙自补偿密封、疏导密封和加压密封技术应用较少，其可靠性及应用效果仍需进一步观察。参考文献：[1] 王一坤，陈国辉，王志刚，张广才. 回转式空气预热器密封技术及研究进展[J]. 热力发电，2015，08：1-7.[2] 李俊，刘贵锋，马强. 双密封技术在回转式空气预热器密封改造中的应用研究[J]. 中国电力，2004，09：31-34.

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