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回转式空预器漏风率超标原因分析及对策


行业交流
    随着电站锅炉蒸汽参数的提高和容量 的增大,尤其配 3 0 0 M W 及以上容量的锅 炉,通常都采用结构紧凑,重量较轻,布 置灵活的回转式空预器,其中采用最多的 是受热面转动的回转式空预器。该种形式 的空预器主要问题是漏风,下面重点分析 漏风的形成原因,并针对本单位部分空预 器漏风率偏大提出自己的几点建议。 1 漏风的危害     漏风对锅炉运行的经济

性有很大影 响。据试验统计,配 3 0 0 M W 机组锅炉空 预器漏风率每降低 1%,可降低机组煤耗 0 . 1 6 g / k W h。空预器的漏风使得空气直 接进入烟道由引风机抽走,使送、引、一 次风机电耗增大。同时,漏风使烟气排烟 过剩,空气系数增大,进一步增加排烟热 损失, 使锅炉热效率降低。 若漏风严重, 会 使送入炉膛的风量不足,导致锅炉的机械 未完全燃烧热损失和化学未完全燃烧热损 失增加,另外,由于供氧不足还会形成还 原性气氛,使灰渣熔点下降,引起炉膛结 渣及高温腐蚀,甚至限制锅炉出力。 2 回转式空预器漏风的原因分析     一般电厂要求受热面回转式空预器的 漏风率在 10% 左右,但多数空预器漏风率 却在 15%~20% 之间,有少数接近 30%。现 就主要原因分析如下:

 卢彦良,尹学斌
(宁夏吴忠市锅炉压力容器检验所,宁夏 吴忠 751100) 摘要:漏风是回转式空预器应用过程中的主要问题, 漏 风严重将直接影响到锅炉安全、 经济运行。 分析受热面 转动的回转式空预器漏风的形成原因,并针对宁夏大 坝发电有限责任公司一、二期部分空预器漏风率偏大 的问题提出对策和建议。 关键词:锅炉;回转式空预器;漏风;降低措施

回转式空预器漏风率 超标原因分析及对策

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分析: (以采暖 106 天计)     (1)回收冷凝水 8000t;     (2)回收热量 8.7 × 10 kcal;


7 汽改水项目经济效益分析     蒸汽采暖系统改为水暖系统,每个采暖期的经济 效益如下:     (1)减少冷凝水损失 16.85 万元;     (2)冷凝水余热资源利用经济效益 13 万元;     (3)每个采暖期节煤 560t。     综合节约资金 40 万元。项目计划投资 35 万元,投 资回收期为一个采暖期。该技术节约了能源又减少污 染,符合国家即将颁布的《清洁能源生产法》 。■

    (3)节煤 245t;     (4)节水 8000t;
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    (5)节电 2300kWh;     (6)节汽 1200t;     (7)节约水处理费用 11000 元;     (8)改善炉水品质降低锅炉排污率节煤 17t。

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2.1 携带漏风     携带漏风是空预器受热面空间所包容的空气由于 转子转动而带到烟气侧所引起的泄漏,这是回转式空 预器所固有的。 转子旋转越快, 携带漏风量越大。 转子 中受热面的充满度越高,携带漏风量越小。这部分漏 风是不可避免的,所影响的漏风率一般为 1 %。 2.2 直接漏风     直接漏风是影响回转式空预器漏风率的主要因素。 在三分仓结构的空预器中,流经的一、二次风是正压, 烟气是负压,而且回转式空预器本身是一种转动机械, 动静之间总存在一定的间隙。尽管这些间隙有密封装 置, 但也不可能将这些间隙堵死。 这样,空气会在这种 压差的作用下,通过这些动静之间的间隙直接漏到烟 气中去。直接漏风量的多少与这些间隙的大小和两侧 压差的平方根成正比。     如果动静间隙愈大,空气与烟气压差愈高,则漏 风量愈大。引起间隙和压差增大的主要原因有: 2.2.1 热态变形     受热面回转式空预器在热态运行中,转子上下存 在较大的温差, 即热端温度高, 转子径向膨胀大;冷端 温度低,径向膨胀小。同时,中心轴向上膨胀,热端相 对冷端膨胀较多。另外,当转子温度升高后转子的钢 性会降低, 加之转子本身重量很大。 所以,当转子受热 后会出现转子外围向下变形的 “蘑菇” 形状。 由于转子 出现 “蘑菇”状变形,在转子上部与热端扇形板之间 形成一条狭窄的三角形漏风区。三角形漏风区所造成 的漏风量是比较大的,约占空预器总漏风量的 40%。 2.2.2 结构设计     三分仓结构的空预器受热面一般分成 24 个仓格, 每道仓格所占圆周角为 15°,正好与扇行板的扇形角 相等,从而使径向密封片和轴向密封片在通过扇形板 和弧形板时均形成单道密封结构,造成密封片两侧的 压差很大,漏风增大。     空预器扇形板和弧形板在设计上是考虑可进行调 整的, 所以在扇形板和弧形板侧面设计了单道静密封装 置。由于静密封片在运行中易产生热态变形和磨损,经 过一段时间的运行,单道静密封处的漏风会逐渐增大。     空预器热端扇形板通常设计为两端悬吊固定,在 热态运行时会产生中间向下弯曲变形, 有时变形量超过 转子“蘑菇”变形量,则出现热端扇形板与径向密封片

发生严重磨损的现象,把径向密封片磨成卷边,扇形板 被磨出道道沟痕, 造成扇形板密封面不平整, 增大漏风。     受热面回转式空预器的传动方式多采用圆周围带 传动,设计中必须将轴向密封片分成上下两半,中间 的区域安装传动销,从而使轴向密封中间形成一个较 宽的漏风带,空气就从转子外侧漏入烟气区。     空预器中心筒密封一般都是采用比较简单的密封 结构,在空预器刚投运后不久就出现中心筒向外漏风 冒灰的现象。 2.2.3 蓄热元件低温腐蚀     燃料当中的硫在燃烧时与水蒸汽作用形成硫酸蒸 汽,当金属温度低于或接近酸露点时硫酸蒸汽就会凝 结下来腐蚀金属,并可能大量粘灰形成堵灰。     回转式空预器低温腐蚀不仅使金属蓄热元件严重 腐蚀, 破裂穿孔, 而且造成整个空预器冷端的堵灰, 一、 二次风压头巨增,与烟气侧压差变大,进而通过冷端径 向密封的漏风量也增大。若堵灰严重,将使流经吸风机 的风量减少,引起吸风机喘振,锅炉被迫降负荷运行。 2.2.5 设备管理方面的原因     空预器在正常运行过程中,若烟气进口温度调整 不当超过了设计值或通过空预器的空气流量减少,都 会使转子的密封磨损过量,漏风增大。当燃烧器工作 变差或热风道积灰严重,会使管路阻力增加,热空气 压头增高,空气侧和烟气侧压差变大,漏风量增大。     一些为保证空预器性能而配置的设备如暖风器、 吹灰器、L C S 热态自动跟踪装置等,由于设备和技术 原因不能投运或投运后不正常。另外,检修人员对漏 风的危害认识不足,再加上随着设备运行时间的增加, 密封磨损严重,调整更换工作量大,生产现场环境差 等, 造成对检修质量把关不严,要求不高,这些也是漏 风率偏大的一个主要原因。 3 降低回转式空预器漏风率的主要措施     通过原因分析,降低空预器漏风率无论检修还是 运行都应从减少直接漏风入手,坚持两个原则:     (1)减小间隙:即在回转式空预器的所有动静部件 之间装设良好的密封装置,这些密封装置必须把空预 器各部件热态膨胀变形造成的间隙降至最低限度。     (2)缩小压差:努力降低烟风侧压差及转子阻力。     宁夏大坝发电有限责任公司 4 × 300MW 机组锅炉
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行业交流
设备系北京锅炉厂引进美国 B & W 公司技术生产的 B & W B - 1 0 2 5 / 1 6 . 8(1 8 . 2)- M 型、亚临界参数、一 次中间再热、自然循环、平衡通风、固态排渣煤粉锅 炉。制粉系统采用冷一次风直吹式 ZGM95 型中速磨煤 机,燃烧器采用 DRB 型双调风旋流燃烧器,前后墙对 吹布置。在尾部竖井设置了两台由上海锅炉厂生产的 型号为 2 9 - V I(T )- 1 8 2 9(2 0 3 2)M O D 立式三分仓 结构的回转式空预器。二期空预器在一期的基础上加 装了一套 LCS 热端扇形板漏风自动控制系统。采用逆 流式进行再生热交换,空预器采用转子周边围带驱动, 转速为 1.17r/min。转子直径为 10300mm,采用模数 仓格结构,全部蓄热元件分别装在 24 个仓格内(每个 仓格为 15°) ;蓄热元件分为下层冷端,中层热端和上 部热端三层组成;密封系统为早期的单道密封技术, 即 采用径向、轴向、环向三大密封结构。     大坝电厂空预器漏风率指标≤ 12%,而实际 1 # ~ 4 # 炉漏风率均超标。     根据目前设备现状,建议应从以下几点着手解决 部分空预器漏风率超标问题: 3.1 改进一期密封结构     一期空预器运行时间较长,密封件磨损严重,漏 风率及转子阻力普遍较大。可结合目前一些生产厂家 对空预器密封改造的成功经验,运用“双道”密封技 术, 双道密封改造是在现有150仓格中间加一道完整径 向隔板,相应的在隔板上下加径向密封,在此径向隔 板外端加轴向密封, 扇形板和轴向密封板尺寸不变, 不 影响转子的流通面积。这样,径向密封和轴向密封增 加一倍,即转子由 24 仓格变为 48 仓格,任何时刻都有 两道密封片在密封区。使漏风阻力增加,漏风量减少。 3.2 恢复二期 LCS 自动控制系统     目前,大型锅炉采用的三分仓受热面旋转的空气 预热器均装设有密封自动控制系统,能在不同工况运 行时,将密封间隙控制在最小值,使漏风量达到最小。     LCS 自动控制系统有扇形板调节装置,可使密封 间隙保持在设定的范围内,以连续地控制空预器的漏 风量。4 炉甲侧空预器在其他条件不变的情况下曾对


对这套装置进行修复完善,使其正常投运,降低漏风 率的效果应该是比较明显的。 3.3 防止和减轻空预器低温腐蚀和堵灰 3.3.1 提高空气预热器金属壁面温度     提高空气预热器壁温可减少硫酸蒸汽凝结量并减 缓低温腐蚀。而壁温提高则需要提高排烟温度和入口 空气温度,这将使排烟热损失提高并使锅炉热效率降 低。实际上提高空气预热器壁温最常用的方法是提高 入口空气温度,常采用的方法有以下几种。     热风再循环:将空气预热器出口的部分热风通过 管道再送回空气预热器入口,使空预器入口空气温度 升高并提高金属壁面温度。对燃用高硫煤的锅炉,当 烟气露点温度较高时,此方法可能不能满足空气温度 需要提高的程度,否则锅炉效率将会下降较多。     加装暖风器:在空气预热器和送风机之间加装暖 风器作为前置式空气预热器,暖风器是利用汽轮机抽 汽加热空气的管式加热器,通过调节蒸汽流量来改变 空气出口温度,而暖风器出口处蒸汽应全部凝结成水。 这种方法也会使排烟温度提高,锅炉热效率下降。但 由于它利用了汽轮机的抽汽,减少了汽轮机的冷源损 失,提高了热力系统的热经济性,也即提高了循环热 效率,使全厂经济性下降不多。无论是采用热风再循 环还是采用暖风器均会使风机电耗增加。 3.3.2 采用耐腐蚀材料     为减轻空预器冷端受热面的低温腐蚀,在燃用高 硫分燃料的锅炉中,管式空气预热器的低温级置换段 可用耐腐蚀的玻璃管或其它耐腐蚀材料制作的管子。 回转式空气预热器的冷端受热面可采用耐腐蚀的搪瓷, 陶瓷或玻璃等材料制造。采用引进技术制造的回转式 空气预热器大多采用耐腐蚀的低合金钢材 C O R T E N 钢 制造冷端受热面,并将底部框架制成可以拆除式,以 便于更换和检修冷端受热面。 3.3.3 采用低氧燃烧     在保证完全燃烧或不降低锅炉燃烧效率的条件下, 适当降低燃烧所用的空气量,即低过量空气系数的燃 烧。这可使烟气中过剩氧减少,从而生成的 SO3 容积减 少, 使烟气露点降低,减轻低温腐蚀。国外在燃油锅炉 中已经将过量空气系数降至 1.05 或更低,燃煤锅炉采 用此方法则需采用配风更加合理的燃烧器和较先进的 自动控制装置,否则可能引起不完全燃烧热损失增加。

这套装置进行了试投试验,结果漏风率降低了约 4%。 但是,由于这套装置长期处于高温区域,故障率较高, 再加上检修人员技术水平的原因,二期的 LCS 自动控 制系统全部停用。目前,若能积极组织有关专业人员

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减少锅炉各处的漏风也是减少烟气中剩余氧的重要措 施,可以不同程度地减轻腐蚀。 3.3.4 采用降低露点或抑制腐蚀的添加剂     目前,使用添加剂的方法在燃油锅炉和沸腾炉中 已经取得一定的效果。可用粉状石灰石或白云石混入 燃料中直接吹入炉膛内燃烧,使烟气中 SO3 与石粉发生 反应生成 C a S O 4 和 M g S O 4 ,导致烟气中硫酸蒸汽分压 力下降并减轻腐蚀。但反应生成的硫酸盐为松散粉尘, 会使受热面污染加重,影响传热效率。而烟气中粉尘增 加使受热面磨损加重,应采取相应的吹灰和防磨措施。 3.3.5 燃料脱硫     煤中硫化物有相当部分以黄铁矿的形态存在,可 在煤粉制备前利用重力分离方法将其分离出来,可以 减少煤中的含硫量。但这种方法只能除去煤中一部分 硫,而有机硫则难以去除。燃料的其它脱硫技术尚在 研究中。 3.4 加强空预器吹灰装置的运行管理      空气预热器可以用蒸汽或压缩空气吹灰, 吹灰介 质中的水分在吹灰时将会引起空气预热器积灰加重, 实际运行中发现比不吹灰时积灰更严重。运行实践证 明,用湿蒸汽吹灰的受热面每隔数月就需要用水冲洗 一次。当改用过热蒸汽吹灰后,可长达 2 年不需用水冲 洗空气预热器。     在锅炉冷态启动期间,为减少空气预热器受热面 的沾污, 只有当吹灰蒸汽高于300℃时才允许投入吹灰 器。当本锅炉自产蒸汽温度不能满足上述条件时,可 采用启动锅炉的蒸汽作为吹灰介质,否则不能投入吹 灰器。 投入吹灰器前, 汽源和蒸汽管道应先疏水, 保证 介质完全干燥。     对采用压缩空气吹灰的锅炉, 压缩空气应经脱水, 否则可能引起受热面沾污。在锅炉启动期间,只有当 空气预热器的受热面被加热至某一规定的温度水平之 后,才能投入空气吹灰器,否则可能发生由于吹灰引 起的受热面过度冷却,严重时会造成回转式空气预热 转子变形而使漏风量增加,并可能造成水蒸汽凝结而 使受热面沾污加重。一般要求空气出口温度达 1 5 0℃ 时,才允许投入空气吹灰器。     回转式空气预热器的冷端和热端均装有固定式多 喷嘴水冲洗装置,该装置既可装在空气侧也可以装在 烟气侧。水冲洗一般在锅炉停炉检修期间进行,在转

速降至 0.17r/min条件下冲洗 80 小时后可将灰沉积物 冲洗干净。     对回转式空气预热器也可以在锅炉降负荷条件下 解列其中一台回转式空气预热器进行冲洗。此时,可 利用尾部烟道中的挡板将一台空预器隔开, 降低转速后 进行冲洗。 冲洗完毕后用同样方法对另一台空气预热器 进行冲洗。对管式空气预热器也可以用此法进行清洗。     另外还有一种清洗方法是停机检修中对受热面上 的密实灰垢进行化学清洗,利用清洗泵产生的高压射 流(约 35MPa)使灰垢与传热元件达到分离作用,对 于已碳化的烟油垢,将化学药剂平均撒到蓄热元件上 部, 然后喷少量的水,药剂受潮后与垢作用,待垢润湿 乳化后及时对其冲洗,直到冲洗干净为止。 3.5 加强运行管理     锅炉运行过程中,严格控制烟气进口温度不超过 设计值,以减小密封磨损量。应尽量减少锅炉冷态启 动次数,避免过低负荷下运行。 3.6 重视空预器检修工作,严把质量关     这是降低空预器漏风率比较关键的环节。 目前, 空 预器检修工作量大,特别是一期空预器内部密封元件 磨损严重,一些不经常更换的“T”型钢、角钢、扇形 板等出现变形开裂现象,漏风地方多。为此,应不断提 高检修人员的责任心和技术水平,严格工艺作风,充 分利用大、小修及停机消缺机会对空预器密封进行检 查调整。使漏风率控制在 12% 之内。 4 结论     (1)回转式空预器漏风主要是由空预器动静间隙及 烟风侧压差引起。转子的热变形,结构设计不合理,低 温腐蚀和堵灰严重以及设备管理等方面的因素是漏风 率超标的主要原因。     (2)降低回转式空预器漏风率的主要措施:一是减 小转子热态变形所造成的间隙, 二是缩小烟风侧压差及 转子阻力。可以采用改进一期密封结构和完善二期 LCS 系统,恢复和完善暖风器系统,吹灰系统以及加强检修 管理等手段解决大坝电厂部分空预器漏风率偏大问题, 使大坝电厂锅炉运行的经济性得到进一步的提高。■
参考文献: [1] 范从振主编.锅炉原理.北京:水利电力出版社,1995 [2] 容銮恩主编.燃煤锅炉机组.北京:中国电力出版社.
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