1、300 MW 机组锅炉回转式空气预热器漏风原因及改造措施 邱彦夫 华中科技大学，湖北 武汉 430074 摘要： 文章针对华电青山热电厂 300 MW 机组锅炉回转式空气预热器存在漏风量偏大的问题，进行了漏风原因的分析，并结合近几年检修回转式空气预热器的经验，提出了应采取的改造措施。 关键词： 回转式空气预热器；密封；漏风；声波传感器 华电青山热电厂 12 号炉是哈尔滨锅炉厂生产制造的配 300 MW 机组的锅炉，蒸汽流量 1 025 t/h，过热蒸汽温度 540 ，主蒸汽压力18.25 MPa，给水温度 279.4 。在锅炉尾部烟道下面配置了 2 台直径 =10.318 m 的三分仓立式倒流
2、回转式空气预热器，其结构紧凑、质量较小，由转子、外壳板、轴承传动元件、传动装置、自控系统等组成，空预器转子的高度为 1 780 mm，在满负荷和低负荷时的转速分别为 1.139 r/min 和 0.32 r/min。热端和热端中间层由厚度为 0.6 mm 的 DU 型碳钢波纹板叠制而成，冷端由厚度为 1.2 mm NF-6 型 H=300 mm 考登钢(C0RTEN)波纹板叠制而成。空气预热器的径向、周向和轴向均有密封装置，以防止和减少漏风，密封片由考登钢制成。径向密封片厚度 =2.5 mm；转子中心筒周向密封板厚度 =6 mm；轴向密封片厚度 =2.5 mm，旁路密封片厚度 =1.6 mm。
3、空气预热器配有漏风控制系统和 2 台伸缩式吹灰器及多喷嘴清洗管。回转式空气预热器转子为圆筒形，外壳的扇形板把转子流通截面分为烟气流通部分、空气流通部分和密封区 3 个部分。转子转动一圈就完成一次热交换循环，当蓄热板转到烟气侧时，吸收烟气流中的热量，而当这部分蓄热板再转到空气侧时，再把热量放出来加热空气。经几年的投产实践来看，华电青山热电厂 12 号炉回转式空气预热器在运行中存在漏风量偏大的问题，漏风率最高时曾达到 33，漏风不仅增大锅炉排烟热损失，而且加重了因烟温降低所造成的设备低温腐蚀，也增加了风机电耗，漏风问题严重时还会因风量不足直接影响锅炉出力。 1 漏风发生的原因分析(1) 回转式空气
4、预热器的一次风压比二次风和烟气侧的风压均高很多，加上转子与外壳之间有间隙的存在，因此不可避免地存在一次风向二次风侧和烟气侧的直接泄漏以及二次风向烟气侧的漏风。密封漏风是漏风的主要部分，而密封漏风是由轴向漏风、周向漏风、径向漏风三部分组成。其中，径向漏风约占总漏风量的 60%70% 。(2) 由于回转式空气预热器自身变形，引起密封间隙过大。装满传热元件的空气预热器转子或静子处于冷态时，扇形板与转子端面为一间隙很小的平面。而当空气预热器运行时，转子和静子处于热态，热端转子径向膨胀大于冷端转子；同时由于中心轴向上膨胀，加上自重下垂，使转子产生蘑菇状变形，扇形板与转子或静子端面密封的外缘间隙，在热态时
5、比冷态时增大很多，形成三角状的漏风区，如图 1 所示。图 1 空预器运行时密封间隙变化图(3) 空气预热器中间层波纹板积灰严重导致漏风增大。回转式空气预热器长期运行，如不及时吹灰疏通，使冷、热、中间受热面积灰增多，引起风压阻增大，出口烟气负压加大，漏风量上升。另外，波纹板堵灰使上下不通畅，引起预热器冷、热端温差变大，也可以使转子产生蘑菇状的变形更严重。空气预热器转子运行时其变形规律为=(0.006T/ H)RR (1)式中， 为转子变形量，mm；T 为预热器冷、热端温差，；H 为转子高度，m；R 为转子半径，m。转子高度 H 和转子半径 R 都是固定的，所以，转子变形量 与预热器冷、热端温差
6、T 成正比。空气预热器积灰多时上下不通畅，使 T 增加，进而转子变形量增加，导致回转式空气预热器的漏风增大。 (4) 漏风控制系统传感器机械部分失灵或不敏感。回转式空气预热器装有漏风控制系统，对扇形板底面和径向密封片之间的密封间隙进行自动跟踪控制，并使密封间隙保持在 3.0 mm 左右，从而达到对空气预热器漏风量进行自动控制的目的。本回转式空气预热器安装了漏风控制传热器，中心有一根传感棒，棒的下端装有针式探测头。安装时该探头与转子周围“T”字钢上的传感器保持 2.4 mm 间隙。当转子热态下弯时，扇形板向下跟踪，装在记忆形板侧部的探测头随之向下，直到与传感器接触，这时扇形板已与转子间的间隙处在
7、最小允许值，使传感器向上移动，触发上面探头组件中的初级限位开关，此开关使电动机停转 2 s 后倒转，使扇形板组升高，扇形板与转子密封片的最佳间隙为 3.2 mm。但空预器运行一段时间后发现，因烟道内积灰较多，使探测头通道堵塞，不能自由上下活动，影响了扇形板的跟踪调节，使漏风增大。(5) 有少数径向、环向、轴向密封片不整齐。由于长时间运行或受热不均匀，环向、轴向密封片有少数偏斜或变形，使密封间隙变大而导致漏风增大。(6) 检修、装配问题，如转子不垂直，漏风控制系统出现偏差，导致漏风增加。(7) 12 号炉回转式空气预热器 A 侧、B 侧烟气入口处各有挡板 16块，挡板轴封处密封不严。另外，空气预
8、热器上部烟道第四波、第六波伸缩节破损。这些从外界漏入的空气使烟气侧负压加大，增加了回转式空气预热器的漏风，导致漏风率上升。2 减少空气预热器漏风应采取的对策和措施(1) 减小密封漏风。回转式空气预热器的漏风主要是密封漏风，其中径向漏风约占总漏风量的 60%70%。因此，解决回转式空气预热器的漏风问题首先应尽量减小径向漏风。利用机组临检、大、中、小修、技改的时候对空气预热器各种密封元件进行检查调整。对少数径向和环向密封片因受热原因使材料在高温区域发生一些塑性变形，着手进行更换处理，以保证减少密封间隙漏风发生；冷、热端旁路密封按照间隙数值进行校正，更换不合格的旁路密封片，应采取两片叠置交叉形式安装
9、，减少旁路漏风；对轴向密封检修发现间隙超标，根据安装时数据进行调整，避免轴向漏风；中心筒处由于密封材料没有堵实，另外有的地方磨损，会造成漏风，发现后及时重新填实密封材料，磨损处及时补焊处理。(2) 加强对空预器传热元件的堵灰进行疏通。由公式（1）知道，必须尽可能减小 T，才能使转子变形量和漏风减少。如果传热元件堵灰无法疏通，将使 T 增大，空预器的漏风增大。一方面应使用吹灰器进行吹灰外，还要使用空预器底部新装的“空气炮”定期除灰。另外，大小修时用高压水多嘴清洗管进行喷射除灰，对发现堵死的元件要加强疏通。大修时采取将传热元件盒取出，割开盒架，对堵死的传热元件一片一片清理，然后全部重新安装。(3)
10、 调节好漏风控制系统扇形板的水平位置。如果漏风控制系统扇形板本身不是水平的（从表 1 A 侧和侧空气预热器中二次风侧与一次风侧之间的扇形板，侧二次风侧与烟侧之间的扇形板都明显不为水平），扇形板可出现前后左右的倾斜，必然会导致因漏风控制系统出现偏差而使漏风增大。因此，减小空预器漏风必须保持扇形板的水平，要对扇形板的水平进行测量，即将任意一处径向密封片转到扇形板的两侧进行测量，如测量结果不水平要采取措施进行调节至水平。(4) 避免空预器上部烟道挡板轴封的漏风。原甲侧空气预热器上部烟气入口处挡板各有 4 组，每组有 4 块挡板，共计 16 块挡板，每组挡板由电动装置 SMC-03/H2BC 控制。乙
11、侧空气预热器情况与甲侧空气预热器一样。设备运行一段时间后甲乙侧空预器上部挡板轴封密封不严有漏风，并且一些挡板卡涩不能运行或关闭不严密。针对上述情况，2003 年 10 月青山热电厂检修部门对空预器烟气入口处挡板轴密封进行了改造，改为 A、B 侧空预器上部烟气入口处挡板各有 4 组，每组有 5 块挡板，共计 202=40 块挡板，保留原电动装置。烟气挡板为洛阳芳华机械制造有限公司生产的耐磨型烟道关闭挡板，型号：SD-YDB；规格：890 mm3 774 mm10 406 mm。该烟道关闭挡板有2 个优点：一是挡板主轴密封采用的是全密封，彻底解决了漏风及卡涩;二是耐磨，如图 2 所示。图 2 改造
12、后的空预器烟气入口处挡板轴密封配置图(5) 消除空预器上部烟道的漏风。更换空气预热器上部烟道的第四波、第六波伸缩节。伸缩节材质改为 1Cr18Ni9Ti，增强其耐磨性能以消除漏风。 (6) 改进扇形板控制系统，降低漏风率。解决热端径向密封是在其上方设置扇形板控制系统，动态跟踪转子变形，以隔离烟道和空气，从而达到消除漏风目的。2000 年 8 月 300 MW 机组锅炉技改中，我厂采用南京华能中电电力有限公司的 ZD/LCS-II 型空气预热器漏风系统的声频传感器改造原设备中不敏感的机械式传感器。声频传感器包括发声片、声频接收器、声频传导管、传感探头、前置处理器 5 个组成部分。在 A、B 侧空
13、预器的三分仓中各安装 1 个声频传感器，共计配置 6 套声频传感器。安装发声片的高度比径向密封片高 1 mm，声频接收器装在扇形板上，传导管伸入空气预热器内壁约 10 cm，与水平面成约 45，传导管在空气预热器仓内的一端与声频接收器连接，另一端接传感探头。传感探头将收到的声频信号传送到前置处理器，其信号经选频放大处理后输出至自动控制柜。改造前，技术人员对径向密封片与扇形板冷态密封间隙进行了测量。具体方法是：检修人员手动盘车，对 24 分区大块径向密封片编号，每大块共有 5 片密封片，每块用塞尺进行测量，A 侧空预器径向密封片编号为：(24)(18)(12)(6)，B 侧为： (19)(13)
14、(7)(1)，先后对 A、B 侧空气预热器测量，根据测量结果找到最佳新传感元件的发声片安装位置。径向密封片在外圆至圆心500 mm 处焊接 L=150 mm 声音发声金属片，并使发声金属片高出径向密封片 2 mm（有利于漏风系统的控制）。实际测量数据如表 1 所示。表 1 径向密封片与扇形板冷态密封间隙 mm间隙值 项目 第 1 片 第 2 片 第 3 片 第 4 片 第 5 片 编号 A B A B A B A B A B 1 7.0 6.5 9.5 10.5 8.0 6 5.5 6.0 9.5 7.0 6.0 7 6.5 7.0 9.5 10.0 10.0 12 5.0 7.0 9.0 7
15、.5 6.0 13 7.0 6.0 9.0 9.5 8.5 18 5.0 6.0 9.5 7.5 6.0 19 6.5 6.5 8.5 9.5 8.5 23 4.5 5.5 8.0 7.0 6.5 24 5.0 6.5 10 7.0 6.0 1 6.5 6.0 9.5 10.0 8.0 23 4.5 5.5 9.5 7.0 5.5 1 9.0 8.0 11.0 10.0 7.5 13 4.5 6.5 11.0 12.0 10.5 1 6.5 7.5 11.5 10.0 6.5 13 5.0 6.0 10.5 12.5 11.0 9 0.5 2.5 8.0 9.0 10.0 21 2.11 2.
16、82 7.0 6.0 6.5 9 5.0 4.5 8.5 10.0 10.0 21 5.0 7.0 10.0 8.5 6.5 注： 烟气侧至一次风侧扇形板与径向密封片间隙 ； 一次风侧至烟气侧扇形板与径向密封片间隙 ； 二次风侧至烟气侧扇形板与径向密封片间隙 ； 烟气侧至二次风侧扇形板与径向密封片间隙 ； 二次风侧至一次风侧扇形板与径向密封片间隙 ； 一次风侧至二次风侧扇形板与径向密封片间隙。AA 侧空气预热器；BB 侧空气预热器；“”表示对应项目无测量值。改造后经本厂生技部门试验组进行测试运行数据结果对比，空气预热器漏风率比未改造前的漏风率下降了 10%，证实了优化空气预热器漏风控制系统对漏
17、风率的降低是有效的。(7) 回转式空气预热器漏风控制系统改造运行一段时间后，尤其是启停炉，控制系统恢复能力差（指示器原始刻度数值与实际指示间隙值有误差），使间隙跟踪出现偏差，如发生故障退出运行，扇形板控制强制抬起，反而增加了空气预热器漏风。2000 年技改后空气预热器漏风降低后又出现反弹。因此，2003 年 10 月华电青山热电厂 12 号炉大修采用北京豪顿公司的 VN 密封系统进行改造，改造部件的材质为Q235-A。改造步骤为：1) 割除原扇形板控制系统（调节器、执行器）并用配件封堵 6 处。一次风/烟气侧、一次风/ 二次风、烟气侧/二次风之间均用重新设定加宽的豪顿扇形板替换，安装新的扇形板
18、调节器，现场安装支撑槽钢时，根据需要修整顶部结构，以便槽钢正确就位。2) 拆掉原来的顶部轮鼓密封管道，然后用钢板封堵，最后将配件一端焊到烟道，另一端焊到轮鼓密封罩出口。3) 拆除所有径向密封片、轴向密封片、转子中心轴密封、外环密封片、扇形板固定密封，安装新的改造部件。安装密封时，不要拆下径向隔板间垫片，拆下径向密封时，不要拆下轴向密封，安装好径向密封后再拆下轴向密封，径向密封螺栓拧紧力矩 244 NM，轴向密封螺栓拧紧力矩 476 NM。将径向密封安装就位；拆掉原调节杆、拆掉托架、拆掉原轴向板，从现有设备拆掉所有连接件。在转子外侧壳板上割一个孔用于焊接轴向密封板时作为穿过门，安装轴向密封板分组
19、件(烟气/一次风)1 件，轴向密封板分组件(一次风/ 二次风、二次风/烟气)2 件，轴向密封板调整到位后，焊接及调整轴向密封片；转子中心轴密封按以下程序安装就位： 在嵌入填密环的剩余部分前，把油涂到填密环上，将填密环两端的一部分送入密封座套中，采用木制垫块与内压套将其轻轻嵌入密封座套的底部。 重复上述操作将填密环的其余部分嵌入密封座套中，确保填密环的接缝相互错开 90。 紧固压套螺母至中心轴被轻轻夹住，随之将密环压套旋松到能用手指紧固即可。 在现场将螺母旋动两圈，以作进一步的调整直到获得较为满意的密封效果。 与轴接触的编织式填密环，其“V”形结构的顶尖指向应与轴的旋转方向相反。 在安装中密封座
20、套、压套、填密环、密封垫的接口位置相互错开。外环密封片安装尺寸：转子 T 型钢半径 5.283 m，旁路密封角钢内半径 5.325 m。靠近扇形板处密封片和改造后，烟气侧密封片总长14.800 m，一次风密封片总长 2.550 m，二次风密封片总长 10.775 m。扇形板固定密封是调整好扇形板后，将 26 处 150 mm150 mm的孔封焊堵严。华电青山热电厂 12 炉大修回转式空气预热器改造完毕后，本厂生技部门试验组进行测试运行数据：回转式空气预热器漏风率为 7.4%。两次改造探索实践降低了漏风系统的漏风率，提高了锅炉效率，取得了较为明显的经济效益。(8)其他措施。检查径部密封的铸铁滑块
21、在槽内是否卡死，上下能否自如。检查转轴的垂直度。使用水平仪以检验轮轴是否垂直，符合要求，从理论上讲，下轴承座端面到上部轴端测量线所允许的组装偏差：偏差1 mm。若垂直度有偏差建议联系设备生产厂家处理。 3 结论回转式空气预热器的漏风是回转式空气预热器普遍存在的问题。设备状况不同，漏风的原因也不同。如何减少漏风应是火力发电厂不断探索并加以解决的方向，通过青山热电厂几年的检修实践，采取上述检修改造措施和改造设想，其漏风率是可以降低的，这有利于锅炉排烟热损失减少，降低烟温引起的设备低温腐蚀，减少送风机、引风机的运行负荷，降低其电耗，节约厂用电，防止由于回转式空气预热器漏风而影响锅炉出力问题的发生。4 参考文献范从振.锅炉原理. 北京：水利电力出版社，1986.
