20110116空 气 预 热 器技术改造说明

密封改造技术说明

无锡市科力电力设备有限公司是一家主要从事产品 , 电力技术设计开发、实施电力设备的安 装、 调 试、 清 洗、 除垢等相关业务的高科技企业，是一条龙服务的专业队伍。 自成立以来，科力电力设备有限公司凭借其雄厚的技术实力，可靠的产品质量，完善的售后服务，在电力行业享有很高声誉，得到各主管单位的重视和认可，更得到众多行内专家的可靠技术支持

公司坚持以人为 本、 技术创新和强化企业内部管理，形成“高效 , 务实 , 创新 , 协作”的卓越集体 , 为客户提供最优产品和服务。公司崇尚“为客户及合作伙伴创造价值”的核心理念，创建“规范，民主，高效”的企业平台和技术革新体系，围绕市场变化不断满足客户需求，在产品、技术的提供和服务中实现与合作伙伴的共同发展。 技术优势

公司与上海发电设备成套设计研究院、中国电力科学院等形成了紧密的学术联系，成为我们技术的坚强后盾。现代企业运行机制最大限度地发挥了每位专家、员工的积极性、创造性，先后研发了空预器密封改造、等多项技术，其中部分产品的国内市场占有率在同行业中居领先地位。

完善的质量管理体系

公司通过了 IS09001 质量保证体系认证；公司始终坚持“质量是企业的生命”这一精神，建立健全了一整套完善的质量保证体系，从设计、采购、制造、安装、调试等每个环节都进行严格的质量控制与记录；定期对员工进行质量教育并进行考核，不断提高员工的质量意识，并始终把执行标准作为公司运营中的重中之重。 高素质的安装队伍

公司的有形产品，都是靠这支工作效率高、技术能力强、组织纪律性好的队伍实施安装。工程实行项目经理制，公司技术人员进行监理。由于他们长期工作在全国各地电厂，故对电厂的设备特点十分了解，并制定了一整套科学合理的安装工艺，使设备的安装美观、规范，出于对电厂的工作环境十分了解，我们制定出了一套安全操作规程，使他们更快的融入电厂的工作环境中。 优质的服务

公司以“客户的满意度为 100% ”这一原则来衡量售后服务工作，要求售后服务人员除严格按质量标准工作外，还要积极、热情，在接到客户通知后 24 小时内必须到达现场处理问题。市场人员要定期走访客户，了解产品的使用情况，听取客户的意见和建议，促进我们的服务。 1：空预器转子受热变形及漏风计算 1.1 空预器简介

容克式空气预热器是大中型电站锅炉上广泛采用的尾部换热设备，它的主要作用是：①回收烟气热量，降低锅炉排烟温度，提高锅炉效率，从而达到节约燃料的目的；②加热锅炉空气温度，燃料的不完全燃烧得以减少，即提高了燃料效率；③炉膛烟气温度上升，强化了辐射换热。

容克式空气预热器同管式相比，具有结构紧凑、钢耗少，容易布置等优点，但漏风率高确是容克式空气预热器难以解决的问题，所以在容克式空气预热器技术中，防止或降低漏风即密封技术占有很重要的地位。从观容克式空气预热器的发展历史，可以说在 限于 80 年代当时的设计和制造水平，以及安装等诸多因素的影响，该型空预器自投运以来，一般漏风值偏大，导向端轴与热端中间梁和支承端轴与冷端中间梁处泄漏烟灰。该空预器以漏风值而论，已落后于目前国际和国内的技术要求，如仅仅采取调整密封付的间隙，已难于将该空预器的漏风值降

到较低的水平，只有从密封系统的结构加于改进，才能较大幅度地降低空预器的漏风值。空预器性能指标的优劣，主要取决于三个环节：即设计、制造和安装。三者的关系是相辅相成的。设计是龙头，设计的好坏直接决定空预器性能的优劣，同时需要制造和安装这两个环节来保证，三者中任何一个环节上的差错、缺陷或考虑不周，都会影响到空预器的性能指标。 容克式空气预热器的漏风率大小关键在于对转子密封间隙的控制（转子运动的需要和密封的需要存在难以克服的矛盾）。

科力电力设备有限公司一直致力于容克式空气预热器密封技术的研究和创新，提出独具特色的双道方案：利用特制的密封组件来实现密封间隙的最小化！

1.2 转子热变形计算

转子热变形量取决于转子的半径和高度以及空气和烟气的进出口温度。图 1 示出转子热变形的各个几何形状和变形量。各个变形量的计算分别简述如下：

（ 1 ）转子热端的热变形量（δ上） δ上 =0.006R 2 /H 0 △ t

式中δ 上— 转子热端变形量（㎜） R — 转子半径（ m ）

H 0 — 转子高度（ m ）

△ t — 转子冷热端温差（ 0 C ）

△ t=1/2 （ 9 ＇ + t ‘‘ ） 1/2 （ 9 ＇ + t ' ） 式 9 ＇、 9 ＂、 t ＇ 、 t ＂— 烟气和空气的进出口温度 （ 2 ）转子中心筒的热变形量（δ中） δ中 =0.012 H 0 △ t

式中δ 中— 转子中心筒的热变形量（㎜） H 0 — 转子高度（ m ） △ t — 平均温度（ 0 C ）

△ t=1/4 （ 9 ＇＋ 9 ＂ +t ' + t ‘‘ ） - t 0

式中 9 ＇、 9 ＂、 t ＇ 、 t ＂— 烟气和空气的进出口温度。（t 0 — 环境温度（ 0 C ）

（ 3 ）转子冷端的热变形量（δ下） 由图 2 可知 H=H x + δ下 H=H 0 + Δ + δ上 两式合并，整理后得

δ下 = δ 上－（ H x － － H 0 ） + Δ = δ 上－ δ 中 + Δ

式中Δ值从现场实测中获得，一般为 1 ㎜左右。

0 C ）

1.3 漏风计算

漏风是由携带漏风和直接漏风两部分组成 漏风的机理及其规律

容克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。还有一种漏风叫做携带漏风，是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。 携带漏风量的计算公式为

式中：Δ V xd 为结构漏风量， m 3 /s;D 为转子内径， m ； d 为中心筒直径， m ； n 为转子旋转速度， r/min ； y 为转子内部金属所占容积份额； h 为转子高度， m 。 携带漏风是容克式空气预热器的固有特点，是不可避免的。由公式看出，携带漏风量与转子内容积及转速成正比，为了降低结构漏风量，在满足换热性能的前提下，尽量选择较低的转速，因为在转速大于 1.5 r/min 时，提高转速对传热不再有益；转子内尽量充满传热元件，增加金属所占容积份额，提高 y 值，即转子高度不要留有太多的剩余空间。 直接漏风

携带漏风量占预热器总漏风量的份额较少，空气预热器的漏风主要是直接漏风，直接漏风量的计算公式可以按如下方法推导出来。把空气侧和烟气侧视为两个一壁之隔的充满气体的无限大容器，空气通过间壁上的微小间隙泄露到烟气侧，如图 1 ，根据粘性流体的伯努利的方程得到

式中： Z 1 、 、 Z 2 为位置水头，对气体而言， Z 1 ， Z 2 可以忽略不计； V 1 、 V 2 为容器内自由面的速度， V 1 ≈ V 2 ，可以忽略不计。所以

式中： P A 为空气侧压力， P a ;P G 为烟气侧压力， P a ; ρ为空气密度， Kg/m 3 ;g 为重力加速度； h ψ 泄露阻力，具有长度单位， m.

式中： V 为泄露气体流经间隙时的速度， m/s;5 为阻力系数

转子热变形量取决于转子的半径和高度以及空气和烟气的进出口温度。图 1 示出转子热变形的各个几何形状和变形量。各个变形量的计算分别简述如下：

根据流速、流量、流通截面积之间的关系，有 V=Q/F

式中： Q 为单位时间内泄露的气体量（体积）， m 3 /s ； F 为间隙面积，㎡。 由公式（ 5 ）、（ 6 ）得到

国际上习惯于用单位时间内泄露的气体质量 G 来表示漏风量，则 G= ρ 。 Q

称之为泄露系数，则

这就是空气预热器漏风量的基本计算公式，式中Δ P 为空气侧与烟气侧的压力差，该式与美国 ABB-APC 公司提供的计算公式形式是一样的，公式中气体密度ρ是基本不变的，因此，影响漏风的主要因素是：系数 K ；间隙面积 F ；空气侧与烟气侧之间的压力差Δ P 。本公式适用于回转式空气预热器的径向密封，转向密封，静密封和中心环向密封。 1.4 漏风因素的分析及对策

由公式（ 8 ）看出，漏风量与泄露系数 K 、间隙面积 F 、空气与烟气的压力差Δ P 的平方根成正比，要降低漏风量，就必须降低 K ， F ，Δ P 值。 2. 空预器密封技术的改造 2.1 锅炉负荷对漏风率的影响

因为空预器漏风主要与泄露系数 K 、间隙面积 F 、空气与烟气的压力差Δ P 有关。当锅炉负荷降低的时候，送风机的出力也将降低，这时假设锅炉负荷降低到 50% ，风机的负荷是 50% 、泄露系数 K 、间隙面积 F 不变，空气与烟气的压力差Δ P （一次风与烟气侧冷端压差）也将减小（ 2000 P a ＜Δ P ＜ 7000 P a ），Δ P 取 4500 P a 。根据公式（ 8 ）可以得出漏风量 G1 ，当满负荷Δ P 取 7000 P a ，可以得出漏风量 G0 。半负荷的漏风率 AL1 ：

下一页

AL1=G1/Q 总

2 Q 总 1 = Q 总

Δ P 取 4500 P a

满负荷的漏风率 A AL=G0/ Q

满负荷的漏风率 AL AL=G0/ Q 总

Δ P 取 7000 P a

式中 Q 总 是满负荷时的送风量， Q 总 1 是半负荷时的送风量

通过以上比较可得出负荷时的漏风率要比满负荷时候高 1.6 倍。从上面的结论可以说明当锅炉负荷降低将使空预器的漏风率显著提高。 双道密封的技术特点

可以有效减小漏风间隙面积 F ，根据

这个公式可知如果 F

减小，其他条件不变， G 也将减小。所以有效地控制漏风间隙面积将有效的减小锅炉低负荷时的漏风率

2.2 空预器漏风对风烟系统的影响

空预器漏风严重，导致一次风压降低，为了防止一次风管堵管，只好增大一次风机挡板开度，增加了一次风机和送风机的出力。一次风和二次风大量的漏到烟气中，增加了引风机的出力。有些电厂甚至导致两台引风机入口挡板门运行时处于全开的被动局面，不仅造成电厂本厂用电上升，而且还造成机组满负荷运行时引风机调节余量不足，制约运行人员进行燃烧调整，影响机组出力。同时炉内燃烧所需氧送不进去，影响机组的安全运行。由于漏风严重，烟气温度降低，空预器受热面腐蚀和堵塞较严重，锅炉热效率降低，这些都将影响机组的安全经济运行。另外对于燃煤机组在一些情况下由于排烟量增加或磨煤机中的干燥风量不足，也会导致整个机组的出力下降。

空预器的漏风问题严重影响电厂的经济运行，有时甚至威胁锅炉的安全运行，故对空预器原密封系统进行有效的技术改造已刻不容缓。 2.3 #### 电厂空预器设备的基本情况

#### 电厂空气预热器由 技术进行设计进行制造的容克式空气预热器。转子直径 ㎜。空气预热器密封系统，由热端自动跟踪系统及可调节热端扇形板组成；冷端静态可调节扇形板与密封片组成；由旁路密封和轴密封串联组成的轴向及周向密封系统。

热态运行时，由于转子内部存在热交换，上部平均温度高（约 350 0 C 左右）下部平均温度低（约 90 0 C 左右）。同时由于金属的弹性模量在冷态和热态的变化，使空预器的转子产生“蘑菇状”变形。此处转子还会产生轴向膨胀以及下梁向下弯曲变形。即使冷态时密封间隙正确的调整好。由于空预器已运行多年，整个转子的应力分布变化，自动跟踪系统由于工作环境恶劣，不能良好的工作，使得空预器漏风增大。目前漏风率在 12%-15% 之间，对整台机组的经济性产生一定的影响。根据具体情况，保持原有分仓，去除普通密封片，采用我公司特别为适应空预器内部工作环境研制的双道密封来解决现有空预器密封件易腐蚀变形的问题。

3. 电厂空预器密封改造技术方案

3.1 ．径向密封改进

将原 X 分仓改为 X 分仓，即在原两块径向隔板中间增装一块完整的径向隔板，

在增装的隔板上、下端安装径向密封片，即将转子原 X 分仓改为 X 分仓，从而确保空预器在任何时间均有不少于二道径向密封片与扇形板形成密封付，在径向密封区存在稳定的中间仓，使其在二道密封片之间形成一压力流体来隔绝正压空气和负压烟气，使其减小密封片两侧间的压差，从而降低了空预器的直接漏风。 冷端传热元件支承栅架按 X 分仓要求重新制作。为降低支承栅架的磨损，确保新制作的传热元件外形尺寸的正确性。支承栅架材料采用 Corten 。原支承栅架的磨损与原传热元件外形尺寸过小有关，使传热元件与径向隔板之间的间隙过大，传热元件堵塞后，该处烟气流速过高而造成支承栅架加速磨损。

3.2 ．径向静密封改进

热端和冷端扇形板侧密封（静密封），将原单侧密封改为双侧密封。由原来的滑板式结构改为迷宫式结构，在冷端扇形板与中间梁之间再加装一道 U 形密封片，提高径向静密封效果。待径向密封间隙调整完毕后，将静密封进行密封焊；或待热态运行一个检修期后，当确认径向密封间隙为最佳值时，可在停炉检修时根据需要，决定是否要将静密封进行密封焊。消除扇形板内端和中心密封盘之间的间隙，对扇形板外端弹性密封档板进行消缺。 3.3 ．冷端径向密封改进：

根据该空预器冷端支承的热态变形原理，扇形板内侧间隙为 0 ，外侧按转子热态时蘑茹状最大变形量而预留一个间隙值，根据机组平时实际运行的参数，计算出转子在热态蘑茹状变形的曲线，然后将冷端径向密封片安装成与转子热态变形相反的曲线，使原来曲线与直线的常规密封方式改成两条直线密合，减少冷端泄漏面积。

冷端有三道密封。并改进径向密封片与 T 形钢的配合，从而提高旁路密封的效果

3.4 ．轴向密封改进： 在原二道轴向密封密封片中间（对应转子径向隔板分仓处）增加一道轴向密封片，在上、下两端“ T ”字钢处增加补隙片，确保空预器在任何时间均有不少于二道轴向密封片与轴向园弧板形成密封付。轴向静密封由原来的单侧密封改为双侧密封。待轴向密封间隙值调整完毕后或待热态运行一个检修期后进行密封焊接。

3.5. 在围带销轴内侧加装档板 ：

3.6 ．导向端中心密封改进

为改善空预器导向轴承和空预器现场的工作环境，消除热端中心漏风和漏灰问题，满足环保要求，确保导向端轴与上连接板结合处在一个大修期内不漏烟灰。在导向端轴与上连接板结合处，加装一个机械密封装置

3.7 ．支承端中心密封改进：

为改善空预器支承轴承和空预器现场的工作环境，消除中心漏风和漏灰，满足环保要求，确保支承端轴与下连接板结合处在一个大修期内不漏烟灰。拆除原气密封装置，在原气封装置的部位改装一个机械密封装置。消除密封盘偏心，确保密封间隙均匀。

3.8 ．传热元件：

冷热端传热层元件根据贵厂技术要求制作

3.9 ．传动围带组件：

整套传动围带更换或围带销轴更换，围带销轴的材料采用 50Mn, 提高围带销轴工作表面硬度和深度，延长围带销轴的实际使用寿命。制作新的大齿轮。

3.10 ．质量保证

当空预器的运行参数符合原设计要求时，自空预器改进后至一年内漏风率≤ 6 ％。投运一年后至一个大修期内，保证空预器的漏风率≤ 8 ％。 具有明显的经济效益。经电厂改进后初步计算空预器空密封系统的改造费用，仅辅机单耗一项的节省，半年至一年内就可收回投资 4. 节约费用的计算及备件费用的说明

4.1 通过双道密封改造可得到的收益 节煤收益 :

一般 300MW 机组漏风下降 10% ，可节煤 1.2% ，本次改造的降低漏风率 7% ，则年节煤收益：

q=300MW × 6000 小时× 3 克× 10 -6 × 450 元 / 吨 =243 万元 可使引风机减少电流 9 × 2=18 A 二次风机减少电流 6 × 2=12 A 一次风机减少电流 4 × 2=8 A 合计降电流 38 A W=7000 小时× cos φ =0.9

每度电按 0.35 元计算 Q=2612237 × 0.35=91 万元 年节约费用合计： 334 万元

× 6.3kv × 38 A × cos φ =2612237kwh