俄制500MW机组空气预热器漏风率偏大原因分析与探讨
伊敏发电厂一期工程两台锅炉型号为Лл—1650—25—545Бт（Л—78）型超临界直流锅炉，每台锅炉配备四台型号为ВЛР—9.8回转式空预器。投产后，个别空预器漏风率达到20.81 %，#2炉平均漏风率17.82 %。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。针对此问题，本文对漏风原因加以分析，并提出改造措施。
关键词：空气预热器 漏风率 径向密封 扇形板 蘑菇状变形
0 前言
空气预热器是利用烟气的热量来加热燃烧所需空气的热交换设备。空气预热器不仅能吸收排烟中的热量，降低排烟温度，从而提高锅炉效率，而且也因空气被预热，强化了燃料的着火和燃烧过程，减少燃料未完全燃烧的热损失，进一步提高了锅炉效率。此外，空气预热还能提高炉膛烟气温度，强化炉内辐射换热。
回转式空气预热器的主要问题是漏风，漏风对锅炉的经济性影响很大。漏风使空气直接进入烟道，由引风机抽去，因而送、引风机的电耗都增大。如果漏风过大，超过送、引风机的负荷能力，会造成燃烧风量不足，以至被迫降低负荷，直接影响锅炉的安全性与经济性。
1 原因分析
1.1 受热面部分的热变形
回转式空气预热器的转子布置着受热元件，烟气自上而下逐渐降温，因而上端的烟气、空气的温度都高，下端的烟气、空气温度低，这样，上端的膨胀量大而下端的膨胀量小，形成蘑菇状变形，如下图所示：
1—推力轴承，2—承力轴承，3—转子
由于蘑菇状变形引起各部分的间隙发生变化，使上面的外环间隙加大，下面的外环间隙减小。
另外，转子的整体受热膨胀，也影响各部间隙。
1.2 安装工艺
我厂回转式空气预热器分为上区和下区，上区是热段，由三层异形蓄热板组成，其高度分别为600mm、600mm和800mm，受热面积为197100m2，重量160吨。下层是冷段，由一层高度为330mm的蓄热板组成，受热面积为32500 m2，重量为28吨。转子扇形面分度为15℃，故有24个扇形面。
空气预热器的漏风分为径向漏风、轴向漏风、周向漏风和携带漏风，其中携带漏风是固定的，由转子容积和转速而定。但径向、轴向、周向漏风却与安装工艺有着极大关系，三者之中，径向漏风占总漏风量的80%以上。
1.3 空气侧与烟气侧压差
对炉膛为负压运行的锅炉来说，空气预热器的空气侧为正压，额定风压为4.85 Kpa，烟气侧是负压，为-4.75Kpa。两者之间的压差导致漏风，压差越大，漏风越大。
2 改造方案及措施
2.1 改造原理
由于径向漏风是造成漏风率偏大的主要原因，所以减小径向漏风是攻克这一难题的重中之重。由于空预器的扇形板和空预器径向密封片之间的间隙在运行中得不到保证，另外，原密封调整系统运行复杂，对于手动调整后的间隙数据，很难达到理想的密封效果。改造原理为：转子仓格增加（即将24分仓改为48虚拟分仓），增加径向密封片的数量，通过计算选择合适的参数，将原来的扇形板加大，使原扇形板覆盖的分仓从原来的最少一个增加到最少二个，增加扇形板下密封片的数量，形成迷宫密封。
调整冷态时的扇形板和转子的位置，以减少密封间隙，增大漏风阻力，来达到减少漏风的目的。
2.2 改造措施
2.2.1 转子找正及扇形板水平度调整
转子找正是转子调整密封间隙的前提，是降低漏风率的基本条件之一，如果转子不垂直，就不能保证扇形板、弧形板在同一密封面上，三向（径向、轴向、周向）密封间隙的调整更无从谈起。
测量转子垂直度有两种方法：一是通过径向隔板测量，二是通过轴端导向套测量。我厂由于安装原因径向间隙大多在15~20mm，调整后变化也不大。另外，我们利用大、小修调整转子轴端垂直度，一般在0.1mm/m。径向间隙偏大，目前解决存在困难。而垂直度通过调整导向轴承箱上部的四个螺栓，达到合格尺寸。
2.2.2 扇形板提升机构改造
预热器转子在热态运行时，发生蘑菇状变形，热端径向密封外侧间隙增大，如果没有扇形板提升机构，预热器漏风的65%发生在热端。安装提升机构之后，当转子发生蘑菇状变形下垂时，提升机构把热端扇形板下压，使热端径向密封间隙尽可能地减小，大降低预热器漏风，见下图：
华能杨柳青电厂，原设计有间隙调整跟踪系统，安装有间隙接触器，冷、热态始终保持间隙≤2mm。我厂实际情况为冷态调整扇形板间隙，保证转子不刮卡；热态后再生重新调整，实际上很难保证热态间隙在设计范围内，这也是造成我厂空预器漏风大的原因之一。所以，加装一套径向、周向间隙自动跟踪系统还是很有必要的。
2.2.3 径向密封的改造
2003年利用#1炉中修机会，对两台空气预热器冷段进行改造，方案是在原径向隔板加装密封胶条（氟胶板）5mm×80mm×9800mm。每台空预器共计24条。如下图：
#1炉空预器漏风率对比，见下表：
改造前 改造后
11 13.59% 6.36%
12 15.96%￥ 5.08%
13 15.55% 9.14%
14 11.93% 7.59%
平均 14.29% 7.05%
可见，经过技术改造后，漏风率有了较大降低。但是，经过长时间运行发现，胶条脱落严重。运行29天检查，胶条完整率仅10—15%左右，漏风又逐渐增大。但是此改造进一步验证，减少径向间隙对漏风的重要性。
本人提出另一改造方案（VN型空气预热器）：
原理
1 转子
VN型的空气预热器转子是用钢板制成，焊接在低碳钢制成的中心筒上。中心筒由一个底部的推力轴承和一个顶部的导向轴承支撑。径向隔板焊接在中心筒上，沿转子中心筒的径向隔板将转子分成隔仓。
转子设计使用了有限元分析技术。在进行结构设计时，考虑了转子可能所处的各种温度状态，包括正常运行和异常情况。转子可向任何方向自由膨胀，因此在所有的运行状况下，如热态变化引起的应力变化被减少到最小的程度。因此，转子的设计可以满足各种工况要求。
2 封布置
传统的空气预热器设计所考虑的是，在运转中转子热态变形时，通过可调密封系统来调整扇型板、轴向板与转子之间的间隙，来达到减少漏风的目的。但可调密封装置在实际运行过程中并不可靠，经常发生在运行一段时间后漏风增加的现象。
VN设计是通过详尽的计算分析和大量的实际经验得到的，其将密封系统设计为一整体固定结构，并取消可调密封自动跟踪系统。这种VN设计的新建机组或者改造的空气预热器在最大程度上控制了漏风的产生，并得以持续稳定运行，降低了旧式空气预热器设计所不能解决的高漏风率，有效地解决了漏风率随时间增长的这个长期困扰电厂的问题。
VN型空气预热器的典型漏风率为：
二分仓空气预热器 5%~6%
三分仓空气预热器 6%~7%
FGD烟气再热器 0.5%
3 转子密封：在原有径向隔板上，加装一条密封片，并将密封片的接缝处相互错开，并分别固定在原径向隔板的两面，形成双密封。在所有的径向隔板的逆风侧，安装径向密封片由24条变成48条。安装径向密封时，用一水平尺为基准，将密封片调成同一高度，高度差小于1mm。如图：密封片材质为考登钢。
经济性比较：以神头第二电厂为例
（1）送/引/一次风机的功耗。根据电厂1997年10月16日的运行记录，同是在500MW负荷的情况下，送/引/一次风机的电流分别是：
改造前：
FSF 229A
IDF 204A
PAF 298A
改造后：
FSF 203.5A
IDF 178A
PAF 269A
由以上数据可得出风机的共耗节省为966KW，若按每年运行7000H计。电价按0.355元/（KW.H）计每年电厂节省厂用电共计240万元。
（2）由于神头第二电厂未更换传热元件，因此未对空气预热器的热性能保证。
烟温 漏风率5.3% 漏风率25%
修正后的烟温（℃） 132.5 132.5
修正前的烟温 （℃） 138.5 160.6
以烟气的设计流量321.38KG/S，比热为1073J/（KG. ℃）计，一年节能3.841*1011KJ。以煤的低位发热量为20000KJ/KG计，节煤为19206T。每吨按300元计。每年节省燃煤成本576.18万元。
（3）若按每降低20℃排烟温度提高1%锅炉效率计，神头第二电厂锅炉效率提高近1.1%，相应机组效率提高0.44%，1KW.H电煤耗350G/KW.H，一年节约煤390吨。每年节省燃煤成本194万元。
综合上述，空气预热器改造后每年净效益1010万元。
VN型空气预热器改造一次性投入较大，且受检修时间限制
2.3.4 其它因素处理：根据对漏风率影响的主次，对轴向密封和周向密封加以改进，我厂的空预气漏风将会有较大的改善。