回转式空预器密封技术的演变

回转式空预器密封技术的演变

沈伟军

（浙江浙能绍兴滨海热电有限责任公司浙江绍兴312073）

摘要：回顾锅炉回转式空气预热器密封技术的更新换代，介绍了各代技术的具体原理，分析了各自的优缺点，并从投资回收、工程量、使用效果、使用安全性能等各方面对四代技术进行了综合评价。

关键词：回转式空气预热器；密封技术；漏风率；柔性密封；刷式密封

一、引言

回转式空气预热器是大中型电站锅炉上普遍采用的烟气尾端换热装置，与管式空气预热器相比，回转式空气预热器具有结构紧凑、体积小、换热面密度高、整机质量轻、金属耗用量少、利于安装布置、低温腐蚀较管式换热器轻等特点，适于在大型锅炉上使用，但回转式空气预热器的缺点是漏风量大、工况良好时为6%～8%，密封不良时为20%～30%。另外回转式空气预热器的结构复杂、制造工艺和安装要求高、运行维护工作量大，热态自动控制也较为困难。较高的漏风量引起预热器入口风压降低、风机电流升高，预热器后的过量空气系数升高、尾部排烟气温降低、锅炉热效率降低、燃煤损耗增加，锅炉达不到额定负荷。因此对回转式空气预热器而言，漏风率是其重要的经济指标之一。有效控制空气预热器漏风率，可以从降低送、引风机电耗和提高锅炉效率两个方面得到节能收益。因而无论是国内外空预器生产厂家或广大的空预器使用单位，都努力从不同方面降低空预器漏风率。

图1空预器热态蘑菇状变形及漏风间隙示意图

二、回转式空气预热器密封技术的演变

回转式空气预热器密封技术的演变，笔者将之划分为四代，以下做一详细介绍。

热端蓄热元件板型冷端蓄热元件

图2改进型密封装置（双密封技术）示意图

第一代密封技术即为传统的密封技术，采用刚性有间隙密封技术。该技术利用许多依次排列的密封片，在动静间保持一个最小间隙，形成若干个小气室，使烟气在这些小气室中逐级降低压力，来达到漏风最小。传统密封一般固定在筋板上，每次检修停运时可以将密封间隙调整到所需的范围内，但在运行中密封间隙不可调整。由于空气预热器的蘑菇状变形（见图1）问题，而且这种变形随负荷、环境温度不断发生变化，使得我们很难达到一个最佳的动静之间的间隙值。而且随着运行时间的增加、空预器转子应力的变化，圆周的椭圆形变形和转子端面的凹凸变形等等原因，漏风率逐渐增大是必然存在的。

第二代密封技术是传统密封形式的一种改进型，即双密封技术（见图2）。该技术仅增加了密封级数，和将空预器传热元件改为48分仓的原理和效果相当。

双密封技术的优点是人为增加了一道密封，可以有效降低漏风率。但同时可以看出来，传热元件分割箱数增加，导致了传热元件内部容易堵塞从而影响传热效果。而且投产后的机组实施此项技术改造，单单是分割传热元件的工作量就是非常庞大的。

处于第二代和第三代之间的，也有厂家提出来疏导式密封解决方案（见图3），即通过具有疏导功能的密封控制系统，使空气预热器的漏风率能够达到比较先进的技术指标，且指标不随负荷的变化而改变，空预器漏风率始终能够保持在合理的范围内。它的设计原理和工作流程如下：针对空气预热器漏风，国内目前一般采用传统的机械密封对漏风进行“封阻”，但是由于仍存在一定的泄漏，因此将采用机械密封方式没有“封阻”住的“残余的泄漏的空气及转子中携带的空气”采用疏导的方式，疏导到送风机出口（起到暖风器作用）或热二次风道内继续做功。从而使空气预热器的漏风率能够达到比较先进的技术指标，起到节能减排的效果。此外，疏导式密封控制系统的负压回收功能，可以很大程度上缓解预热器传热元件堵灰现象的形成，对延长传热元件的使用寿命、降低预热器漏风率和送、引风机电耗有较好的帮助。

图3疏导式密封解决方案

此项技术的优点在于其一：无论锅炉负荷如何变化，回转式空预器漏风率始终能够保持在合理的范围内，不随负荷变化而改变；其二：设备运行期间可在不停机情况下进行控制部分的维修和更换，确保疏导式密封系统能够保持比较高的投入率；即使疏导式密封系统关停，也不影响机械式密封与机组运行，对原有机械密封无任何影响。但是实际使用效果如何，因为使用厂家不多，笔者也无从考证。

第三代密封技术是接触性柔性密封（有的厂家称为合页式柔性接触式密封）。该技术采用自润滑复合材料，合页式弹簧结构，其工作原理为：将扇形板固定在某一合理位置，柔性接触式密封系统安装在转子隔仓板上，在未进入扇形板时，接触式密封滑块高出扇形板5mm～8mm。当柔性接触式密封滑块运动到扇形板下面时，合页式弹簧发生形变。密封滑块与扇形板接触，形成严密无间隙的密封系统。当该密封滑块离开扇形板后，合页式弹簧将密封滑块自动弹起，以此循环进行。该技术的特点是：☆不会形成密封间隙，扇形板与密封滑块间没有间隙，没有气流通过，所以没有冲刷磨损问题，密封效果好，系统能长时间运行。☆采用合页式弹簧,允许空预器转子在热态运行下有一定的圆端面变形及圆周方向的变形．特别适合空预器的改造。☆自润滑合金高温下干磨擦系数μ＝0.1．对主轴电机驱动电流影响甚小，增加不超过１Ａ。☆工厂化生产，简化了现场安装的工艺程序，工期短、效果好。

图4接触式密封组件图5空预器转子安装柔性

安装结构图接触式密封后的透视图

接触性柔性密封安装后的空预器技术指标为：漏风率运行一年内≤6%；在一个大修期（5年）内漏风率≤7%。

当然，柔性接触式密封级数的缺点也是存在的，比如长时间运行后，增加了烟气的阻力，容易在合页内部积灰，弹簧变形卡死，合页与扇形板撞击，引起空预器运转时晃动导致电流偏大等等。

图6刷式密封片与原密封片的比较示意图

第四代密封技术是刷式密封，最早脱胎于航空燃气涡轮机及发电机引擎上的应用。该技术在不拆除原三向密封片的同时，再安装刷式密封片，刷片由前面板、背板和夹在中间的高密度合金钢丝组成的刷带制成，刷毛采用特种耐高温合金钢丝，刷柄采用考登钢，安装时与扇形板过盈1～4mm。刷毛受力面依次装有两块弹性不锈钢挡板，确保刷毛年久不倒伏，就算刷毛磨损后，不锈钢挡板也能起到很好的密封效果。

综上所述，四代空气预热器密封技术的参数比较和优劣见下表。

四代空预器密封技术的比较分析

鉴于投资回收、工程量、使用效果、使用安全性能等方面的分析，笔者比较倾向于采用刷式密封技术。当然，确定改造前，还要结合各自电厂空预器的实际运行情况，而且参照兄弟电厂的改造经验，才能定夺。

三、空预器密封改造的意义

对空预器密封改造最直接的两个影响就是燃烧效率的提高和厂用电的减少，改善机组运行的安全性，避免因风量不足而引起高温腐蚀或限负荷等问题，这对电厂是一笔不小的节能开支，具体体现在以下几个方面：

漏风率降低，可以保证锅炉燃烧氧量充足，减少锅炉不完全燃烧热损和排烟热损，避免燃烧区域受热面的高温腐蚀。

漏风率降低，减少空气和烟气流量，降低一次风机、送风机、引风机、增压风机的电耗。

漏风率降低，减少空预器出口烟气流量，降低烟气流速，从而电除尘效率增加，使下游设备磨损降低，维护费大大减少。

漏风率减少，空气侧漏向烟气侧流量下降，流速降低，工件寿命增长，维修、维护工作量减少。

排烟温度可以上升，可以控制空预器冷端腐蚀，减缓空预器冷端堵灰，也可以减少厂用电。

综上所述，空预器的密封改造对于电厂的节能降耗是很有帮助的，就减少厂用电这块，节能带来的经济效益就很可观。

参考文献：

[1]《上海锅炉厂有限公司产品设计说明书》（编号758－1－8601）

[2]《电力建设施工及验收技术规范》（火力发电厂锅炉机组篇）DL/T5047-2004

[3]《火力发电厂节能技术及应用》李青.北京:中国电力出版社,2007

[4]《电站锅炉运行与燃烧调整》黄新元.北京:中国电力出版社,2007.

作者简介：沈伟军（1973－），男，浙江杭州人，1995年毕业于上海电力学院，工程师，长期从事锅炉设备维护、检修管理工作。