350 MW燃煤机组空气预热器柔性密封改造及节能分析

赵 凯，程永峰，白智中，穆福艺，刘金强

(河北涿州京源热电有限责任公司，河北 涿州 072750)

0 前 言

空气预热器是一种空气和烟气逆向流动、旋转式的热交换设备，当转子转动时，烟气和空气交替流过传热元件，传热元件从热烟气吸收热量，提高空气温度，降低排烟温度。二次风及一次风与烟气侧存在差压，导致空气侧向烟气侧泄漏，因此设立了一套密封系统，它包括中心筒密封、转子径向密封、轴向密封、旁路密封以及静密封。

空气预热器漏风包含携带漏风和直接漏风，携带漏风占总漏风量的10%～20%，直接漏风占70%～80%，而在直接漏风中，径向漏风约占直接漏风的50%～70%。治理空气预热器漏风的关键在于冷热端径向直接漏风[1-2]。

本文针对空气预热器漏风大的问题，对空气预热器径向密封技术进行了介绍，确定了接触式柔性密封改造方式，改造后空气预热器漏风率明显减小，机组经济性提高。

1 现状调查

某2×350 MW超临界机组采用某公司制造的超临界参数、一次中间再热、单炉膛、前后墙对冲燃烧方式的π型直流炉，锅炉配有2台某公司生产的全模式三分仓回转式空气预热器。表1为空气预热器相关参数介绍。

表1 空气预热器相关参数

1.1 径向密封方式

空气预热器转子径向密封采用固定可调式径向密封片，固定于48块转子隔板上，径向密封片与扇形板形成径向多向密封。密封片可根据密封片和扇形板之间的间隙沿着轴向方向(即与中心筒平行的方向)上调节，图1为径向密封示意图。

图1 径向密封示意图

1.2 空气预热器漏风情况

1号机组自2017年11月投产以来，已安全运行4年，机组每次检修都要进行空气预热器密封面检查并调整间隙、更换密封片的工作，但空气预热器漏风率一直维持较高水平。

选取2020年8月13日全天的数据，如表2所示，每30秒选取一次数据，共取数据2 885组。

表2 空气预热器运行数据

由于一次风和二次风的压力均高于烟气侧压力，一部分一、二次风泄漏入烟气侧。漏风率指泄漏至烟气侧的空气量占烟气总量的比值，即漏风率为空气预热器进出口质量之差与出口质量之比，如公式(1)所示[3]。

(1)

由燃煤质量守恒定律：

(2)

AL：空气预热器漏风率；my1：空气预热器烟气侧进口质量；my2：空气预热器烟气侧出口质量；α1：空气预热器进口过量空气系数；α2：空气预热器出口过量空气系数；mF：燃煤中产生气体成分的质量；dr：空气绝对湿度；Vg：干燥空气质量。

空气预热器进口过量空气系数：

(3)

式(2)可化简为：

(4)

其中

(5)

O2：空气预热器进口或出口氧量。

经以上方法计算，如图2、图3所示，1号空气预热器漏风率在5%～12%之间；2号空气预热器漏风率大部分在5.5%～21%之间。

图2 1号空气预热器漏风率散点图

图3 2号空气预热器漏风率散点图

2 目前空气预热器密封改造技术路线

2.1 双向或多向密封技术

多向密封技术就是在转子转动时，在任何时候每块扇形板都与2道及以上径向密封片相配合，形成多道密封[13]，根据理论计算及实践运行经验表明，直接漏风量可下降30%左右[4]。大唐洛阳热电厂5号锅炉预热器将扇形板、弧形板向烟气侧加宽了15°，形成双密封效果，大大地减少漏风量[5]。

2.2 接触式柔性密封技术

传统密封技术采用刚性有间隙密封方式，由于空气预热器的蘑菇状变形问题，很难达到一个最佳的动静之间的间隙值。采用柔性接触式密封技术很好改善了这一问题，包括合页式柔性密封技术、弹性自适应密封技术、刷式密封技术、弹片式密封技术。

以合页式柔性密封技术为例，基本工作原理：径向密封片为带弹簧的合页式可活动密封片，在未进入扇形板时密封片合页打开，密封片高出扇形板，当密封片运动到扇形板下面时合页关闭，密封片滑入扇形板下方并与扇形板接触，形成密封无缝隙的密封系统，当该密封滑块离开扇形板后，合页式由于弹簧力的作用再次打开，工作原理如图4[9-10]。内蒙古京科发电有限公司对回转式空气预热器密封装置进行柔性接触式密封技术改造后锅炉漏风率由15%下降到 4.2%[6]。

图4 合页式柔性密封工作原理

2.3 自动跟踪密封技术

自动跟踪密封技术的原理是根据间隙情况自动调节扇形板高度，使其间隙达到最优状态，降低漏风。自动跟踪密封技术有一套完整的自动调节装置，包括间隙探测器、策略控制器、电动执行机构，实现间隙的闭环调整[3,11-12]。

某电厂通过激光测距传感器检测空气预热器转子形变量，由滑阻电位器测量调整扇形板位置，实时计算漏风间隙值并跟踪转子的热态变形，通过实时调整扇形板位置，使其与转子径向密封面之间的间隙值保持在设定范围内，从而减少漏风量[7]。

经过对不同空气预热器密封改造技术对比，最终选择柔性密封改造方案，即预热器冷热端径向密封在硬性密封的基础上增加了一道柔性密封，对径向密封板片、环向密封片、轴向密封片进行了更换，1号、2号预热器转子水平度进行了调整。

3 改造前后空气预热器漏风情况的变化

为了考核机组空气预热器改造后的漏风性能是否达到其保证值的要求，改造前后均进行空气预热器漏风试验。

空气预热器出入口烟道采用网格法利用MRU烟气分析仪测量相关参数。表3为改造前空气预热器漏风率数据。

表3 改造前空气预热器漏风率数据

空气预热器柔性密封改造后采用同样方法及相同位置测量结果如表4。

表4 改造后空气预热器漏风率数据

改造前后漏风率对比情况如图5所示，两台空气预热器漏风治理效果明显，1号空气预热器漏风率减少了3.61%，1号空气预热器漏风率减少了5.43%。

图5 空气预热器漏风治理情况

4 节能分析

4.1 对排烟损失及煤耗的影响[8]

通过改造可降低空气预热器的直接漏风，降低排烟量，直接降低漏风携带的热量，即排烟热损失。

(6)

Q：漏入烟道的风携带热量；D：漏入空气预热器烟气侧空气量；CK：干空气的比热容；TYS：锅炉排烟温度；T0：环境温度。

D=Qg,i(AL1-AL2)

(7)

Qg,i：空气预热器进口烟气量；AL1：改造前实测漏风率；AL2：改造后实测漏风率。

节约煤量：

(8)

H：年利用小时数

年利用小时数按4 870小时计算，结果如表5，年节约标煤共336.6 t，按每吨700元计算，年节约成本23.56万元。

表5 计算结果

4.2 对风机耗电量的影响

在额定负荷下，管道特性不发生改变，风机在线性区工作，认为风机轴功率与流量呈线性关系。空气预热器漏风量减少使同样负荷下锅炉排烟量减少，引风机的功率降低[8]。降低单台引风机功率的计算公式：

(9)

Ny：降低单台引风机的出力；Ny,b：引风机的额定出力；Qy,b：引风机的额定流量，m3/h；ρ1：漏风的平均密度，kg/m3。引风机的相关参数如表6所示。

表6 引风机的相关参数

经计算，1号引风机节能约35.8 kW，2号引风机节能约52.9 kW，引风机节约电耗：(35.8+52.9)×4 870=390 280 kW·h，单价0.37元，年节约约15.98万元 。

由于不易计算一次风机漏入烟气测的一次风量及送风机漏入烟气测的二次风量，上述公式不适用计算送风机及一次风机的节电量。因此进行改造前后空气预热器漏风试验，根据实际运行情况计算送引风机出力情况。表7为改造前后试验机组主要运行参数。

表7 改造前后试验机组主要运行参数

从风机运行电流看，两台送风机及两台一次风机在满负荷情况下，电流共下降约15 A，按机组年利用小时数4 870 h计算，年送引风机节约电量75.83万kW·h，单价0.37元，年节约约28.01万元。

综合计算，空气预热器柔性密封改造后，煤耗及风机的电耗均有所减小，年共节约费用23.56+15.98+28.1=67.55万元。

据经验统计，空气预热器漏风率每降低1%，供电煤耗降低0.16 g/(kW·h)[5]，每年发电量约17.05×108kW·h，按此经验值计算，年节约费用约68.9万元，与以上计算值误差在2%以内，证明了上述计算的准确性。

5 结 论

接触式柔性密封技术是减少空气预热器漏风的有效方式，经过接触式柔性密封改造，1号空气预热器漏风率由8.48%降低至4.87%，2号空气预热器漏风率由9.17%降低至3.74%。

空气预热器漏风率的减少可大幅增加机组的经济性，经过空气预热器密封改造，煤耗及风机的电耗均有所减小，年节约费用67.55万元。