空气预热器漏风率控制研究

刘帅

摘要：回转式空气预热器漏风问题对于电厂的能耗指标有较大影响，漏风会导致排烟热损失部分增加，还会增加送、引风机、一次风机的出力和电耗，严重时会造成风机喘振，锅炉不能带满负荷运行。因此减少空气预热器漏风量对于提高锅炉效率，降低能源消耗，提高经济效益具有积极的作用。本文对空气预热器漏风的原因及当前降低空气预热器漏风率的主要技术措施进行了阐述。

关键词：空气预热器；漏风；技术措施

1、前言

回转式空气预热器漏风问题对于电厂的能耗指标影响较大，漏风增加会导致排烟热损失部分增加，同时增加送、引风机、一次风机的电耗，过高的漏风会造成送、引风机、一次风机的出力达到极限，漏风严重时会造成风机喘振，锅炉不能带满负荷运行。在国家节能降耗产业政策日趋严厉的今天，积极开发新技术或者进行设计优化，降低空气预热器的漏风，是需要大力发展的技术。

2、空气预热器漏风原因分析

回转式空气预热器的漏风主要由直接漏风和携带漏风组成，还包括少量转子中心轴部位的漏风。

直接漏风是由漏风带和烟风侧压差引起，主要分为三个方面：转子直径方向（径向漏风），转子外侧轴向方向（轴向漏风）以及转子上下端外缘（旁路或环向漏风）。直接漏风量与密封片两端压差的平方根和漏风带的面积成正比^[1]。

携带漏风是由于转子旋转时，转子仓格（包括换热元件）的缝隙在空气侧填充的一部分空气，在转子仓格旋转到烟气侧时这部分空气会释放到烟气中形成空气泄漏，回转式空气预热器的携带漏风量与其转子的容积及转速成正比。

此外，回转式空气预热器中心筒密封位置存在烟风短路通道，也有部分漏风，称为中心筒漏风，它属于直接漏风的一部分。对于特定工程而言，在回转式空气预热器转子容积、转子转速和传热介质温度已确定的情况下，其携带漏风量保持不变，减少回转式空气预热器漏风量的方法就只有减少直接漏风量。

3、降低空气预热器漏风率的主要技术措施

因为空气预热器的直接漏风量与密封片两端压差和漏风带的面积有关，所以减少漏风量的途径就是减少两端的压差和减少漏风带的面积（密封间隙值）。目前，各锅炉制造厂所采取的降低空气预热器漏风的主要技术措施如下。

3.1、漏风控制系统

在正常的热态运行中，因为转子内部热交换，致使转子热端平均温度高而冷端平均温度低，结果造成转子产生（蘑菇状）变形，导致一些地方间隙增大，一些地方间隙减小。这些间隙不但会造成大量空气泄漏，还可能会造成转子与静止构件之间产生剧烈摩擦，甚至卡死^[2]。漏风控制系统够主动追踪和调整扇形板底面和转子径向密封片之间的密封间隙，将密封间隙维持在整定范围之内，进而减少空气预热器漏风。

3.2、固定式密封

（1）取消间隙自动控制装置

新结构取消上部扇形板间隙自动控制装置，把扇形板直接固定在梁上。这种结构能大大的缩减空预器的维护工作量，以解决自动控制可靠性差，导致预热器漏风增大的难题。

（2）采用双侧静密封

预热器一般设计的上梁与扇形板之间、下梁与扇形板之间原结构采取一侧滑板式静密封，密封板使用焊接螺柱和螺母紧固。改进设计后的新结构采用双侧全密封焊接结构式静密封，彻底解决以往密封板被磨穿易泄漏及固定用螺柱和螺母易脱落造成密封板脱落，引起固定密封破坏，漏风增大的问题；彻底杜绝此处的漏风。

（3）中心筒密封

预热器一般设计的原结构为：预热器热态运行时上部中心密封筒随上轴的热膨胀与上梁之间产生相对位移，而此处设置的密封填料及“Ω”柔性密封环在高温条件下极易损坏，造成泄漏和出灰。

改进设计后的新结构为：取消原结构中心密封筒密封填料、“Ω”柔性密封环和吊杆等元件，把中心密封筒和上梁之间使用全密封焊接构造，完全消除了此处的漏风和积灰。

3.3、双密封结构

和传统的单道密封方案相比，采用双道密封可使直接泄漏降低30%。这可从直接漏风公式2-1得出：

Adl = K•A•(ρ•DLTP/Z)^0.5 2-1

式中K为阻力系数；A为泄漏面积；ρ为原烟气密度；DLTP为原烟气和净烟气的压力差；Z为密封道数。

双道密封通过密封板覆盖两个转子仓格来实现，保证在任何时候，都有两道密封在起作用。采用低转速、宽扇形板设计形式，利于稳定中间密封仓的缓冲作用。

3.4、三密封结构

与双密封结构类似，三密封结构是通过增加扇形板或密封弧板的角度来实现，在每一时刻会有三道密封片与密封板相接触，构成三道密封。因为受到制造和安装空间限制，转子仓格数保持不变，即转子仓格数目仍然为48个，密封板角度由15°加宽到22.5°。

经过公式推导得出，每道密封片两端的压差为风烟压差的1/3，直接漏风可进一步降低，一般来说，三密封结构能够比双密封结构减少百分之十八左右的直接漏风量。

3.5、四分仓空气预热器

四分仓空预器是将压头最高的一次风布置在二次风中间，把一次风与烟气侧隔离，二次风与烟气侧相邻，一次风向二次风泄漏，二次风侧向负压的烟气侧泄

三分仓空预器 四分仓空预器

图 2-1 四分仓空预器比三分仓空预器的漏风少的原理图（注：箭头的粗细代表压差的大小，指向代表漏风方向）

漏。四分仓空预器比三分仓空预器的漏风少的原理图见图2-1所示。由图可知，当三分仓空气预热器与四分仓空气预热器的密封间隙相等时，由于ΔQ₁>ΔQ₃，所以ΔQ₁+ΔQ₃>2ΔQ₃。故四分仓预热器一次风的漏风更小。由于ΔQ₁>ΔQ₂，所以ΔQ₁+ΔQ₂>2ΔQ₂，故四分仓预热器的漏风量小于三分仓预热器。并且文献[3]研究表明与三分仓空预器相比，四分仓空预器能够减少直接漏风量约20～25％。

3.6、其它优化措施

（1）优化热端径向密封结构，扇形板直接由吊杆连接，解决了因扇形板的水平度变化而造成热端径向密封装置性能下降的问题。

（2）冷端扇形板调节装置进行优化，结构简单，操作方便，不易出现因折断而导致无法调整的情况。

（3）下轴与下梁之间的密封结构：将原复杂的铝环+填料的密封结构，改为简单可靠的多层盘根密封结构。

4、总结

空气预热器漏风是提高锅炉效率，降低能源消耗，提高经济效益不可忽视的问题。如何更有效的降低漏风率是需要大力发展的技术。

回转式空气预热器的漏风主要由直接漏风和携带漏风组成，还包括少量转子中心轴部位的漏风。对于特定工程而言，在回转式空气预热器转子容积、转子转速和传热介质温度已确定的情况下，其携带漏风量保持不变，减少回转式空气预热器漏风量的方法就只有减少直接漏风量。

由于空气预热器的直接漏风量与密封片两端压差的平方根和漏风带的面积成正比，减少漏风量的途径就是减少两端的压差和减少漏风带的面积（密封间隙值）。

各锅炉制造厂所采取的降低空气预热器漏风的主要技术措施包括采用漏风控制系统、固定式密封、双密封和三密封结构、四分仓空气预热器以及新型高效径向密封空气预热器等。

参考文献

1. 江丽芳. 关于容克式空气预热器的漏风[J]. 发电设备, 2005(05): 281-284.

2. 李松革. 浅析空预器漏风控制系统的设计[J]. 科技与企业, 2013(03): 327.

[3] 褚达. 基于四分仓空气预热器热力及漏风计算的余热利用系统分析研究[D]. 山东大学, 2017.

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