回转式空气预热器电流波动原因分析

第３５卷第３期　２０１４年９月　电站辅机　Ｖｏ１．３５　Ｎｏ．３　Ｓｅｐ．２０１４　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　Ａｕｘｉｌｉａｒｙ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　文章编号：１６７２—０２１０（２０１４）０３—００２５—０４　回转式空气预热器电流波动原因分析　张爱群　（豪顿华工程有限公司广州办事处，广东广州５１００７０）　摘要：空气预热器可降低机组的排烟温度，提高锅炉的运行效率。大型电站锅炉常采用回转式空气预热器，但在　热态运行时，回转式空气预热器将产生蘑菇状变形，变形后的预热器转子容易与壳体发生干涉现象，使预热器驱动　电机产生电流波动，现以两起回转式空气预热器电流波动的处理过程，分析空气预热器发生电流波动的成因，进而　从合理设置冷态密封间隙和控制热态运行方面，提出消除回转式空气预热器电流波动的措施。　关键词：空气预热器；回转式；膨胀；原理：电流；波动；分析；措施　中图分类号：ＴＫ２６４．１　文献标识码：Ｂ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅＣａｕｓｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｒｏｔａｒｙ　Ａｉｒ　Ｐｒｅｈｅａｔｅｒ　ＺＨＡＮＧ　Ａｉ—ｑｕｎ　（Ｈｏｗｄｅｎ　Ｈｕａ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｏｆｆｉｃｅ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　５１００７０）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｒ　ｐｒｅｈｅａｔｅｒ　ｃａｎ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｅｘｈａｕｓｔ　ｇａｓ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｎｉｔ，ｗｈｉｃｈ　ｉｍｐｒｏｖｅｓ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｏｉｌｅｒ．Ｂｏｉｌｅｒｓ　ｉｎ　ｌａｒｇｅ　ｐｏｗｅｒ　ｓｔａｔｉｏｎ　ｕｓｕａｌｌｙ　ｕｓｅ　ｒｏｔａｒｙ　ａｉｒ　ｐｒｅｈｅａｔｅｒ．Ｂｕｔ　ｗｈｅｎ　ｈｅａｔ　ｓｔａｔｅ　ｒｕｎｎｉｎｇ，ｒｏｔａｒｙ　ａｉｒ　ｐｒｅｈｅａｔｅｒ　ｗｉｌｌ　ｄｅｆｏｒｍ　ｉｎ　ｍｕｓｈｒｏｏｍ—ｓｈａｐｅ　ａｎｄ　ｄｅｆｏｒｍｅｄ　ｐｒｅｈｅａｔｅｒ　ｒｏｔｏｒｓ　ｗｉｌｌ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｓｈｅｌｌ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｅａｓｙ　ｔｏ　ｍａｋｅ　ｔｈｅ　ｈｅａｔｅｒ　ｄｒｉｖｅ　ｍｏｔｏｒ　ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ　ｃｕｒｒｅｎｔ．Ｎｏｗ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｗｏ　ｒｏｔａｒｙ　ａｉｒ　ｐｒｅｈｅａｔｅｒ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｏ　ｄｉｓｃｏｖｅｒ　ｔｈｅ　ｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｎ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ｏｆ　ｃｏｌｄ　ｓｅａｌｉｎｇ　ｇａｐ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｈｅ　ｈｅａｔ　ｓｔａｔｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｏ　ｅｌｉｍｉｎａｔｅ　ｔｈｅ　ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｏｆ　ｒｏｔａｒｙ　ａｉｒ　ｐｒｅｈｅａｔｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｉｒ　ｐｒｅｈｅａｔｅｒ；ｒｏｔａｒｙ；ｅｘｐａｎｓｉｏｎ；ｔｈｅｏｒｙ；ｃｕｒｒｅｎｔ；ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ；ａｎａｌｙｚｅ；ｍｅａｓｕｒｅｓ　０概述　人空气预热器的冷空气约２０℃，因此，可将排烟温　度降得更低，使锅炉效率能达到９０　以上［１］。　机组采用煤粉燃烧时，制粉系统需用热空气烘　干原煤和煤粉。在燃烧过程中，也需用预热空气使　点燃稳定，使燃烧更快更完全。因此在现代化大型　电站锅炉上，空气预热器是一个不可缺少的受热　面　。　空气预热器利用烟气的热量预热空气，空气经　预热后，再被送进炉膛参加燃烧，可使燃料的燃烧状　态更稳定（不易灭火），提高了燃烧效率。另外，用烟　气加热空气，可更好地降低排烟温度，减少排烟的热　损失，提高锅炉效率，起到节能减排的作用。　现代电厂都采用了给水预热（回热循环）系统，　空气预热器主要有管式、回转式两种。前者主　要用在工业锅炉上，后者用在大型电站锅炉上。目　以提高电厂的运行效率。在中压电厂中，回热系统　的给水温度是１７２℃，高压电厂的给水温度为　２１５℃，超高压电厂的给水温度则高达２４０℃。因　此，仅靠省煤器受热面降低排烟温度已很困难，而流　收稿日期：２０１４—０１—２６修回日期：２０１４—０２—２Ｏ　前，在我国大容量机组中常采用回转式空气预热器。　根据密封方式，回转式空气预热器可分为固定密封　方式和可调节密封方式，使用较为广泛的是固定密　作者简介：张爱群（１９７５一），男，学士，应用工程师，从事大型发电厂ＧＧＨ、空气预热器、风机设备的故障处理、检修和改造工作。　２５　电站辅机总第１３０期（２０１４　Ｎｏ．３）　封方式。　１　空气预热器的结构　回转式空气预热器的设计目的是为燃烧提供所　需的热空气，当烟气经过空气预热器换热元件时，烟　气携带的一部分热量传递给换热元件，而换热元件　又在空气侧将热量传递给空气。这样，由于空气预　热器回收了烟气的热量，降低了排烟温度，提高了燃　料与空气的初始温度，强化了燃料的稳态燃烧，因而　进一步提高了锅炉效率。　回转式空气预热器主要部件为转子、换热元件、　壳体、扇形板、弧形板、过渡烟风道、顶底轴承等，还　包含了吹灰枪、驱动装置等附属设备。　转子是空气预热器的核心部件，其中装有换热　元件。从中心筒向外延伸的主径向隔板，将转子分　为２４仓，当空气预热器的型号大于或等于２４．５　ＶＮ　（Ｔ）时，这些分仓又被二次径向隔板分隔成４８仓。　主径向隔板和二次径向隔板之间的环向隔板，可起　到加强转子结构和支撑换热元件盒的作用。转子与　换热元件等转动件的全部重量由底部的球面滚子轴　承支撑，而位于顶部的球面滚子导向轴承则承受径　向的水平载荷。　对于两分仓设计的空气预热器，烟气和空气分　别流经转子的两侧，两种气流之间由固定式扇形板　和轴向密封板进行分隔。气流的方向为：烟气向下，　空气向上。为了将空气至烟气的漏风率降至最低，　空气预热器各向密封系统的设计和布置起着至关重　要的作用。　三分仓设计的空气预热器可通过三种不同的气　流，即烟气、二次风和一次风。烟气位于转子的一　侧，而相对的另一侧则分为二次风侧和一次风侧。　上述三种气流之间各由三组扇形板和轴向密封板相　互隔开。烟气和空气流向相反，即烟气向下、一次风　和二次风向上。通过改变扇形板和轴向密封板的宽　度，可以实现烟气与风侧的双密封和三密封，以满足　电厂对空气预热器总漏风率和一次风漏风率的要　求。　转子外壳封闭了转子，在转子外壳的上、下端均　连有过渡烟风道。过渡烟风道一侧与空气预热器转　子外壳连接，一侧与用户烟风道的膨胀节相连接，其　高度和接口法兰尺寸可随用户要求而改变。转子外　壳上设有外缘环向密封条，由此控制空气至烟气的　２６　直接漏风和烟风的旁路量。　转子外壳与空气预热器铰链端柱相连，并焊接　成一个整体支撑在底梁结构上。转子外壳烟气侧和　空气侧分别由两套铰链侧柱将转子外壳支撑在钢架　上，该支撑方式可使转子外壳在热态时能自由向外　膨胀。　中心驱动装置直接与转子中心轴相连。驱动装　置包括主驱动电机、备用驱动电机、减速箱、联轴器、　驱动轴套锁紧盘和变频器等，根据设计要求，启动驱　动装置时，必须通过变频器进行启动，以降低启动力　矩，保护减速箱和传动机构。　空气预热器的静态密封件由扇形板和轴向密封　板组成。扇形板沿转子直径方向布置，轴向密封板　位于端柱上，与上、下扇形板组成一封闭的静态密封　面。转子径向隔板及外缘轴向均装有密封片，通过　有限元计算和现场的安装调试经验，合理设定密封　片的间隙，可将空气预热器的漏风率降至最低。在　转子顶部和底部外缘角钢与外壳之间，均装有外缘　环向密封条。　２空气预热器的膨胀状态　空气预热器进入热态工况后，由于转子受高温　烟气的冲刷，其构件将产生热变形，除径向和轴向膨　胀外，还会出现“蘑菇状”形态，转子热端的直径增大　较多，冷端的直径增大较小，形成向内凹进的平截圆　锥体，如图１所示。　图１　热态工况下形成的圆锥体　中心筒受底部支撑轴承限位的影响向上延伸，　使转子冷端内侧的间隙点拉开。而外侧受转子重量　的影响下垂，轴向密封受转子圆锥体变形的影响，呈　倾斜状态；转子的圆周旁路密封，是靠外环密封片与　转子外缘的角钢间隙进行密封。　电站辅机总第１３０期（２０１４　Ｎｏ．３）　卡死事故。此外，当机组负荷为５５０　Ｍｗ时，该空　气预热器电流的波动就会增大，据此排除了空气预　热器壳体保温不够和外界环境温度变化所导致的电　须从冷态密封间隙的设置和热态运行两方面进行控　制。空气预热器的安装或检修时，对径向、轴向、环　向的密封间隙，一定要按照图纸要求进行设置，并应　Ｔ舳流波动。平时巡检驱动装置时也没有杂音，可排除　驱动装置零部件缺陷导致的电流波动。查看Ｂ空　气预热器运行的历史曲线，当电流发生波动时，发现　空气预热器转子每旋转一圈，都对应有２个电流峰　值出现，如图４所示。　仔细检查，消除局部凸点，其中顶部转子外缘角钢与　外环密封片的间隙、底部转子外缘角钢与底部扇形　板及底部外环密封片的间隙对空气预热器电流的影　响非常大，安装后需要重点检查。　对于新安装或刚检修完毕的机组，为防止空气　预热器转子与壳体不同步膨胀而产生动、静件干涉，　机组升负荷时需要控制节奏和幅度，避免转子受热　膨胀过快。当空气预热器出现电流波动时，机组宜　采取阶梯式升负荷的运行方式。　由动、静件摩擦所导致的电流波动，原则上都可　图４空气预热器运行的历史曲线　以通过阶梯式升负荷的方式进行改善和控制，譬如　机组在升负荷的过程中，需观察电流的波动情况，稳　定运行４　ｈ后，才可升至满负荷运行。这样，不仅有　利于空气预热器的安全运行，还可得到空气预热器　最优的磨合间隙，减少了空气预热器的漏风，达到经　济运行的目的。　图４所示曲线上，有２个明显的电流波动点，这　与现场检查情况相吻合，因此判定空气预热器电流　波动的原因是两处外环密封的动静件磨蹭所引起　的。调整了两处有磨蹭处的间隙，使间隙尺寸为３５　～４０　ｍｍ，再次启动后，预热器的运行电流趋于稳　定。　参考文献：　４　结语　［１］冯俊凯，沈幼庭．锅炉原理及计算［Ｍ］．北京：科学出版社．１９９２．　［２］张爱群．电站辅机［Ｊ］．空气预热器二次燃烧的成因及预防，２００９　（】２）．２７　３Ｏ．　在热态工况下，空气预热器旋转件与静态件之　间的干涉，导致了空气预热器的电流波动，为此，必　（上接第７页）命的优点，提高了电厂运行效率，降低　了维修成本，减少了维护的工作量。这一点得到了　美国电力研究协会（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＥＰＲＩ）调研结果的验证。该协会调研了　◆…ｌ◆…◆…Ｉ◆…Ｉ４－ｌ…Ｉ◆　４－　Ｉ◆ｌ　Ｉ◆…◆…◆…ｌ◆…◆…◆…Ｉ◆…◆…１◆…｝◆…ｌ◆…◆…Ｉ◆…ｌ４－…◆…Ｉ◆…◆…◆…Ｉ◆…◆…◆…ｌ◆ｌＩｌｌ◆ｌｌＩ◆¨Ｉ◆｛ｌｉｌｌ◆ｌｌＩ◆１ｌＩｌ◆　４－…◆Ｉ　ＩＩ◆…１４－…Ｉ◆ｌ１１｛◆¨ＩＩ◆…◆ｌＩＩｌ◆ｌＩ｝◆　器，从而显示出相对较好的运行状态，与此相比较，　ｕ形管式加热器则显露出高频率的维修率，并且时　常发生对换热器进行整台更换的情况。　５１个电厂（其中３５个在美国，１６个在欧洲）的２００　台高压加热器的损害频率和原因，其分析结果，如　图６Ｎ示。　９０　兰！　！堡！　！！　！竺　！　一一一一一一一…一…．　－Ｅｕｒｏｐｅ　５结语　对大型火电机组高压加热器的运行分析表明，　传统的Ｕ形管式高压加热器将面临更多在设计方　面上的挑战，而蛇形管式高压加热器拥有温度梯度　小、变化速率大及使用寿命长的特点。随着国内电　力工业向高参数、大容量机组发展，蛇形管式高压加　热器的应用将会得到推广，在大型火电机组中的应　＿Ｕｎｉｔｅｄ　用前景会更为广阔。　参考文献：　Ｔｕｂｅ　Ｔｕｂｅ－ｔｏ－．．Ｔｕｂｅｓｈｅｅｔ—ｔｏ　－ｗａｔｅｒｂｏｘ　Ｏｔｈｅｒ　ｔｕｂｅｓｈｅｅｔ　［１］蔡锡琮．高压给水加热器Ｉ－Ｍ］．北京：水利电力出版社，１９９５．　［２］高压加热器安装使用说明书［Ｄ］．　［３］Ｈｅａｄｅｒ－ｔｙｐｅ　Ｆｅｅｄｗａｔｅｒ　Ｈｅａｔｅｒｓ　Ｒｅｎａｉｓｓａｎｃｅ　ｏｆ　Ｓｕｐｅｒｉｏｒ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｌａｎｔｓ［Ｃ］．Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ：ＶＧＢ　ＰｏｗｅｒＴｅｃｈ　１０，２００７．　Ｓｏｕｒｃｅｓ　ｏｆ　ｄａｍａｇｅ一　图６美国电力研究学会的调研结果　由于欧洲电厂更广泛地采用了蛇形管式加热　２８