柔性密封技术在回转式空气预热器中的应用

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【摘 要】在火电厂锅炉中，回转式空预器的漏风一直是电厂急需解决的问题。传统的空预器硬性密封虽然也能在一定程度上控制漏风率，但效果并不明显。本文介绍一种无间隙密封技术，由于其独特的密封原理，使得回转式空气预热器的漏风量明显降低，经济性亦有所提高。

【关键词】柔性；空气预热器；应用

一、漏风对锅炉的影响

（一）厂用电增加

当空预器漏风严重时，一次风压也随之降低，易造成一次风管堵管。为保证粉管出力，只能增大一次风机调节挡板的开度，从而增加一次风机和送风机的出力；同时，由于一次风和二次风泄漏到烟气中，烟气流量增加，增大了引风机的负荷，造成厂用电增加。

（二）锅炉经济性下降

机组满负荷运行时，空预器漏风造成引风机调节余量不足，限制了燃烧调整的范围，影响锅炉出力。同时由于二次风的泄漏使得炉内燃烧所需氧量不够，影响机组安全经济运行。由于冷空气进入烟气，导致烟气温度降低，空预器受热面腐蚀和堵塞严重，锅炉热效率降低。另外由于进入磨煤机中的干燥风量不足，使煤中的含水量增加，导致锅炉燃烧效率的下降。

二、影响漏风量的因素

回转式空气预热器主要由运动部件（转子）和静止部件（外壳）组成，动静部件之间存在间隙，这种间隙就是漏风的通道。空预器处于锅炉烟风系统的进口和出口，空气侧与送风机连接，其压力为正压，烟气侧与引风机连接，压力为负值，故空气就可以通过间隙漏入烟气侧，从而产生漏风。这种由于压差和间隙的存在造成的漏风称为直接漏风；还有一种漏风叫携带漏风，是由于空气预热器在转动的过程中将残留在转子传热元件中的空气带到烟气侧造成的。

携带漏风的计算公式为：

LE=π×0.94×60nρA[（R2-rf2）（E+a） ×0.85+（R2-rp2）K]（kg/h）

式中：LE ―― 转子从空气侧旋转到烟气侧的仓格空间中空气携带到烟气中的量（kg/h）；

0.94 ―― 转子构件占据容积的修正系数；

n ―― 转子转速（r/min）；

ρA ―― 进出口空气的平均密度（kg/m3）；

R ―― 转子内半径（m）；

rf ―― 端板半径（m）；

rp ―― 转子中心筒半径（m）；

E+a ―― 传热元件篮子框架的最高线和最低线之间的距离（m）；

0.85 ―― 系数，受热元件的自由流量截面与转子横截面的比值；

K ―― 上下扇形板的密封面之间距离减去（E+a） （m）。

携带漏风在空预器漏风中所占比例较小，一般来说当转速小于5r/min时，该损失不超过1%。因此可以在满足换热性能的前提下，尽量选择较低转速，以减少漏风；同时使转子内尽量充满传热元件，即转子高度不要留有太多的剩余空间，减少空气存留量，减少携带漏风量。

直接漏风是空预器漏风的主要来源，为减少漏风，传统的空预器采用了非接触式密封装置。由于在空预器转子的径向、轴向都存在间隙，因而就造成密封漏风。

直接漏风主要取决于烟空气的压差和密封间隙。其公式如下：

ΣLD=Σ（508.7×A×K ）（kg/h）

式中：ΣLD ―― 各部分直接漏风量的总和（kg/h）；

A ―― 计算处的泄漏面积（m2）；

ρ ―― 计算处的空气密度（kg/m3）；

Δp ―― 计算处的烟空气之间压差（Pa）；

K ―― 阻力系数，取用0.65。

由于不同机组空预器型号、热力温度参数、不同密封装置、预热器的支撑方式不同，泄漏面积的计算方法也不同。同时设备制造、安装时也存在未覆盖的泄漏面积ΔA，这个ΔA是纯经验数据，它与工厂的制造和设计水平以及工地安装的技术水平有关。不同国家有不同的工业和技术水平，所取的数值也应不同。

三、柔性接触式密封装置工作原理

传统空气预热器密封采用刚性有间隙密封技术，在动静间保持一个最小间隙，通过节流达到减少漏风的目的。由于空气预热器转子在运行中存在蘑菇状变形问题，而且当负荷、环境温度发生变化时，这种变形随之改变，所以很难对动静之间间隙值进行调整。与此同时，带灰空气漏向烟气侧，加大了扇形密封挡板的磨损，也改变了间隙值。

与传统的刚性密封方式相比，柔性密封属于接触式密封形式，具有往复伸缩的弹性，可以实现空气预热器转子与扇形板之间的零间隙密封。

柔性接触式密封系统安装在径向转子格仓板上，在未进入扇形板时，柔性接触式密封滑块高出扇形板5 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，下一格仓继续相同的过程，并以此循环进行。运行示意图如图1所示。

四、主要技术特点

（1）采用柔性接触式密封技术，消除了径向间隙，密封效果良好。由于扇形板与径向密封滑块之间没有间隙，气流无法通过，避免了烟气、空气冲刷磨损的问题，从而密封系统能长期运行。

（2）采用合页弹簧技术。对于围带驱动的空预器转子，圆端面有2 ？3mm的跳动量是普遍存在的现象。并且在热态条件下，空预器圆端面和圆周椭圆度均有不同幅度的变形问题存在。由于采用合页弹簧技术，当空预器的转子在热态运行状态下存在变形及适当的端面跳动时，仍能保持良好的密封效果。

（3）密封滑块（自合金）高温下干磨擦系数μ=0.1，对主轴电机驱动电流影响甚小，电流增加不超过1.5A。

五、材料特性

（一）密封滑块

密封滑块采用一种高科技材料：自合金。此种材料在高温无脂的条件下，可以达到很低的摩擦系数，具有耐磨损、耐高温、摩擦系数小、安装方便及更换组件快捷的优点。

（二）弹簧

接触式密封技术的另一核心技术是弹簧，该弹簧为以Al、Ti、Nb强化的镍基合金，该合金在980？？oC以下具有良好的强度、良好的抗腐蚀和抗氧化性能，而且也有较好的低温性能，成形性能也好，能适应各种焊接工艺。

六、柔性密封与硬性密封比较

传统的空气预热器硬性密封虽然也能在一定程度上控制漏风率，但效果并不明显，硬性密封主要是在机组100%负荷时对其密封片进行调整，一旦负荷下降，则无法控制其漏风，经济性不能保证；而柔性接触式密封是无间隙密封，负荷的变化对其影响并不是很大，所以经济性优于传统的硬性密封。

结束语

减少空气预热器的漏风，可以有效提高机组的经济性，同时可以减轻检修的工作量。建议有类似问题的电厂根据自身的实际情况进行柔性密封的改造，以提高设备的可利用率。

参考文献：

[1]骆青业.空气预热器U型接触式柔性密封结构的试验研究，北京化工大学学报，2011年第3期，