回转式空气预热器三维动态复合密封节能系

空气预热器（简称空预器）是火电厂主要的助燃空气预热设备，火电机组大多采用回转式空气预热器。由于燃煤机组向大型化、高参数方向发展，单位时间燃煤量增多，所需助燃空气量也较大。因此，空预器的设备体积庞大，内部结构较为复杂，漏风点较多，漏风率也较大，造成送风机出力增多、电耗增加；同时，设备中密封片与扇形板的碰磨概率增大，引起转子卡停及发电机组非停概率增大

国内已有超过4500台回转式空预器投入运行。但是，回转式空预器漏风率一般为5～10％，如果制造工艺或维护不好甚至会达到20％。降低回转式空气预热器漏风主要有三种措施：(1)降低漏风系数；(2)降低烟风两侧的压力差；(3)减少漏风间隙面积；上述前两种措施，已作为成熟技术应用于空气预热器上，但减少漏风量较为有限；第三种降低漏风量的方式较为常用，且改进空间和效果都相对较大，固定密封片已成熟应用于各类火电机组，径向密封、环形密封和轴向密封改造及密封跟踪控制系统优化等常规措施进行治理，由于常规密封措施仅能静态调整漏风间隙，如机组负荷发生变化，则密封效果较为有限，且很难进一步降低漏风率

此成果主要对空气预热器热端及冷端的柔性密封装置以及转子热态变形量预测。目前，市面上的空预器密封设备主要以机械密封为主，并没有考虑由于机组负荷变化，引起空预器内温度变化，造成空预器转子的热变形，密封效果提升空间较为有限；由于空预器内温度受负荷影响较大，转子随温度变化引起的热变形量也会产生实时变化，仅采用固定密封或存在一定密封裕量的密封片，并不能保证在长时间下的安全稳定运行，且空预器内多灰高温的恶劣运行条件，也使得常规密封装置的使用寿命运行安全性大大低于预期目标

此成果为了克服上述常规密封装置存在的缺点，采用自行设计的双密封结构来提高空气预热器的密封效果。贴附式/垂板重力密封装置安装在空气预热器转子的热、冷端径向隔仓板上，使扇形板和转子形成双道间隙密封，从而有效减少漏风面积，降低漏风率。空气预热器是一个转动设备，其动静部件之间势必存在间隙，再加上高温烟气与低温空气之间存在压力差，不可避免地就有预热空气向烟气侧的泄漏。空气预热器在高温烟气与低温空气之间的热交换循环过程中，会产生复杂的综合变形，对密封系统产生很大的影响。研究表明，变形沿径向呈非线性变化，如不能较为准确预测转子变形量。为了进一步提高空预器密封装置效果，防止由于负荷变化较大，引起转子热变形、动静碰磨以及漏风率加大，需对转子热变形进行理论计算，分析其随负荷变化的规律以及对漏风率的影响；此外，采用数值模拟软件，对空气预热器转子进行热态变形模拟分析，结合对转子的蘑菇状变形量进行理论计算，得到转子的径向隔板上端在高温烟气冲刷下的轴向热变形位移量

通过复合式密封技术以及扇形板变形量预测技术，可有效减小空气预热器的漏风量，提高空气预热器的运行经济性

实施前空预器漏风率9.55%，改造后空预器漏风率4.38%。改造后厂用电率降低0.456%，供电煤耗降低0.41g/kWh，每年节约标煤5123.73吨，每吨标煤600元/吨，每年节能收益307.4万元

项目实施，以本技术列入山西“十三五”节能环保产业发展规划为契机，实现在山西火电机组上的应用推广。该技术产品将成为国内火力发电厂节能减排重点推广的高效节能产品。另与火电机组灵活性改造结合，实现机组煤耗降低3~5g/kWh。按年改造5台炉计，可节约标煤1.3万吨/年，节约燃料成本702万元/年，年可减少烟尘排放0.3万吨/年、CO2排放20万吨/年、SO2排放0.5万吨/年、NOx排放0.4万吨/年，碳排放0.3万吨/年目标