管箱預熱器工作原理:較為簡單,煙氣從管箱外部流經,空氣從管箱內部通過,通過溫差不同傳熱。與省煤器、過熱器等原理相同。

回轉式預熱器的工作原理是:預熱器轉子部件由數萬計的傳熱元件組成,當空預器緩慢旋轉,煙氣和空氣逆向交替流經空氣預熱器。蓄熱元件在煙氣側吸熱,在空氣側放熱,從而達到降低鍋爐排煙溫度,提高熱風溫度的預熱作用。

影響回轉式空氣預熱器性能的關鍵問題是:漏風、腐蝕和堵灰。在設計管式空氣預熱器時,應合理地選用空氣流速和管箱尺寸,或者沿氣流方向加裝防振隔板,以防止引起空腔共振。防振隔板還有消除噪聲的作用。回轉式空氣預熱器的漏風是一個重要問題,應從設計、制造、安裝和運行等方面采取措施,使其在熱狀態下動靜組件之間保持合理的密封間隙。燃用高硫燃料時,管式和回轉式預熱器均易產生腐蝕和堵灰。防止的措施有:在空氣進口處加裝暖風器或采用熱風再循環;采用低氧燃燒或摻燒添加劑,以減少煙氣中SO2 氣體的生成量;定期吹灰,以保持受熱面清潔;受熱面采用耐腐蝕的材料等。

管式型

管式空氣預熱器的主要傳熱部件是薄壁鋼管。管式空氣預熱器多呈立方形,鋼管彼此之間垂直交錯排列,兩端焊接在上下管板上。管式空氣預熱器在管箱內裝有中間管板,煙氣順著鋼管上下通過預熱器,空氣則橫向通過預熱器,完成熱量傳導。

管式空氣預熱器的優點是密封性好、傳熱效率高、易于制造和加工,因此多應用在電站鍋爐和工業鍋爐中。管式空氣預熱器的缺點是體積大、鋼管內容易堵灰、不易于清理和煙氣進口處容易磨損。

回轉式型

回轉式空氣預熱器是再生式空氣預熱器最常見的形式,它是利用煙氣和空氣交替地通過金屬受熱面來加熱空氣。回轉式空氣預熱器按運動方式可分為受熱面轉動和風罩轉動兩種,本爐的兩臺空氣預熱器為三分倉受熱面旋轉式空氣預熱器。

轉子旋轉式空氣預熱器由圓筒形轉子和固定的圓筒形外殼及驅動裝置組成。

大量未燃盡的可燃物沉積在傳熱元件上是空預器著火的必要條件,也是關鍵所在。空預器的傳熱元件由薄板組成,排列很密,單位體積受熱面很高,在其下部金屬溫度低,低負荷運行時最低,很容易積灰。在鍋爐最初調試階段,在點火(油點火)以及長期低負荷運行的情況下(投油),因燃燒不完全,從爐膛帶來的凝結油霧和未燃盡的可燃物堆積在空預器中層下部及冷端傳熱元件上,這是著火的根源。

造成大量油霧和未燃盡可燃物堆積在空預器上的主要原因有:

1、機組設備故障多,運行調試人員經驗不足,造成調試周期過長,燒油過多,而且燃燒不好;

2、油壓或霧化汽壓不適當,汽孔、油孔堵塞,霧化不佳;

3、配風不當;

4、點火器漏油;

5、長期低負荷運行,鍋爐啟停次數多;

6、空預器吹灰器未能有效投入。在鍋爐啟動和低負荷運行時,由于冷端金屬溫度低,使空預器易積灰,這時應加強吹灰。然而由于某些原因啟動初期吹灰介質的汽壓和汽溫不足,過熱度低,吹灰效果不理想。

著火的預防措施

盡量減少在空預器上沉積未燃盡可燃物

其關鍵是使燃料完全燃燒。用油點火及低負荷投油時,油溫、油壓、汽壓應合適,使油霧化良好,配風正確;油槍不堵塞,不漏油;燃燒穩定、充分,以盡量減少未燃盡的可燃物。

加強對空預器的監視

機組啟動前應對空預器全面檢查,若發現或判斷空預器有較多未燃盡的可燃物堆積時,決不能投入熱態運行,一定要進行水清洗,然后烘干。應保證吹灰器能正常投入,吹灰介質參數合格。

運行過程中,特別是啟動、熱備用后再啟動以及空預器突然停轉和停爐后,應嚴密監視空預器的端點溫度(空預器煙風進、出口溫度)。若其中的一點或多點溫度不正常升高,則應立即分析研究,以便即時發現著火。例如,運行時排煙溫度超過正常值30℃左右就預示可能著火,若繼續升高就認為已著火,若溫度繼續升高肯定著火。當停爐后,空預器已停止轉動,入口煙溫不變或變化很小時,而出口煙溫起初緩慢增加,后急劇上升,也表示空預器著火。運行人員應監視爐膛火焰,定期觀察煙囪。空預器轉子停轉后,應觀察傳動電機電流。

經驗表明,著火最有可能發生在停爐后的幾小時之內,而此時大部分運行人員已撤離現場,留守人員往往不注意空預器的端點溫度,當突然發現著火時,一般已燒了1h以上,使損失增加。因此,熟悉預熱器性能和操作規程是監視空預器的前提。

裝設著火探測系統

紅外線著火探測系統:在空預器空氣側入口或出口安裝數個紅外線探頭,探頭做直線運動,在預熱器轉動時,對所有傳熱元件進行1次掃描約需10min。若空預器局部著火,發出的紅外線超出正常水平,系統就發出報警信號。該系統的優點是靈敏度高,能早期探測出著火情況。這時立即投入大量水滅火,一般很快就能將火撲滅。

有效吹灰

大量的積灰除容易產生著火外,還會降低傳熱效率、增加空預器的阻力。因空預器冷端最容易積灰,所以通常在空預器出口煙氣側裝有吹灰器。為防止著火必須有效吹灰,正常運行時一般8h吹1次;啟動期間每4h吹1次;停爐前也應吹灰;點火期間、長期低負荷運行或堵灰嚴重時應增加吹灰次數。

啟動初期,若吹灰蒸汽參數達不到要求,可用壓縮空氣吹掃。

正確水清洗

空預器吹灰器的作用是有限的,例如空預器中間層下部傳熱元件易堵灰,吹灰器一般不能清除。因此進行正確的水清洗也很重要。另外,某些可燃物結垢也只能用水沖洗來清除。一般水清洗周期為1~2次/年。水清洗后一定要烘干空預器,否則空預器將很快發生腐蝕、堵灰。

⒉6 增設消防水系統

在空預器的煙氣側、一次風和二次風側均裝有環行消防水管道,管道上安裝數十個噴咀。

空預熱器著火處理

空預器的著火常起源于中間層下部和冷端傳熱元件。從局部極小面積著火到大面積燃燒需要較長時間,通常需1~2h,有時更長。為了減少損失,就盡快判斷是否著火。通常從空預器端點溫度著手,有時通過空預器空氣出口入的觀察孔觀測是否著火,如發現著火應立即關閉觀察孔,著火嚴重時有煙氣泄漏或明顯輻射,煙囪冒黑煙。

當發現空預器已著火,應立即手動MFT,停止引風機運行,隔離空預器,關閉空預器進、出口擋板。空預器保持轉動,消防水和多噴咀清洗水管路立即投入滅火,同時打開煙風道上的排水口。經驗表明,用泡沫、化學物或蒸汽來悶熄火焰效果均不好,此時保證消防水量很關鍵。空預器著火后絕不能打開入孔,防止空氣進入助燃。萬不得已時,如消防水和清洗水管道故障而沒有水投入,可以打開入孔,用電廠消防水滅火。注意滅火一定要徹底,并認真檢查決不留后患。

1、經解體檢查發現接觸器內部同一槽內主接點(B相)與輔助接點(A相)在送電時引起短路,觸頭燒毀,分析在減速機油泵熱偶動作時,接觸器內部已因過熱而燒損,送電時引起短路。

2、空預器減速機油泵接線為螺絲壓緊線頭的方式,受外力作用容易脫開,造成電機缺相運行。

3、運行人員在送電時僅搖測電機絕緣,而未搖測接觸器的絕緣(接觸器上還有空氣開關)。

4、原設計上存在問題,空預器為2路電源,正常運行時分別帶1臺空預器及其輔助設備運行,2路電源互為暗備用,且為互聯動,這樣在一路電源發生永久性故障的情況下,另外一路電源自投于故障點上,致使2路電源均失電,造成空預器均停,直接威脅機組正常運行。

二、采取措施

1、同一槽內主接點與輔助接點接為同一組。

2、對空預器電機電纜在離接線盒10 cm處進行固定,其它電機有類似情況也同樣加固。

3、對有接觸器和空氣開關的接線,在故障掉閘后檢測絕緣時,同時檢測接觸器上下口絕緣,都合格后方可送電。

4、運行方式上原2路電源各帶1個空預器,2路電源為暗備用,應改為明備用或取消自動互聯(在1臺空預器故障情況下,查明情況后手動送電)。

5、對掉閘設備,檢修人員進行處理時應同時檢查開關或接觸器切斷故障后有無燒損等情況。

通過對空預器回路的改造以及運行檢修方面采取措施后,空預器未發生類似情況,從而有效地防止了因此導致的停機。

1、由于轉子轉動,必然會將格倉中的空氣帶入煙氣中而形成攜帶漏風。

2、由于轉子轉動,動靜之間必然存在間隙,煙氣側為負壓,空氣側為正壓,因此由壓差的存在而使空氣漏向煙氣負壓側而形成直接漏風。

①空預器漏風控制系統(LCS)一直工作不正常,運行中熱端扇形密封擋板不能自動跟蹤轉子的 蘑菇狀變形以減小漏風間隙,而且帶灰空氣漏向煙氣側時造成扇形密封擋板嚴重磨損,進一步增大了漏風間隙,而漏風量的大小與漏風區域面積成正比,因此空預器漏風劇增。

②由于鍋爐燃用熱值低、灰份高的廣旺貧煤和空預器換熱元件特別是低溫段換熱元件的低溫腐蝕等原因,造成空預器換熱元件積灰、堵灰嚴重,流道堵塞后增大了流通阻力,造成空氣側與煙氣側壓差增大,而漏風量的大小與壓差的平方根成正比,因此堵灰又加劇漏風。

二、漏風治理措施

1、漏風治理措施的探索。空預器配有漏風控制系統(LCS),由于扇形密封擋板可以調節,在空預器外殼和可調扇形密封擋板之間設有滑片密封條。長時間運行后,這些密封條被磨損, 形成一條縫隙,使空氣和灰塵可以在扇形密封擋板背后通過,這樣一方面增加了空預器的漏風,另一方面隨著灰塵的積累,限制了扇形密封擋板的移動。因此,從其工作環境就決定了空預器漏風控制系統(LCS)工作的不可靠性,換句話說,投入大量人力、物力恢復漏風控制系統(LCS)得不償失。

相反,豪頓華工程有限公司的容克式空預器 VN 設計技術則取消漏風控制系統(LCS),在扇形密封擋板、軸向密封擋板和外殼之間焊接新的板條,將扇形密封擋板和軸向密封擋板固定在某一位置,形成完整的焊接結構,從而消除了二次漏風的可能。當然,在固定之前應預先計算出扇形密封擋板和軸向密封擋板固定的位置,以保證在任何負荷情況下扇形密封擋板和軸向密封擋板均能適應轉子熱態變形。同時,采用"雙道密封"來加強現有空預器的徑向和 軸向密封效果,它是通過加倍掠過徑向軸向密封板上的密封片的數量來實現的。這樣,煙氣 空氣流壓力之間有一個中間壓力,使得兩股氣流之間壓差減小一半,也可以理解為迷宮式的 "雙道密封"增大了空氣流向(漏向)煙氣側的流動阻力,這樣可以有效地降低漏風率。

經反復研究、比較,決定采用豪頓華工程有限公司的 VN 設計技術對容克式空預器密封系統進行改造,以控制空預器的漏風。

2、利用空預器換熱元件已到使用壽命應全部更換的機會,委托豪頓華工程有限公司采用其容克式空預器的 VN 設計技術,以鍋爐在燃用廣旺煤并摻燒4 000 Nm/h天然氣的 M CR 工況為改造設計基礎進行改造設計。

①改造前后設計參數對比(見表1);

②改造前后換熱元件變化的對比(見表2);

③取消漏風控制系統(LCS),固定所有的扇形密封板、軸向密封板,并加裝二次徑向隔板,使徑向和軸向密封片加倍;

④根據轉子隔倉變化選用豪頓華工程有限公司換熱元件板型重新設計換熱元件外形尺寸;

⑤因扇形板和熱端中心筒密封盤的重量轉移到上連接板上,因此取消四根懸吊螺桿,將熱端中心筒密封盤固定在上連接板上,并把中心筒密封盤軸封焊死。

3、校核推力軸承承載能力。空氣預熱器底部推力軸承為 45 BV 型可傾瓦式滑動軸承,其承載能力為 263 083 kg,即 263 t。改造前空氣預熱器轉子重量為190 t,改造后轉子重量 為 200 t,比推力軸承設計的最大支撐重量低得多,因此不會影響軸承使用。

三、漏風治理經濟性分析

由于改造前后鍋爐使用的燃料等條件不可能完全相同,以下僅以機組在空預器改造前后滿 負荷工況下作粗略對比分析。

1、空預器改造前后滿負荷工況下主要性能參數比較(見表3)

2、空預器換熱元件已到使用壽命,庫房內換熱元件備件已用完,此時進行空氣預熱器改造即改造了密封裝置,又更換了換熱元件,可謂一舉兩得。

3、漏風率降低,可保護鍋爐燃燒氧量充足,減少鍋爐不完全燃燒熱損失和排煙熱損失,排煙溫度降低了19 ℃,鍋爐效率大致提高1%,每年可節約標煤7 200 t。同時,熱風溫度 提高了30 ℃,有力地保證了廣旺貧煤的著火和穩定燃燒。

4、漏風率降低,減少了空氣和煙氣流量,降低送風機、引風機電耗 300kW·h,每年大約可 節省廠用電 180萬kW·h,同時也避免了因風機出力不足而影響整臺機組的出力。

5、漏風率降低,減少了空預器出口煙氣流量,降低了煙氣流速,從而使靜電除塵器的效率增加,同時所有在空預器下游的設備磨損降低,其維修、維護量大大減少。

6、對空預器本身,漏風率減小,空氣側漏向煙氣側的流量下降,流速降低,各易磨損件的壽命也延長,維修、維護工作量減少。

7、取消漏風控制系統(LCS),徑向滑片密封條、軸向正滑片密封條、各密封擋板的位置校正 等維修工作可完全取消,簡化了檢修工作,同時減少了空預器的檢修工作量。

空氣預熱器排煙溫度高的主要原因:

由于電站鍋爐的空氣預熱器普遍排煙溫度較高,而較高的排煙溫度造成鍋爐效率下降,所以制粉系統干燥出力不足,長期運行,很不經濟。這是預熱器行業普遍共性的問題,通過對電廠調研,可以看到預熱器排煙溫度高的主要原因是:

1、設計缺陷嚴重,如對鍋爐實際設計參數的分析,對預熱器選型計算的疏忽,錯誤的選用傳熱元件板型和預熱器型號等造成了預熱器存在先天不足。這是預熱器換熱能力不足的主要原因。

2、制造質量太差,預熱器內部傳熱元件有嚴格的尺寸要求,幾何學上微小的差異也會造成預熱器換熱能力的天壤不同,因此,在制造時由于傳熱元件板厚的變化、元件之間內部組合尺寸的差異,均會大副影響預熱器的換熱能力。這也是預熱器換熱能力不足的主要原因。

3、制粉系統的漏風過大,制粉系統的漏風過大,造成進入預熱器的有組織風量減少,造成預熱器排煙溫度高。

4、爐底漏風的增加,原理同制粉系統,都是經過預熱器的有組織風風量減少。

5、其他原因。

解決辦法:針對具體原因進行分析后,進行性價比較高的改造,如果預熱器先天不足,則需重新更換。所以對于預熱器的設計問題的重視,才是其性能的有力保障。