1000 MW机组三分仓回转式空预器优化改良

摘 要：详细介绍了某电厂1 000 MW机组三分仓回转式空气预热器面临的漏风率增加、脱硝装置投运等问题，利用机组检修期间对问题集中改造。同时对三分仓回转式空预器存在的漏风率问题进行改良，避免了脱硝装置投产后空气预热器的驱动问题。针对空预器漏风缺陷提出其他可行的改造措施，为回转式空气预热器的构造变更、漏风率改良及运行维护提供建议。
关键词：空气预热器；驱动装置；漏风率；改造
1 背景资料
1.1 电厂机组情况分析
某电厂四期锅炉的系统设计及性能设计由东方锅炉（集团）股份有限公司（DBC）/东方日立锅炉有限公司（BHDB）与日本巴布科克-日立公司（BHK）共同完成，性能保证由日本巴布科克-日立公司（BHK）独立完成。
工程装设两台1 000 MW燃煤汽轮发电机组，锅炉为高效超临界参数变压直流炉、一次再热、平衡通风、运转层以上露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。设计煤种及校核煤种为兖矿煤和济北煤矿的混煤。
锅炉出口蒸汽参数为26.25 MPa（a）/603 ℃，对应汽机的入口参数为25.0 MPa（a）/600 ℃。
汽机额定功率（TRL）1 000 MW，对应汽机VWO工况的锅炉的最大连续蒸发量（B-MCR）为3 033 t/h。机组烟风系统按平衡通风设计。
1.2 空预器参数
空预器采用容克式三分仓，分成一次风、二次风和烟气系统三个部分。空预器出口的热一次风和调温风一次风均设有母管。为防止环境温度较低时空预热器冷端腐蚀，进入空预热器的二次风在风机的进口设有暖风器。
空预器型号VI-34.5-2 600，转子直径17 286 mm，蓄热元件高度自上而下分别为1 150 mm、1 150 mm和300 mm。空预器重量约2 321 t，其中转动重量约占总重的76%。转子采用模数仓格结构，每个仓格为20°，为布置双密封结构，每个仓格又分隔为二，全部蓄热元件分装在18个模数仓格内，每个模数仓格利用一个定位销和一个固定销与中心筒相连接。具体结构如图1所示。空气预热器主要参数如表1所示。


1.3 国内研究现状
杨鑫等[1]对1 000 MW锅炉机组的空气预热器因设备缺陷导致经常出现问题的情况进行了故障检测及解析，针对故障的原因及可操作
性提出了改良措施，对回转式空气预热器在机组运行中容易出现的问题进行一一列举并提出了防范措施。宋凯等[2]对600 MW锅炉机组中空气预热器漏风原因进行了分析验证，并提出了柔性密封代替刚性密封的改造方案，显著降低了空气预热器的漏风率。邬东立等[3]对600 MW SCR脱硝机组空气预热器的堵塞原因进行了分析，并提出了通过改进SCR系统、调节锅炉低负荷时燃烧、吹灰冲洗空气预热器等方式改良空气预热器的堵塞状况。王晶晶等[4]对回转式空气预热器的漏风情况与热风、排烟温度等因素的影响进行了分析，得出了漏风位置与热风温度的影响规律。杨菁[5]围绕350 MW机组回转式空气预热器进行了降低漏风率的密封改造，提出了降低漏风率的基本措施，并对电厂机组进行了改造的可行性分析，提出了改良建议。国内的诸多学者针对锅炉机组空气预热器的漏风率进行了大量研究，但对于1 000 MW锅炉机组的空气预热器改良方面所做的工作还比较少，本文针对某电厂1 000 MW机组空预器为保证漏风率、避免脱硝装置投产后发生的堵塞情况，对驱动装置、蓄热元件、密封装置进行全面升级改造，并对改造后的空预器运行情况进行描述，为1 000 MW机组的空预器改造提供参考。


2 空预器的改造
2.1 改造目的
在现有空预器转子空间内对空预器进行改造，在不降低锅炉经济性的基础上，避免空预器在脱硝装置投运后发生堵塞而影响机组的长周期安全运行。
根据空预器目前设备状况，改造方案要求保持空预器转子大小、利用原转子仓格，更换高温段、中温段和低温段换热元件；为保证排烟温度，可适当增加换热面积。新型蓄热元件的设计、安装不能降低或者影响原设备设计出力和安全稳定性，以及其他设备和整体系统的经济性能和出力。
2.2 主要改造措施
2.2.1 空预器驱动装置整体换型
驱动装置为三轴输入，驱动装置配备主、副驱动电机和气动马达盘车装置，取消换向器。空预器驱动装置的主驱动电机和副驱动电机均采用变频拖动，两个变频器分别采用不同的供电电源。当主或副驱动电机通电工作时，气动马达停止工作；主、副电机实行联锁保护。当主驱动电机失去驱动电源或电机失效时，副驱动电机能自动启动。主、副驱动同时故障时自动启动气动马达运行。
2.2.2 空预器蓄热元件改造
更换全部蓄热元件，冷端蓄热元件采用表面镀搪瓷元件，新元件安装前对空预器冷端仓格板进行改造。
2.2.3 空预器密封改造
拆除原径向、轴向、旁路密封片，热、冷端径向密封加装柔性接触式密封机构，更换全部轴向和旁路密封片，重新调整各部密封间隙，对热端扇形板进行重新定位和调整。
2.3 改造技术要求
在锅炉及SCR脱硝装置正常运行的情况下，空预器不发生堵塞，并且各项参数达到性能保证值。空预器改造后漏风率不大于5%，在燃用现有煤质，机组ECR工况下，空预器入口烟温在设计值（373 ℃）时，空预器出口烟温应达到121.2 ℃（修正后）。空预器出口一次风温应达到原设计值336.2 ℃，空预器出口二次风温应达到原设计值342.9 ℃。
在ECR工况下，空预器出口一次风压降原设计值为0.25 kPa，空预器出口二次风压降原设计值为0.93 kPa，空预器烟气侧压降原设计值为1.13 kPa，改造后空气预热器各压降与设计值相比上升不超过10％。
改造后空预器应能适应一定范围内煤质变化以及一定范围内SCR脱硝装置的工况变化。
换热元件设计应充分考虑磨损、腐蚀和负荷变化的因素，制造的蓄热元件使用寿命不低于70 000 h。
低温段换热元件优先选用防堵性能较好、便于清洁的波形，以确保空预器的防堵性能，保证长周期安全运行。
低温段换热元件采用脱碳钢基材镀搪瓷工艺。基材采用零碳钢，厚度不小于0.75 mm，钢板含碳量≤0.004%；镀搪瓷须采用静电喷涂工艺，搪瓷粉厚度一次成型，不得采用浸镀工艺；须采用进口搪瓷釉粉，供货方提供进口设备证明材料；搪瓷层单面厚度不小于0.15 mm。镀搪瓷的耐酸腐蚀、密着强度、孔隙率、边缘覆盖率和搪瓷层厚度的均匀性等质量标准需执行BS EN14866：2005，能耐受设计压力下（进汽阀后压力1.2～1.5 MPa）过热蒸汽吹灰和一定压力（20 MPa）的高压水冲洗，在设计寿命内不出现搪瓷层的脱落、损坏或波形板，实现长期、安全、可靠运行。蓄热元件波形板均匀、紧密无松散，蓄热元件内部不能填塞波形板碎片。
换热元件包与转子仓格的间隙不大于6 mm；打包框架设计合理，稳固可靠，便于检修、吊装和更换；蓄热元件压紧力选择合理，建议控制压紧力在0.05～0.08 MPa之间，不得过紧，也不得出现波形板松散摇晃的情况，确保蓄热元件投运后的使用寿命。
空预器蓄热元件改造后，空预器主电机电流增大不超过2A。
2.4 重点改造手法
2.4.1 空预器驱动装置改造
（1）检查确认转子主轴的垂直度≤0.5 mm/1 000 mm。空预器上轴承外壳法兰水平度≤1.0 mm/1 000 mm。下轴承座水平度（在上端直径方向测量）≤0.5 mm/1 000 mm，下轴承支撑底座垂直度≤0.5 mm/1 000 mm。
（2）驱动装置水平度调整至不超过0.5 mm/1 000 mm，驱动装置输出轴端部距离围带扁钢最小间隙满足大牙轮安装后与围带扁钢最小间隙要求。
（3）依据大牙轮尺寸及大牙轮与围带啮合间隙要求，计算驱动装置输出轴中心距离围带销距离，用于驱动装置在机架上的水平定位。驱动装置电机找正，圆距、面距误差≤0.05 mm。
2.4.2 蓄热元件改造
拆除原热端和中间层蓄热元件，改造仓格后进行蓄热元件安装。蓄热元件安装过程中应随时做好防护，防止上部杂物污染新蓄热元件。
2.4.3 空预器密封改造
原密封装置拆除后对转子T型钢进行检查保证径向跳动偏差≤±1.5 mm。安装压板和密封片时，注意压板的接口和密封片的接口应错开，必要时对端部进行修整以确保良好的密封效果。
为保证柔性密封组件转动灵活，相互之间不影响，密封组件之间保证间隙1～2 mm，滑块高低误差≤2 mm。如图2所示。



冷端径向接触式密封安装及间隙如图4所示。

冷、热端旁路密封间隙要求，冷端：（N±1）mm；热端：（M±1）mm。示意图如图5所示。


2.4.4 其他为保证漏风率的措施
（1）在装轴向密封片的同时检查转子外壳是否有孔洞，如有及时处理。
（2）检查烟道各处是否漏风，如有漏风的孔洞及裂纹等进行补焊。
（3）检查空预器外壳壳体如有漏风的孔洞及裂纹等进行补焊。
（4）空预器烟侧进出口人孔门检查处理，消除漏风。
（5）打开热端中心筒气室压盖，检查密封磨损情况，损坏时予以更换。
2.5 改造结论
改造完成后，经过对空预器振动、温度和电流值跟踪，一切数据均在要求范围之内。预热器驱动装置的主驱动电机和副驱动电机均采用变频拖动，两个变频器分别采用不同的供电电源。当主或副驱动电机通电工作时，气动马达停止工作；主、副电机实行联锁保护。当主驱动电机失去驱动电源或电机失效时，副驱动电机能自动启动。主、副驱动同时故障时自动启动气动马达运行。
3 总结
本文所涉及机组是国内首批百万机组，自2013年以来，空预器驱动装置缺陷频发，针对此问题，对空预器驱动装置进行了整体改造。
通过本次改造，驱动装置问题有了明显改善，新型蓄热元件的的改造保证了设备的设计出力和安全稳定性以及其他设备和整体系统的经济性能和出力。柔性密封改造后，能够保证空预器的漏风率在5%以内，有效解决了空预器改造后存在漏风的隐患，为今后大容量机组的改造开创了先例。