空预器密封片脱落的运行数据分析

方久文

（天津国电津能滨海热电有限公司 天津 300300）

引言

空预器是利用锅炉尾部烟气热量来加热燃烧所需空气的一种热交换装置。空预器按照传热方式可分为两大类，即导热式和再生式（蓄热式）。

本文以我单位空预器为例，正常运行时发现空预器电流波动频繁，一次风压、二次风压和炉膛负压随之有规律的波动，根据这一现象初步预判为空预器密封片缺失导致漏风，进一步对一次风压、二次风压波动曲线进行详细分析，得出空预器密封片漏风区域，随后停机检修时发现漏风区域与密封片实际脱落情况相吻合，验证了本文的分析方法和方向的可行性和正确性。

1 空预器原理及结构介绍

我单位330MW机组使用的是29—VI（T）—1950—SMR容克式空预器。容克式空预器从烟气中吸收热量，然后通过由特殊形状的金属板组成的连续转动的传热元件把热量传给冷空气。预热器装有径向密封和旁路密封，形成预热器一半流通烟气，另一半流通空气。当转子慢速转动时，烟气和空气交替流过传热元件，传热元件从热烟气吸收热量，然后这部分热元件受空气流的冲刷，释放出贮藏的热量，这样使空气温度大为提高。

容克式空预器采用垂直轴、转子旋转的布置方式。预热器结构主要由转子传热元件、外壳、冷热端连接板、传动装置、密封系统、清洗装置等组成。

图1 空预器结构立体图

其中烟气侧占总体积的1/2，一次风侧占1/6，二次风侧占1/3。

空预器转子通过转子中心筒和端轴装置支承在推力向心滚子轴承上，支撑轴承装在冷端中心桁架上。在空预器的上部，转子通过用螺栓固定在中心筒上的导向端轴，由双列向心球面滚子轴承导向，导向轴承固定在热端中心桁架上。

图2 空预器支撑轴承结构

图3 空预器导向轴承结构

空预器传动采用中心传动。中心传动装置包括主电机和辅电机各一台，主辅电机同轴连接。

2 空预器密封介绍

2.1 空预器密封概述

因为容克式空预器是一种空气和烟气逆向流动、回转式的热交换装置，在热交换过程中，有丢失能量的内在趋势，能量的丢失是因为空气和烟气之间的压差引起的空气向烟气的泄漏。密封系统能控制并减少漏风从而减少能量的流失，密封系统是根据空预器受热变形而设计的，它包括径向密封、轴向密封、旁路密封以及静密封。该密封系统提供了许多调整值，维修方便。

2.2 中心筒密封

在每一个转子径向隔板的内侧的热端和冷端都装有中心筒密封片，中心筒密封环绕热端和冷端转子中心筒周围。中心筒密封开槽并固定在径向隔板的内端，密封无论是在径向还是在轴向的方向上都可以调节并焊接就位。

2.3 径向密封

沿着每个转子径向隔板的热端和冷端径向边缘安装有径向密封片，径向密封片上开腰形螺栓孔用螺栓固定在径向隔板上，密封片可沿着轴向方向上调节。

2.4 轴向密封

沿着每个转子径向隔板外侧的轴向边缘安装有轴向密封片，轴向密封片上开腰形螺栓孔用螺栓固定径向隔板上，密封片可沿着径向方向调节。

2.5 旁路密封

沿着转子外壳的内侧，在空预器转子的出口和入口处装有旁路密封片。这些密封片在空预器的转子外壳的热端和冷端的空气侧和烟气侧呈圆周分布。旁路密封片可沿着轴向方向上调节。

3 故障现象及简析

我单位#2机组正常运行时发现空预器电流摆动，一次风压及二次风压呈规律性波动，随之炉膛负压波动，具体参数及分析如下：

分别截取六月（图4）、七月（图5）、八月（图6）三个月参数对比分析。

图4 运行实际工况曲线

图5 运行实际工况曲线

我单位空预器转速0.96r/min，约一分钟一转，烟气侧占空预器总体积的1/2，一次风侧占1/6，二次风侧占1/3，空预器运行时，转向由烟气侧转至一次风侧再转至二次风侧，之后回到烟气侧依次循环。

如上图5所示，一次风压第一次突变下降时，正直密封片脱落处转至一次风和烟气侧交界处，当一次风压到达最低处8.54kpa时漏风量最大，在一次风侧和烟气侧由于密封片脱落导致的漏风区域最大，之后随着空预器转动，漏风区域逐渐减少，直至漏风区域完全进入一次风侧，而一次风压也随之升高至正常值；一次风压第二次突变下降时，为密封片脱落处转至一次风和二次风侧交界处，此时二次风压开始随一次风漏入而上涨，当一次风压达到最低8.56kpa时漏风量最大，二次风压同时也达到曲线波动最高值0.31kpa，此时一次风侧与二次风侧由于密封片脱落导致的漏风区域最大，之后随着空预器转动，漏风区域逐渐减少，直至漏风区域完全进入二次风侧，一次风压也随之恢复到正常值波动范围。由于烟气侧为微负压，二次风侧稍有正压，所以一次风压第一次下降最低值低于第二次下降最低值。之后随空预器转动，密封片脱落处转至二次风与烟气侧交界处，二次风压突变下降并降至曲线波动最低值0.16kpa，此时在二次风侧和烟气侧由于密封片脱落导致的漏风区域最大，之后随着空预器转动，漏风区域逐渐减少，直至漏风区域完全进入烟气侧，二次风压也随之恢复到正常波动范围。

以一次风压第一次突变下降为计时零点，经以上分析并结合图5，空预器一次风侧所占区域为一次风压第一次突变下降（漏风区域刚进入一次风侧区域）至一次风压第二次突变下降（漏风区域刚进入二次风侧区域）所在的区域，用时为10s；二次风压突变下降并至曲线波动最低值为二次风漏风至烟气侧，由此可得出此次二次风突变下降时正好是漏风区域刚进入烟气侧，从计时零点至此共用时29s，在此期间空预器共转过一次风侧区域和二次风侧区域，所以空预器转过二次风侧所占区域用时19s；从一次风压波动曲线可以得出，一次风压第一次突变下降到下一个周期的第一次突变下降所用的时间为60s，所以空预器转过烟气侧所占的区域用时31s。

综上所述，一次风侧、二次风侧、烟气侧所占空预器体积的比例（10:19:31）与设计值（1:2:3）极为接近。如图5所示，一次风压第一次下降直至恢复正常波动（漏风区域通过烟气侧和一次风侧交界处）和第二次下降直至恢复正常波动（漏风区域通过一次风侧和二次风侧交界处）所用的时间都为6s，即漏风区域在一个周期所占时间为6s,由此可以得出漏风区域占空预器总体积的1/10。

图6 运行实际工况曲线

如上图6所示，一次风压第一次突变下降时，正直密封片脱落处转至一次风侧和烟气侧交界处，当一次风压到达最低处7.65kpa时，在一次风和烟气侧由于密封片脱落导致的漏风区域最大，之后随着空预器转动，漏风区域逐渐减少，直至漏风区域完全进入一次风侧，而一次风压也随之升高至正常值；一次风压第二次突变下降时，为密封片脱落处转至一次风和二次风侧交界处，此时二次风压开始随一次风漏入而上涨，当一次风压达到最低7.90kpa时，二次风压此时也接近曲线波动最大值0.64kpa，在此一次风侧和二次风侧由于密封片脱落导致的漏风区域最大，之后随着空预器转动，漏风区域逐渐减少，直至漏风区域完全进入二次风侧，一次风压也随之恢复到正常波动范围。之后随空预器转动，密封片脱落处转至二次风与烟气侧交界处，二次风压突变下降并降至曲线波动最低值0.28kpa，此时在二次风侧和烟气侧由于密封片脱落导致的漏风区域最大，之后随着空预器转动，漏风区域逐渐减少，直至漏风区域完全进入烟气侧，二次风压也随之恢复到正常波动范围。

以一次风压第一次突变下降为计时零点，经以上分析并结合图6，空预器一次风侧所占区域为一次风压第一次突变下降至一次风压第二次突变下降所在的区域，用时为9s；二次风压突变下降并至曲线波动最低值为二次风漏风至烟气侧，由此可得出此次二次风突变下降时正好是漏风区域刚进入烟气侧，从计时零点至此共用时27s，在此期间空预器共转过一次风区域和二次风区域，所以空预器转过二次风所占区域用时18s；从一次风压波动曲线可以得出，一次风压第一次突变下降到下一个周期的第一次突变下降所用时间为60s，所以空预器转过烟气侧所占的区域用时33s。

综上所述，一次风侧、二次风侧、烟气侧所占空预器体积的比例（9:18:33）与设计值（1:2:3）比较接近。如图6所示，一次风压第一次下降直至恢复正常波动（漏风区域通过烟气和一次风侧交界处）所用的时间都为6s，第二次下降直至恢复正常波动（漏风区域通过一次风和二次风侧交界处）所用的时间为7s，两者很接近，可以认为漏风区域在一个周期所占时间为6—7s,由此可以得出漏风区域占空预器总体积的1/10。

我单位针对以上现象申请对#2机组临修，机组停运后，经检修鉴定，实际空预器漏风区域与上述分析中数据极为接近。现场部分照片如下图7所示：

图7 空预器密封现场图片

4 空预器密封装置磨损的原因

空预器的密封装置，在BMCR负荷下的设计温度能提供最佳的漏风控制。当温度升高到设计温度以上时，当前的密封片和密封表面之间的设计间隙不够弥补过量的热变形，从而导致密封片和密封表面接触而磨损。下面的运行情况将产生严重的密封磨损：

（1）进入空预器的烟气温度超过设计值。

（2）通过空预器的空气量减少。

（3）热备用状态，空预器有烟气存在但没有空气流通过，空预器或锅炉处于热态。

（4）检修后密封片上的螺栓未紧固，连接处也未点焊，随时间推移密封片逐渐脱落。

结语

空预器的漏风和堵塞一直以来都是一个热议话题，也是空预器运行中的常见缺陷，与常规空预器堵塞造成的风压波动不同，密封片脱落造成的风压曲线更为复杂，影响范围更大，随着密封片脱落区域逐渐增大，一次风压、二次风压、炉膛负压波动趋势明显增大，严重影响锅炉稳定燃烧，成为机组安全稳定经济运行的严重隐患。我们通过对曲线数据的分析，精确的定位缺陷位置及受损情况，及时掌握缺陷扩大趋势并合理准备检修备件，为保证机组安全稳定运行和后期的检修工作提供重要的依据。