精品空气预热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Word文件下载.docx
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转子外壳用以封闭转子,上下端均连有过渡烟风道。
过渡烟风道一侧与空预器转子外壳连接,一侧与用户烟风道的膨胀节相连接,其高度和接口法兰尺寸可随用户烟风道布置要求的不同作相应变化。
转子外壳上还设有外缘环向密封条,由此控制空气至烟气的直接漏风和烟风的旁路量。
转子外壳与空预器铰链端柱相连,并焊接成一个整体支撑在底梁结构上。
转子外壳烟气侧和空气侧分别由两套铰链侧柱将转子外壳支撑在用户钢架上,该支撑方式可以保证转子外壳在热态时能自由向外膨胀。
中心驱动装置直接与转子中心轴相连。
驱动装置包括主驱动电机、备用驱动电机、减速箱、联轴器、驱动轴套锁紧盘和变频器等。
水洗时转子以低速旋转。
此外,驱动装置还配有手动盘车手柄,以便在安装调试和维修中手动盘车时使用。
根据设计要求,驱动装置启动时必须通过变频器进行,以降低启动力矩,保护减速箱和传动机构。
严禁驱动电机直接启动驱动装置。
空预器的静态密封件由扇形板和轴向密封板组成.扇形板沿转子直径方向布置,轴向密封板位于端柱和转子外壳上,与上、下扇形板连为一体
组成一封闭的静态密封面。
转子径向隔板上、下及外缘轴向均装有密封片,通过有限元计算和现场的安装调试经验来合理设定这些密封片,可将空预器在正常运行条件下的漏风率降至最低。
转子顶部和底部外缘角钢与外壳之间均装有外缘环向密封条。
底部环向密封条安装在底部过渡烟风道上,与底部外缘角钢底面组成密封对;
顶部环向密封条焊在转子外壳平板上,与顶部外缘角钢的外缘组成密封对。
下面就该空预器的结构特点作一介绍。
一、32.5VNT2200型空气预热器的结构介绍
1换热元件
换热元件由薄钢板制成,一片波纹板上有斜波,另一片上除了方向不同的斜波外还有直槽,带斜波的波纹板和带有斜波和直槽的定位板交替层叠。
直槽与转子轴线方向平行布置,使波纹板和定位板之间保持适当的距离.斜波与直槽呈30°
夹角,使得空气或烟气流经换热元件时形成较大的紊流,以改善换热效果。
由于冷端(即烟气出口端和空气入口端)受温度和燃烧条件的影响最易腐蚀,因而换热元件分层布置,其中,热端和中温段换热元件由低碳钢制成,而冷端换热元件则由等同考登钢制成。
换热元件均装在元件盒内以便于安装和取出。
其中,热端和中温段换热元件垂直向上抽取,冷端换热元件则根据技术协议要求的抽取方式进行具体布置和设计。
2转子
连在中心轮毂上的低碳钢主隔板为转子的基本构架,转子隔仓由中心筒和外部分仓组成。
转子中心筒包括中心筒轮毂和内部分仓,其中转子主径向隔板与中心筒轮毂连为一体.从中心筒轮毂向外延伸到转子外缘的主径向隔板将转子分为24个分仓,这些分仓又被二次径向隔板和环向隔板分割成若干个隔仓,用以安装规格不同的换热元件盒。
3转子外壳
转子外壳封闭转子并构成空预器的一部分,由低碳钢制成。
转子外壳由六个部分现场组装而成正八面体,位于两个端柱之间。
端柱两侧的转子外壳由四套铰链侧柱支撑在用户钢架上,铰链侧柱的布置角度考虑到了转子外壳和铰链侧柱能沿空预器中心向外自由均匀膨胀。
铰链侧柱和端柱的设置确保空预器静态部件在热态运行时能沿不同方向自由膨胀,以实现空预器安全、经济的运行。
转子外壳还支撑着顶部和底部过渡烟风道的外部,过渡烟风道分别与转子外壳的顶部和底部平板连接.
4端柱
端柱支撑着包括转子导向轴承在内的顶部结构。
每一端柱上都含有轴向密封板,轴向密封板与上下扇形板连为一体。
端柱与底部结构的扇形板支板相连,并通过铰链将载荷直接传递到底梁和用户钢架上。
5顶部结构
顶部结构上连接有顶部扇形密封板,顶部扇形密封板在设定固定前由若干个调节螺杆悬吊在扇形板支板上.顶部结构将两侧端柱連为一体,组成一中心承力框架,一方面将顶部导向轴承定位在中心位置并支撑由顶部轴承传递的横向载荷,另一方面还承受着由驱动装置扭矩臂传递过来的载荷。
顶部结构扇形板支板的翼板在烟气和空气侧均开有若干个通流槽口,以使顶部结构梁上的上下温度场尽可能分布均匀,从而减小顶部结构纵向热变形和转子热端径向间隙的变化.
6底部结构
底部结构包括底梁、底部扇形板和底部扇形板支板等.底梁通过底部轴承凳板支撑着空预器转动部件的载荷。
底梁还支撑端柱、底部扇形板和底部扇形板支板的重量。
底部过渡烟风道的重量由底部结构承受。
底梁上的所有载荷分别由两端传递到用户钢架上。
7过渡烟风道
过渡烟风道位于转子热端和冷端和烟气侧和空气侧,其作用是将气流导入和引出转子.三分仓布置的风道又被进一步分为二次风道和一次风道。
过渡烟风道连接在转子外壳平板以及顶、底结构上,其法兰口大小和形式根据用户烟风道设计并与其相配。
为保证空预器结构合理受力,所有过渡烟风道内均设置内撑管。
8转子驱动装置
转子由中心驱动装置驱动,驱动装置直接与转子顶部端轴相连。
两台电机均能以正、反两个方向驱动空预器,只有在空预器不带负荷时才允许改变方向。
两台驱动电机与初级减速箱均为法兰连接.
终级减速箱一侧装有扭矩臂,扭矩臂被固定在顶部结构上的扭矩臂支座内,扭矩臂支座通过扭矩臂给驱动机构一个反作用力矩从而驱动轴和转子旋转,而驱动装置扭矩臂沿垂直方向可以在扭矩臂支座内上下自由移动,以适应转子与顶部结构的热态胀差。
主电机的非驱动端设有键连接的输出轴,以便在维护时用盘车手柄进行手动盘车。
减速箱为油浴润滑.
驱动装置的驱动电机配有变频器,用以降低空预器启动时的启动力矩,减轻启动时对减速箱的冲击作用,以实现“软启动"
.此外,通过变频控制,可以改变空预器的转速,用以满足停炉时空预器在低速下对换热元件进行水冲洗的需要.
9底部推力轴承
转子由自调心球面滚子推力轴承支撑,底部轴承箱固定在支撑凳板上。
转子的全部旋转重量均由推力轴承支撑。
底部轴承箱在定位后,将螺栓和定位垫板一起锁定,并将垫板焊在支撑凳板上。
底部轴承两侧均设有防护网,以防止空预器正常运行时无关人员靠近转动部位而发生意外。
底部轴承采用油浴润滑。
轴承箱上装有注油器和油位计,并开有用于安装测温元件的1〃BSP螺纹孔.
底部轴承箱下面配有不同厚度的调整垫片,用于现场调整转子的上下位置和顶底部径向密封间隙的大小.安装时还应适当增加垫片数量用以补偿底梁承载后的弯曲变形.
10顶部导向轴承
顶部导向轴承结构如图4-2所示,该轴承为球面滚子轴承,安装在一轴套上。
轴套装在转子驱动轴上,并用锁紧盘与之固定。
导向轴承和轴套的大部分处于顶部轴承箱内.
图4—2顶部导向轴承结构
顶部轴承箱两侧焊有槽形支臂,通过调节固定在顶部结构上的螺栓和支臂的相对位置来改变转子顶部轴承中心的位置,从而达到调整转子中心线位置的目的。
顶部轴承支臂与顶部结构用8个锁紧螺栓和上下垫板定位固定,待顶部轴承位置最终调整就位后,即可将上述垫片与顶部结构的翼板焊在一起。
此外,通过调整顶部轴承支臂下不同位置的垫片高度可以调节顶部轴承箱的水平度。
顶部轴承采用油浴润滑,润滑油等级与底部推力轴承相同。
顶部轴承箱上有加油孔、注油器、油位计、呼吸器和放油塞。
另外还设有用于安装测温元件的1〃BSP螺纹孔。
顶部轴承箱还配有水冷却系统。
冷却水法兰入口温度要求不超过38℃。
11转子密封系统
空预器的密封系统由转子径向、轴向、环向以及转子中心筒密封组成。
(1)径向密封
径向密封片安装在转子径向隔板的上、下缘,结构如图4—3所示。
图4-3径向密封结构
密封片由1.6mm厚的考登钢制成,与6mm厚的低碳钢压板一起通过自锁螺母固定在转子隔板上。
所有密封片均设计成单片直叶型。
径向密封片用来减小空气到烟气的直接漏风。
(2)轴向密封
轴向密封片和径向密封片一起,用于减小转子和密封挡板之间的间隙.轴向密封片由1.6mm厚的考登钢制成,安装在转子径向隔板的垂直外缘处,其冷态位置的设定应保证锅炉带负荷运行以及停炉时无冷风时与轴向密封板之间保持最小的密封间隙。
轴向密封的固定方式与径向密封片相同.
轴向密封片供货时两端均留有修整余量,现场可根据转子外缘角钢最终的实际位置进行裁切.
(3)环向密封
环向密封条安装在转子中心筒和转子外缘角钢的顶部和底部,其主要功能是阻断因未经过热交换而影响空预器热力性能的转子外侧的旁路气流。
此外,环向密封还有助于轴向密封,因为它降低了轴向密封片两侧压差的大小,其结构如图4—4和4—5所示.
在转子底部外缘,由1。
6mm厚等同考登钢加工的单片环向密封条安装在底部过渡烟风道上并与转子底部外缘角钢构成密封对.由于在满负荷运行时转子向下变形,因此安装该密封条时需预先考虑到这一间隙要求。
该密封条用螺母以及压板固定。
顶部环向密封由焊在转子外壳上的密封条组成.在设置该密封条时应预先考虑到满负荷时转子以及外壳的径向变形差。
内缘环向密封条安装在转子中心筒的顶部和底部,与顶部和底部扇形板一起构成密封对,通过螺栓与焊在固定板内侧的螺母一起锁定.
(4)转子中心筒密封
转子中心筒密封结构如图4-6所示,它为双密封布置,密封片安装在扇形板上,与中心筒构成密封对。
内侧密封由两个1.6mm厚等同考登钢制作的圆环组成,两个圆环之间用低碳钢支撑固定,内侧密封直接装到扇形板上。
为便于更换,内侧密封分作两段安装,可以直接进行更换和安装。
外侧密封为盘根填料密封.盘根填料座的支撑固定在扇形板的加强板上。
盘根填料选为非石棉石墨专用盘根,盘根耐热温度不低于500℃。
盘根填料设为三层,截面为15mm×
15mm。
上述中心筒内、外侧密封之间的填料室的空气和灰一同导入烟气侧。
中心筒密封的主要功能是减少空气漏入到大气中。
12吹灰器
每台空预器配有两台半伸缩式吹灰器,一台位于烟气入口,另一台位于烟气出口。
空预器吹灰器应每班运行一次,随着空预器积灰的增加,可适当增加其吹灰次数,但连续的吹灰可能将蓄热元件及密封片吹坏,造成通流阻力的增大和漏风率的增加,从而导致机组经济性的下降。
13保温布置
空预器表面应进行保温以降低损失和保持金属表面温度场的均匀一致,其主要目的是尽量减少静态密封件的热变形。
若保温不完善,将会导致动静部分膨胀或收缩不一致而产生动静摩擦,严重时造成转子抱死,空预器过流保护动作而跳闸.此外,保温还有利于现场操作人员的安全防护。
保温层应覆盖转子外壳、顶部结构、顶部扇形板支板、底部结构、底部扇形板支板、端柱、进出口烟风道等。
保温厚度的确定应考虑在设计环境温度为17℃时保持空预器保温层表面的温度不超过50℃.所有法兰连接处均应进行保温。
14空预器本体顶底部检修平台
顶部检修平台用于底部轴承、底部中心筒密封以及用密封针仪测量冷端密封间隙等。
15消防设备
Wormald设计的消防系统安装在顶部过渡烟风道内。
每个烟风道内都有一组喷嘴,喷嘴的布置可使消防水能有效地覆盖各烟风道内整个转子。
消防喷嘴按一定角度通过螺纹连接在一总的弯管上,总弯管带配对法兰,用户消防水管直接焊在法兰上.
各喷嘴均设有薄片耐热钛盘以防止喷嘴内侵入杂物.当压力高于0.07Mpa时钛盘将自动爆裂。
为防止钛盘意外爆裂后有空气漏入烟道,在通往烟道的消防水管上需装设截止阀,空预器投运前检查。
消防钛盘不得拆除,同时底部烟道及风道最底侧均应配有排水系统.
16火灾监控装置
空预器在洁净状态时不可能着火,即使换热元件表面不干净,如果空预器在稳定的BMCR工况下运行,空预器内着火的可能性也不大。
在低负荷或者在燃烧不充分的条件下运行时,特别是用油作为燃料时,随时都有可能发生火灾。
这种条件下沉积在换热元件表面上的微细颗粒,只要温度稍高于其沉积温度就可能着火.火灾严重时并不是换热元件表面各处的沉积碳粒同时着火,而是元件表面上的某一点先着火,然后从该点逐渐向外扩展,且火势越来越大.在大多数情况下沉积物会自行燃尽,并不影响换热元件.但如果沉积层足够厚,其燃烧时所产生的高温会点燃换热元件并造成严重后果,这种潜在的危险随时都会存在。
然而,从初始着火到火焰扩展直至点燃换热元件有一定的延迟时间.由于流经燃烧面的烟气和空气流将部分热量带走,沉积物的火焰要遍布到单个换热元件盒的整体需要至少约60~90分钟,而要扩展到邻近换热元件盒则需要更长的时间,约3~4小时.由于转子在旋转,着火元件盒初期表现为一环形,离开该元件盒的烟气受到火焰的再次加热将变成环状的过热烟气。
火灾监控装置将一系列固定的热电偶探头沿转子径向布置且不触及转子,这些探头所监测到的是离开元环的气流的温度。
若某个时候在某环上一点处测得的温度高于正常值立即给出报警信号。
17转子失速报警装置
转子失速报警装置的功能是在转子失速时给出报警信号以便现场采取措施防止转子发生异常变形。
速度探头通过接线盒与就地柜相连,转子失速报警继电器装在就地柜内。
18轴承油温监测装置
顶部和底部轴承箱上各设有安装测温元件的1〃BSP螺纹孔。
轴承油温报警的设定值为:
70℃时高温报警;
85℃时高高温报警。
当发生高温报警时,应及时检查轴承油位和油质,并采取降温措施,密切注意油温的变化。
三、空预器运行中的主要问题
空预器在运行中遇到的主要问题是低温腐蚀、积灰及二次燃烧,对于电站锅炉而言,低温对流受热面烟气侧腐蚀主要发生在空气预热器的冷端。
回转式预热器发生低温腐蚀,不仅使被腐蚀部分的传热元件表面的金属被锈蚀掉,而且还因其表面粗糙不平,且覆盖着疏松的腐蚀产物而使通流截面减小,从而会引起传热元件与烟气、空气之间的传热恶化,导致排烟温度升高,空气预热不足;
预热器受热面波纹板上积灰后,由于灰的热阻大,因而使波纹板传热变差。
积灰同时使波纹板之间的气流通道变小,引起流动阻力及风机电耗增大,限制锅炉出力。
此外,积灰还会加剧受热面的腐蚀.严重积灰会堵塞转子的一部分气流通道,迫使锅炉降低出力运行,甚至会被迫停炉检修,疏通预热器.这样不仅增加检修工作量,降低锅炉的可用率,还会增加金属和资金的消耗.低负荷运行或燃烧条件差极易使空预器换热元件表面沉积的可燃物(油和可燃碳)发生“二次燃烧"
,因而应密切注意防止换热元件表面可燃物的沉积,否则有可能发生严重的火灾。
1低温腐蚀的机理及预防措施
燃料中的硫在燃烧后生成二氧化硫(SO2),其中有少量的SO2(只占SO2的1%左右)又会进一步氧化而形成三氧化硫(SO3)。
由于三氧化硫在烟气中存在,与烟气中水蒸气化合,生成硫酸蒸汽,露点温度大为升高。
当含有硫酸蒸汽的烟气流经低温受热面(空气预热器),受热面金属壁温低于硫酸蒸气的露点时,则在受热面金属表面结硫酸露(也即在预热器低温冷端波纹板上结硫酸露),并腐蚀受热面金属。
蒸汽开始凝结的温度称为露点,通常烟气中水蒸气的露点称为水露点;
烟气中硫酸蒸气的露点,称为烟气露点(或酸露点).
水露点取决于水蒸气在烟气中的分压力,一般为30~60℃,即使煤中水分很大时,烟气水露点也不超过66℃。
一旦烟气中含SO3气体,则使烟气露点大大升高,如烟气中只要含有0.005%(50ppm)左右的观SO3,烟气露点即可高达130~150℃或以上.
烟气露点的提高,就意味着有更多受热面要遭受到酸的腐蚀.因此,烟气露点是一个表征低温腐蚀是否发生的指标,烟气露点的高低与烟气中三氧化硫的浓度、烟气中水蒸气含量等因素有关。
燃料含硫越多,烟气中的二氧化硫就越多,因而生成的三氧化硫也将增多.烟气中的SO3与H20的含量增多,则烟气露点增高.目前还没有计算烟气露点的理论公式。
由上述可知,减轻和防止低温腐蚀的途径有两条:
一是减少三氧化硫的量,这样不但露点温度降低,而且减少了酸的凝结量,使腐蚀减轻;
二是提高空气预热器冷端的壁温,使其壁温高于烟气酸露点温度,至少应高于腐蚀速度最快时的壁温。
实现前一途径有燃料脱硫,低氧燃烧,加入添加剂等方法;
实现后一途径的方法有热风再循环(在600MW机组中很少应用),加装暖风器等方法。
本炉分别在一次风机出口和二次风机入口加装了暖风器,用以提高空预器冷端温度。
暖风器加热汽源要求压力在0。
5~1.0Mpa,温度在200~320℃,取辅汽为加热汽源。
为有效地控制和减缓冷端换热元件的腐蚀,必须避免空预器在“冷端综合温度”(烟气出口温度+空气入口温度)低于建议的最低值下长时间运行。
在预热器的转子结构中,除将传热元件沿转子高度方向分作三层(即热端层、中间层及冷端层)布置,以使易遭酸腐蚀的冷端传热元件便于翻转和调换使用外,还采用了厚度为1。
2mm的耐腐蚀及耐磨的考登(Corten)钢,制作成冷段传热元件,以增加其抗腐蚀的性能.
受热面壁上发生积灰,它将会吸附烟气中的水蒸气、硫酸蒸气以及其它有腐蚀性气体,将使它们有充分的时间进行化学反应,导致腐蚀的加剧。
因此,装设吹灰器并合理进行吹灰可减轻受热面的积灰,从而对改善低温腐蚀起到一定的辅助作用。
2积灰的机理及预防措施
对于固态排渣的煤粉炉,烟气中含有大量的飞灰,飞灰的粒径一般小于200μm,大部分为20~
30μm。
当携带着飞灰的烟气流经预热器的传热元件波纹板时,由于以下原因使飞灰沉积在受热面上,形成积灰。
(1)当含灰烟气冲刷波纹板时,在板的背风面会产生涡流区。
大颗灰粒由于其惯性大,不易卷入涡流;
而小灰粒(小于30μm,尤其是小于10μm的细灰粒)则易进入涡流区。
此时,它们中的一部分灰粒碰到金属壁后,由于受到分子吸力,及静电引力的作用,使部分灰粒吸附在波纹板上,形成疏松的积灰。
(2)由于波纹板金属壁的凹凸不平(尤其在发生低温腐蚀的情况下,壁表面更显得粗糙和不平),在摩擦力的作用下,亦能挂住部分微小的灰粒,此时所形成的积灰也是疏松的。
(3)当受热面壁温较低时,使烟气中的水蒸气或硫酸蒸气在受热面上发生凝结时,潮湿的表面会将部分灰粒粘住,此时积灰被“水泥化”,形成低温黏结灰。
应该强调指出的是,发生在预热器受热面(波纹板)上的积灰与低温腐蚀是相互“促进"
的。
受热面上积灰后会吸收水分和S03以及其它腐蚀性气体,使受热面的腐蚀速度加快。
而水蒸气和硫酸蒸气的凝结,不仅造成受热面的腐蚀,同时潮湿的波纹板表面能捕集烟气中的飞灰,形成低温黏结性积灰,使受热面的积灰程度加剧。
尤其是受热面的沉积物与硫酸液起化学变化,会在空气预热器上形成复合硫酸铁盐为基质的水泥状物质,使积灰呈硬结状(酸灰垢),造成气流通道堵塞,而且所形成的硬灰垢是不易清除的。
减轻预热器转子中积灰的措施主要有:
(1)控制流经转子的烟气流速及空气流速.提高烟气流速及空气流速可以减轻积灰,但会加剧磨损和增大流动阻力损失.这是因为烟气流速高,在波纹板上不易积灰,而提高烟气及空气的流速,还能增强自吹灰能力。
为了使积灰不过分严重,对回转式预热器,在锅炉最大连续蒸发量下,烟气流速一般不小于8~9m/s,空气的流速不小于6~8m/s;
(2)提高空气预热器传热元件的壁温,以防止结露。
干燥的壁面有助于改善积灰的情况,但将会降低锅炉的效率;
(3)装设效能良好的吹灰装置,并定期进行吹灰;
(4)将低温段蓄热元件更换为表面光滑且不易发生低温腐蚀的搪瓷材料,也可有效减轻积灰程度。
目前,我公司进行了这项改造,实际运行效果良好.
因省煤器或暖风器故障产生的水汽漏入会提高烟气的露点,加以燃料未燃颗粒的带入会进一步加速换热元件的腐蚀。
为防止换热元件的快速腐蚀,对发生泄漏的管路应及时修复,并保证尽可能高的燃烧效率。
3二次燃烧的预防措施
在不带负荷或低负荷条件下调试空预器时应定期吹灰,保持换热元件表面清洁.同时密切注意空预器烟气和空气的温度,这些温度的任何异常升高都预示着可能发生火灾并应随即予以彻底检查。
空预器在不带负荷或低负荷运行后应尽快检查换热元件表面的积垢程度,并根据需要进行清洁.火灾监控系统应保持在正常工作状态。
确认空预器发生火灾时应保持两台空预器继续运行,并将发生火情的空预器的烟气侧和空气侧挡板关闭,打开着火空预器底部烟风道内排水口,打开消防阀,通过顶部烟风道内的消防喷嘴扑灭火焰,直到火焰完全熄灭,转子完全冷却。
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