1、空氣預熱器PPT第1頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六 空氣預熱器模型圖第2頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六空預器的分類空氣預熱器傳熱式空預器蓄熱式空預器管式空氣預熱器（用于較小的機組）回轉式空氣預熱器（用于較大的機組）受熱面回轉式風罩回轉式第3頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六空預器的分類回轉式空氣預熱器是現在各大電廠鍋爐上普遍采用的煙氣尾端換熱裝置。與管式空氣預熱器相比，回轉式空氣預熱器具有結構緊湊、體積小、換熱面密度高、整機質量輕、金屬耗用量少、利于安裝布置、低溫腐蝕較管式換熱器輕等特點，適于在大型鍋爐上使用。但回轉式空氣預熱

2、器的缺點是漏風量大，工況良好時為68，安裝結束后一般為8% 12%，運行一段時間后為1530，遠遠大于管式換熱器5以下的漏風量。另外回轉式空氣預熱器的結構復雜、制造工藝和安裝要求高、運行維護工作量大，熱態自動控制也較為困難。較高的漏風量引起預熱器入口風壓降低、風機電流升高，預熱器后的過量空氣系數升高、尾部排煙氣溫降低、鍋爐熱效率降低、燃煤損耗增加，鍋爐達不到額定負荷。第4頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六空預器的地位參與電廠兩大流程1、煤之流程 : 首先從燃煤開始,自儲煤場送至原料煤斗后,由給煤器 (feeder)控制幾煤量.進入之在粉煤機(pulverizer)內被磨成煤

3、粉,與一部份熱空氣混合,經燃燒器 (burner)進入爐中,燃燒后的煙道氣流經鍋爐-省煤器(economizer)-空氣預熱器(air preheater)等熱交換器 (heat exchanger)將熱量傳給其中的水或空氣,最后從煙囪(chimney)逸去.其不可燃之固體,較大者以灰份之形態落入灰坑(ashpit)中,以備清除,以微細者則在集塵器(dust collector)中被收集清除. 2、空氣及燃氣流程 : 再就空氣觀之,首先由送風機(forced draftfan)將氣壓略以提高,送經空氣預熱器,接受一部份煙道氣之熱量使溫度升高由管道將其一部份直接送經燃燒器入爐,另一部份則進入粉煤

4、機后與煤粉一同入爐.爐中燃燒后的煙道氣,首先通過爐管(Boilertube)與過熱器(super heater)將爐水汽化與過熱的使命,隨后通過省煤器將剩余熱量的一部份交付于于進入鍋爐前之水 (Feederwater).再通過空氣預熱器加熱于未進爐前的冷空氣.經過如此行程后,因磨擦阻力的關系,已使壓力低于大氣壓力,因此須由引風機(induced-draft fan)吸出,提高其壓力,以便驅于大氣中.第5頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六 回轉式空氣預熱器的結構和工作原理 第6頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六回轉式空氣預熱器的結構和工作原理空預器由外部殼

5、體和中心轉子組成，外部殼體起到外部密封和氣體導流的作用，中心轉子則是起熱交換器的作用。在中心轉子上下面的對應位置分別劃分出煙氣流通區、空氣流通區和密封區，而外部殼體則在這些區域的一定范圍內形成相應的倉體，即一次風倉、二次風倉和熱風倉。其中一次和二次風倉形成冷風側，熱風倉形成熱風側。各個倉體上下端分別由外部殼體和風管形成各自的氣體流通風道。 第7頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六回轉式空氣預熱器的結構和工作原理空預器的轉子實際上是一個上下開口的巨大筒體，在其內部裝有大量蓄熱單元。蓄熱單元由蓄熱元件組成，蓄熱元件是把物理比熱較高的金屬材料制作成凹凸不平的波浪型片狀，以增大其與空

6、氣的接觸面積。在轉子的上下表面上又使用徑向密封片分隔出若干扇形面積的小區域。以轉子的某一個扇形區域為例，當這個扇形區轉動到熱風側時，高溫的煙氣由熱風倉的頂部流入，穿過該扇形區域從轉子的下方流出；轉子繼續轉動到冷風側時，低溫的空氣由一次風倉或二次風倉的底部流入，穿過該扇形區域從轉子的上方流出。在這個過程中，高溫的煙氣在流過蓄熱元件時將熱量傳導給蓄熱元件，并由轉子轉動到冷風側，再把熱量傳遞給一、二次風，使的冷空氣被預熱，第8頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六回轉式空氣預熱器的結構和工作原理第9頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六空預器的轉子是轉動的，在轉子與空

7、預器上下殼體及圓周殼體之間存在一定距離的間隙。由于冷風側和熱風側各個倉室之間的流體壓力、溫度和流速的差異，造成了流體在不同倉室之間的相互泄漏，即空預器內部漏風。空氣預熱器漏風主要可以分為以下兩類:(1)攜帶漏風。攜帶漏風主要是因為空氣預熱器在轉動過程中,一部分駐留在換熱元件中的空氣被攜帶到煙氣中去,一部分駐留在換熱元件中的煙氣被攜帶到空氣中去。這種情況造成的漏風量很小,但這種漏風是空氣預熱器的構造無法避免的。(2)直接漏風。直接漏風主要是由于空氣預熱器結構本身為保證安全運行而使煙氣與空氣之間存在一定的間隙;同時,由于煙氣和空氣之間存在壓差也會產生漏風。直接漏風主要包括徑向漏風、軸向漏風、旁路漏

8、風、中心筒漏風。徑向漏風占直接漏風量的80%左右,主要是因為轉子上、下端溫度差異而發生蘑菇狀變形,進而造成密封間隙的增大和漏風率的增加。空預器的漏風原因及分類第10頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六1. 二次風側的風外漏至大氣，使得與煙氣換熱的風量減少，排煙溫度上升，排煙損失增大，降低鍋爐效率；如果要保持爐膛燃燒所需風量，就要增大送風機出力，使得廠用電增加，降低鍋爐效率；2 一次風側外漏入大氣與二次風漏入大氣影響差不多，同時減少了磨煤機出力，要保持磨煤機出力就要增大一次風機出力，增加了廠用電；3 外部空氣漏入煙氣側會使引風機入口煙氣量增大，為保持爐膛負壓，引風機出力增大，增

9、加了廠用電，降低了鍋爐效率；如果是煙氣側熱端漏風會使煙氣量增大，換熱效率降低，排煙溫度升高；4 風側漏入煙氣側的影響和上面1、2、3點的綜合，會同時使送風機，一次風機，吸風機出力增大；5 煙氣從熱端漏入冷端，使得煙氣與空氣換熱量減少，一二次風溫度降低，降低了燃燒效率，同時使用排煙溫度升高，降低鍋爐效率；6 一二次風從冷端漏入熱端的影響與第5點一樣空預器漏風的危害第11頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六以300MW機組為例：1、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。2、

10、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 300kWh，每年大約可節省廠用電180萬kWh，同時也避免了因風機出力不足而影響整臺機組的出力。3、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。4、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。總結：600MW機組漏風系數每降低1%，則減少供電煤耗0.18 g/kwh 300MW機組漏風系數每降低1%，則減少供電煤耗0.14 g/kwh 空預器漏風所影響的機組經濟效益第12頁

11、，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六空預器漏風所影響的機組經濟效益 相對來說，改造鍋爐和汽輪機的主要部件費用比較高，而鍋爐輔機，如空氣預熱器的改造 卻比較經濟。空氣預熱器的嚴重漏風和低可 靠性是中國電站的普遍問題。很多電站的漏風率達15以上甚至更高。另外，很多電站空預器還有堵灰，維護費用高等問題。 根據數據對比，進行空預器改造后，通常可使鍋爐效率提高1左右，30萬千瓦以上機組，節煤和電的費用為200萬以上，如果再加上出力增加而提高的發電收益，改造一臺機組的空預器，每年可增加500萬以上的收益。截至2009年，我國火電總裝機容量達到6億千瓦，相當于1000臺60萬千瓦機組，每臺機

12、組配有2臺回轉式空預器，相當于全國有2000臺以上的空預器（60萬千瓦機組）在運行。這其中只有三分之一左右的進行了技術改造。平均每臺機組的改造價格為4001000萬左右（含換熱元件費用）。基本每隔4-5年空預器就需要進行一次大修或更換元件。這是一個巨大的市場。第13頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六為了降低空預器的內部漏風量，在各個倉室之間、轉子上下面對應的位置安裝有控制漏風間隙的扇形密封板，上部扇形密封是動態可調的，下部是固定的。同時還在轉子的上下表面、轉子的圓周曲面以及轉子與殼體的上下圓周結合處，分別安裝有相互對應的等分角度的固定式的徑向密封板、軸向密封板和周向密封板，

13、如圖4所示。 空預器密封結構及分類第14頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六現有空預器密封機理及可調性根據轉子各部份受熱變形的特點，恰當地調節各個部份固定式密封板，使轉子和外部殼體之間的軸向漏風間隙為最小。而轉子上部可調扇形密封板由間隙自動控制系統自動調節，可以自動根據轉子上部的熱變形情況來做出動態調節，配合恰當調節的轉子下部固定扇形密封板，可以使各個倉室間的徑向漏風間隙為最小。 第15頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六空預器在安裝時，外部殼體由兩側的鍋爐輔助立柱支撐；中心轉軸下方通過下部推力軸承與中心驅動裝置對接后，將轉子的重量通過支撐橫梁傳遞給鍋爐本體

14、的結構橫梁，再由結構橫梁將此重量傳遞到鍋爐本體的主結構立柱上；轉軸上部通過上部導向軸承與空預器外部殼體相連。通過上述結構描述，可以得知該型號的空預器是墩放在，由鍋爐的輔助立柱、結構橫梁、結構立柱組成的支撐架構上面，如圖5所示。 正是這種特殊的結構和安裝方式，決定了回轉式空預器在受熱后的變形，是由下部支撐橫梁為原點，向上部發生軸向膨脹伸長，并以中心轉軸為圓心向四周發生徑向膨脹伸長，這種變形在轉子的受熱變形中最為明顯。而外部殼體是個巨大的剛性連接體，加之這種墩放式結構，以及外部殼體的金屬材料的物理比熱和熱膨脹系數都小于內部轉子蓄熱元件，這就使得空預器外殼的熱膨脹變形量也小于內部轉子的熱膨脹變形量。

15、 空預器的支撐結構和安裝示意第16頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六回轉式空氣預熱器的漏風間隙及動態分析 第17頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六回轉式空氣預熱器的漏風間隙及動態分析在回轉式空氣預熱器的轉子的上、下工作面和轉子的圓周筒體上，分別安裝有許多徑向和軸向密封片，分別與上部活動式扇形密封板、下部固定式密封板、軸向密封板形成狹小的漏風間隙；而圓周密封板則與轉子上、下法蘭圓周側形成狹小漏風間隙。這些漏風間隙分別稱為，空預器徑向漏風間隙、空預器軸向漏風間隙、和空預器圓周漏風間隙。而這些間隙在冷態時又分別根據位置的不同，預留了不等的間隙距離，如圖6所示。

16、以常見的300MW機組回轉式空氣預熱器為例；上部活動式扇形板與轉子上部徑向密封片之間的冷態預留距離為，A端1.5，B端1.5；下部固定式扇形板與轉子下部徑向密封片之間的冷態預留距離為，C端0，D端1920；空預器軸向密封板與轉子軸向密封片之間的冷態預留距離為，F端910，E端5.56.5。從圖6可以看出在冷態時，轉子上部徑向漏風間隙近似為矩形形狀，轉子下部徑向漏風間隙近似為三角形形狀，轉子的軸向漏風間隙近似為梯形形狀。 第18頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六回轉式空氣預熱器的漏風間隙及動態分析分析回轉式空氣預熱器的熱態漏風間隙時，首先分析空預器的轉子的變形情況，由于轉子的

17、不斷轉動，轉子上表面持續受到熱風側的高溫煙氣的加熱，溫度較高；而轉子的下表面也連續受到冷風側一、二次冷風的冷卻，溫度較低。這樣就使得轉子的上部熱膨脹大于下部的熱膨脹，由于轉子的下端受到推力軸承、中心驅動裝置、支撐橫梁的支撐作用，使得轉子在受熱后的熱態變形為向上部膨脹。這種膨脹的結果使得轉子中心的上表面較冷態時升高，并且由于轉子上部的徑向膨脹大于下部，使得轉子的上部受到的熱膨脹徑向力矩大于轉子下部。這種力矩致使轉子以下部為原點發生向下、向外的翻轉變形。加之轉子的自重力矩，更加速了轉子的這種行似“蘑菇狀”的熱態變形。 在這種“蘑菇狀”的熱態變形中，空預器轉子的外周發生向下的沉降現象，而轉子中心發生

18、隆起。這就使得熱態時轉子下部的三角形漏風間隙和轉子圓周的軸向漏風間隙變得比冷態時小，而轉子上部的漏風間隙變得比冷態時大。而且隨著鍋爐負荷的升高，空預器轉子換熱量的增加，上述“蘑菇狀”變形就越明顯，各處漏風間隙的變化也就越大。第19頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六回轉式空氣預熱器的漏風間隙及動態分析第20頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六回轉式空氣預熱器的漏風間隙及動態分析我們可以清楚地看到，轉子下部D處的間隙隨著鍋爐負荷升高而逐漸變小；轉子圓周F處、E處的間隙也隨著鍋爐負荷的增加而趨于變小；轉子上部B處的間隙卻隨著鍋爐負荷的增加而逐漸變大。在上述轉子的

19、“蘑菇裝”變形中，轉子下部和轉子圓周處的漏風量隨著鍋爐負荷的增加而逐漸減少，而轉子上部的漏風量卻隨著鍋爐負荷的增加而增加。通過空預器轉子上部活動式扇形板上連接的調節桿，可以在一定范圍內改變轉子在熱態時上部的漏風間隙大小，從而達到調節漏風量的作用。通過比較，要達到相當的漏風量調節，就必須在熱態時使上部活動式扇形密封板變形大于冷態時的變形量，即使得活動式扇形密封板更加彎曲才行。第21頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六市場現有的接觸式密封（柔性密封）第22頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六回轉式空氣預熱器的漏風間隙及動態分析通過分析得知，當鍋爐處于起爐過程或是

20、低負荷運行時，由于空預器轉子的換熱量較小，轉子上部熱端和下部冷端的熱變形較鍋爐重負荷時要小，造成空預器轉子的“蘑菇態”變形不嚴重，此時轉子下部固定式密封板處的徑向漏風量和轉子圓周處的軸向漏風量為空預器的主要漏風。而此時空預器上部活動式扇形密封板處的徑向漏風量，由于轉子的外延下翻而有所增加，通過恰當調節上部活動式扇形密封板，可以使上部漏風量得到有效控制。隨著鍋爐負荷和空預器轉子換熱量的增加，轉子的“蘑菇裝”變形加劇，轉子下部固定式扇形密封板處的徑向漏風間隙和轉子圓周處的軸向漏風間隙減小，這兩處漏風量減小；而轉子上部活動式扇形密封板處的徑向漏風間隙卻增大很多，漏風量也隨之有較大增加，成為空預器的主

21、要漏風。 第23頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六刷式密封與傳統空預器密封的區別傳統空預器密封技術是采用剛性有間隙密封技術，在動靜間保持一個最小間隙，達到漏風最小。由于空氣預熱器的蘑菇狀變形問題，而且這種變形隨負荷環境溫度不斷發生變化，使得靜密封很難達到一個最佳的動靜之間的間隙值。間隙過小，易產生密封板與扇形板的動靜摩擦，直接威脅的設備的安全運行；間隙過大，空預器漏風率過大，又會影響到機組的經濟性運行。第24頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六柔性接觸式密封的原理將扇形板固定在某一合理位置,柔性接觸式密封系統安裝在徑向轉子格倉板上,在未進入扇形板時,柔性接

22、觸式密封滑塊高出扇形板510mm。當柔性接觸式密封滑塊運動到扇形板下面時,合頁式彈簧發生形變,密封滑塊與扇形板接觸,形成嚴密無間隙的密封系統。當該密封滑塊離開扇形板后,合頁式彈簧將密封滑塊自動彈起,以此循環進行。第25頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六刷式密封與傳統空預器密封的區別刷式密封技術解決了傳統空預器密封技術這一薄弱之處，該密封系統由排列緊密的耐高溫金屬絲組成的刷形密封片組成，具有優異的密封性能、良好的回彈性及較小的摩擦阻力，與密封配合面可以過盈接觸，長期使用，泄漏量可以維持在較小范圍內。 第26頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六空預器刷封產品圖

23、片第27頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六熱端徑向刷封的安裝位置第28頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六冷端徑向刷封的安裝位置第29頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六軸向刷封的安裝位置第30頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六主要競爭對手和產品目前國內的空預器改造企業主要有英國Howden、北京華能達、上海科盛、哈鍋興隆等，其中英國Howden的VN密封技術占據了大部分市場份額，華能達和科盛等也擁有自己的專利技術，但由于技術存在不足，其市場占有率和實施效果均不理想。即便如此，這幾家企業的飛速發展也驗證了這一領域的廣闊

24、市場前景。目前市場上，回轉式空氣預熱器密封裝置主要采用以下幾種形式：、可調式密封、固定式密封、彈片式密封第31頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六主要競爭對手和產品可調式密封：扇形板和弧形板是可以通過自動或手動調整的，其中扇形板大多可以自動調整。在回轉式空氣預熱器上安裝執行機構，并且在扇形板附近裝有間隙監測裝置，當熱態下間隙發生改變時，將間隙變化信號反饋至執行機構，執行機構動作，根據反饋信息上下調整扇形板，從而使間隙達到最佳狀態。這種密封方式結構復雜，對運行要求高，可靠性不好，維護費費用高。哈鍋、上鍋、東鍋等企業生產的空預器主要采用這種技術，已不是市場主流，很少在改造上使用。

25、第32頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六主要競爭對手和產品固定式密封：該技術有英國Howden公司擁有技術專利。根據回轉式空氣預熱器運行參數，預先計算出熱態下密封片和扇形板、弧形板之間的膨脹間隙，在安裝時預留出來，以保證熱態運行時膨脹以后達到最佳的密封狀態。由于轉子上的密封片跟扇形板、弧形板之間的冷態間隙是轉子與扇形板、空氣預熱器頂底結構之間的“熱膨脹差”，計算和調整方法復雜，施工要求嚴格。這種技術只被Howden公司掌握，并作為核心技術，通常不提供給客戶冷態設定數據和設定方法。國內目前還沒有無法精確計算出冷態間隙設定值，自行設定間隙往往存在較大偏差。固定式密封維護方便，可靠性好，但為了保證運行安全性，密封片只有13mm厚度，運行幾年就因飛灰磨損和腐蝕需要進行更換，由于間隙設定的核心技術被壟斷，只能高價請專業公司再次進行間隙設定，費用高昂。同時由于冷態間隙的計算和調整仍然存在誤差，扇形板和密封片之間仍然存在一定的泄漏間隙。并且由于是按額定運行狀態計算的間隙值，在鍋爐運行異常（如煙溫異常）情況下，容易造成轉子卡死的情況。英國Howden公司及其在華企業擁有該技術和專利，其新空預器和改造空預器占據了全球大部分的份額。科盛公司也基本采用該技術，但稍有改變，曾被Howden以侵其專利權起訴。第33頁，共36頁，2022年，5月20日，2點9分，星期六主要競爭