李建伟 张卫彬
中国神华胜利发电厂 026000
摘要：回转式空气预热器拥有较高的换热效率和较为紧凑的结构，且其金属原料耗材相对较少，因此被广泛应用于大型锅炉机组中，可以说回转式空气预热器就是大型火力发电机组锅炉中的重要换热设备。但实际上，在生产过程中设备是存在漏风量较大这一问题的，它直接影响了整个设备的安全运行，且极大程度上降低了整个锅炉机组的经济运行效益。所以本文中简单分析了回转式空气预热器漏风的主要原理因素，然后提出对应密封技术策略。
关键词：回转式空气预热器；漏风原理；因素；密封技术策略
一、回转式空气预热器的漏风原理因素分析
在回转式空气预热器中，由于转动转子与静止外壳之间存在各种不同类型间隙，所以其在空气预热器热态运行过程中是存在转子热变形变大或变小情况的，它也成为了空气预热器漏风的主要途径。就具体的空气预热器内部漏风原理看来，需要考虑到以下两点因素：直接漏风因素与携带漏风因素。
（一）携带漏风原理分析
在回转式空气预热器转子中是安装了大量的金属换热元件的，这些元件呈现波纹状，所有的换热元件在布局堆积过程中都存在一定间隙。在转子运动过程中就存在蓄热元件间隙，这些间歇所携带的空气与烟气相互混合，就形成了携带漏风情况。考虑到回转式空气预热器转速相对较小，只有1r/min，因此它的携带风量也相对较少，所有携带风都由转子结构所引发，所以携带漏风也成为了回转式空气预热器固有的漏风方式，基本上无法避免更无法改进。当空气预热器转速越小时，它的元件转子充满度就越大，携带漏风量就越小。就国产空预器的携带漏风量大约占到总漏风量的15%~20%左右[1]。
这里分析一种“蘑菇状”变形携带漏风形式，它的漏风间隙相比于冷态漏风更小，伴随锅炉运行负荷的逐渐增加，空气预热器转子的换热量也会逐渐增大。在这一过程中，“蘑菇状”变形会越来越严重，热端变形量也逐渐变大，在烟空气压力差影响下，热端径向漏风间隙也会越来越大。
（二）直接漏风原理分析
相比于携带漏风，直接漏风就属于回转式空气预热器中占有漏风比例最大的一种漏风形式，它占到整个空气预热器漏风率的70%以上，漏风内容主要是流动中的烟气与空气。实际上，是烟气与空气的压力差形成了漏风问题，这种漏风是直接从空气预热器径向、轴向以及周向间隙形成并排出的，所以它被称为直接漏风。在计算直接漏风过程中，需要参考美国所提出的ABB-APC公式，了解影响漏风的主要因素有哪些？例如漏风间隙的大小尺寸计算、漏风空气烟气的测压差与系数K计算，在这一过程中还要深入分析漏风间隙与烟气空气的减小情况，尝试对漏风过程中的空气流动状态进行改善，这对减小漏风量帮助很大[2]。
二、回转式空气预热器的漏风密封技术策略
要首先分析回转式空气预热器的漏风系数，这一点应该参考我国常用的计算标准，了解泄露空气量与燃料之间的理论空气比。换言之，要利用回转式空气预热器的烟气进口与烟气出口量空气系数内容来确定漏风系数，其计算公式具体参考如下：
△a=a2-a1
在上述算式中，△a代表了漏风系数，a2代表了回转式空气预热器中的烟道出口位置过量空气系数，a1代表了回转式空气预热器中的烟道进口位置过量空气系数。基于这一公式就分析了回转式空气预热器的漏风密封技术策略[3]。
（一）对密封结构的有效改善
当前全球范围内针对回转式空气预热器漏风控制相对成熟的技术措施就是密封结构，这其中主要包括了多重密封结构、迷宫型密封结构等等。在对密封结构进行改造过程中，它所要改变的就是空气泄露的流通通道，如此改造能够从根本上阻隔漏风问题形成，同时有效降低漏风量，这对于携带漏风控制是非常有效的。
就以多重密封技术为例，它主要利用到了宽扇形板加密封配合多仓格密封方式，确保扇形板的多道密封片都能实现密封保护优化，结合转子设置多道排列密封片内容，进而形成节流间隙。这一设计可保证泄漏空气在流过多重密封间隙过程中产生多次且大量的节流效应，如此能够达到阻漏目的。在建立多重密封的密封片固定件过程中，需要分析空气预热器转子转动情况，分析系统中所存在的多固定件摩擦情况，有效维持系统整体使用寿命。考虑到密封间隙是每时每刻都存在的，因此利用多重密封技术并不能做到100%控制泄漏空气，依然会有部分空气从尾部密封腔位置流出。所以说多重密封技术一般是比较适用于高压、高温且旋转率相对偏高的回转式空气预热器结构之中的。在密封片设计优化过程中，还可考虑利用到叉式密封与多重硬密封技术方式，它们在改善空气预热器阻漏性能方面都相当出色，能够确保材料成本与改装成本优化，建立多重密封与叉片密封形式，保证密封效率相比于其它密封方法高出至少45%左右。而总体看来，叉式密封的结构更为简单，改造成本也相对偏低，照比传统密封技术优势表现较大，对于目前的携带漏风与直接漏风问题都有一定修复改善效果，非常值得推广应用[4]。
（二）对烟气侧与空气侧压力差的有效降低
而针对直接漏风问题，则需要思考如何降低烟气侧与空气侧之间的压力差，了解在锅炉系统生产过程中必然出现的尾部受热问题，对其受热面压力进行分析，了解它与锅炉机组压力差之间的相互关系，降低回转式空气预热器的漏风压力差。在这一过程中，需要对锅炉的总体设计格局进行规划，正确选择磨煤机，同时对受热面进行合理布置，另外建立良好的吹灰系统，保证从机组锅炉的系统底部降低锅炉压力，如此就能有效降低空气预热器中的漏风压差问题，与此同时也能做到对锅炉机组中烟气与空气侧压差的有效降低[5]。
就这一方法而言，要利用到ANSYS有限元分析法，结合转子热变形规律分析有限元模型体系，确保建立热载荷与应力载荷模型，分析计算模型中有限元结构与物性参数结果，如此形成网格划分，获得离散化模型。
在这一过程中，需要选择合理计算参数，对参数条件下所形成的烟气侧与空气侧温度场进行计算分析，了解二者所形成的压力差，并思考压力差的降低方法。所以说要合理选择计算参数，保证计算过程中所获得的参数条件数据准确。举例来说，如果机组在满负荷运行过程中，其转子整体是会发生向下弯曲的，它符合比较常见的“蘑菇状”变形特性，在隔板的热端与冷端也会发生弯曲变形情况。另外，也要设置数值位移并计算有限元单元内容，了解隔板中某一点所发生的唯一最大热端最外缘尺寸，大约在40mm以上。此时要实施轴线密封，确保热端、冷端的烟气侧与空气侧压力差控制28mm以内，最大限度减小密封间隙冷端外延密封间隙。结合上述操作可有效控制由于回转式空气预热器位移所造成的直接漏风问题[6]。
（三）对漏风间隙面积的有效减少
要基于理论层面对hun回转式空气预热器的漏风间隙面积进行控制，在实践层面上减少漏风面积，如此是非常有利于减少漏风量的。在具体的施工工程中应该有效防止堵灰与磨损问题，避免密封间隙过小问题出现。在漏风面积控制方面则需要采用到全新密封方法，例如目前比较流行的自动跟踪调节结构技术、刷式密封结构技术、接触式柔性密封技术等等。就以柔性接触式密封技术为例，它会为回转空气预热器设置一套扇形板，并将扇形板固定在某一合理位置上，确保柔性接触密封系统能够安装在径向转子隔仓板上。这一操作需要结合扇形板柔性接触密封滑块展开分析，确保滑块至少高出扇形板5~8mm，然后又对柔性接触式密封滑块运动到扇形板以下位置进行分析，对其合页式弹簧所发生的形变进行分析，结合密封滑块与扇形板接触内容进行调整，如此就形成了一套严密的、无间隙的密封系统。一旦密封滑块脱离扇形板位置，就需要利用到和也是弹簧对密封滑块自动弹起位置进行调整，如此循环操作即可。目前，采用自润滑合金制作密封滑块是非常常见的，它属于一种高科技材料，该材料在高温无润滑条件下可保持较低的耐磨损、耐高温摩擦系数，其安装方便且存在组件更换快捷的特点。在分析合页式弹簧材料调整过程中，需要采用到经过强化的镍基合金，确保合金在900℃以上条件下具有良好的强度、抗氧化性与抗腐蚀性能，同时体现一定的低温属性，如此可将其技术投入到各种焊接工艺当中，发挥应有价值作用。
再者，要为回转式空气预热器设计T型铰链，它能够防止弹簧由于形变量过大而脱落，所以需要采用耐腐蚀不锈钢材料，通过这一材料一次性成型制作T型铰链。在T型教练制造过程中需要对其螺纹固定位置进行校正，分析其受力位置，了解铰链中最脆弱易于断裂位置，避免出现T型铰链失效问题。如果合页无法正常谈起，则需要经过反复试验结合经验进行总结，利用成型技术生产铰链，确保T型教练能够与铰链螺母丝扣拧紧。这一过程中应该避免压缩次数、拉伸次数过多，避免出现松脱问题而导致弹簧脱落。在采用焊接技术进行直接连接过程中，可有效强化铰链的整体抗拉强度。由T型铰链所衍生出的合金转轴技术也能够在相对恶劣的环境中对回转式空气预热器进行调整，减小其漏风问题。考虑到恶劣环境中飞灰含量较大，低温腐蚀程度严重，所以必须采用合金材质，结合转轴双层相套合金结构来应用合金转轴技术。结合安装示意图分析原有径向密封片，配合柔性接触式密封组件来调整控制漏风问题。该技术相比于T型铰链整体效果更好，首先它不会形成密封间隙，在扇形板与密封滑块之间不存在任何间隙，同时也没有气流通过，可避免冲刷磨损问题，整体看来密封效果表现良好，如此就可确保回转式空气预热器长期稳定运行；第二，在采用合页式弹簧以后，可允许回转式空气预热器在较高温度状态下也能正常运行。但该过程中需要分析圆端面变形与圆周方向变形问题，必要时要进行空预器改造；第三，该技术中也会采用到自润滑合金，确保在高温状态下分析摩擦系数，保证其摩擦系数在μ=0,1左右，并对主轴电机驱动电力影响进行分析，确保其驱动电力增加幅度不大于1.5A；第四，在工厂化生产背景下，需要对该技术的现场安装工艺流程进行简化，确保其工期较短、工效良好。
就回转式空气预热器设备本身而言，它是锅炉机组尾部最重要的换热设备，依托它极高的换热效率与紧凑的设备组织结构，它在大型电站锅炉机组的价值作用不言而喻。不过在分析其胡子换是空气预热器漏风率过高这一问题时，则还必须结合设备实际运行状况分析漏风率过高所导致的回转式空气预热器烟气与空气热量交换不畅这一现实问题，分析其排烟温度上升问题，相应弱化锅炉炉膛燃烧，避免锅炉机组整体效率大幅度下降。基于此，本文才对回转式空气预热器设备的漏风成因、问题类型以及相应防治措施进行了全面分析，希望总结漏风性能问题，确保基于多点内容了解防治技术方法，追求基于不同烟气进口温度、不同隔板尺寸条件对设备中冷热端径向位移量相应计算算法进行分析，提出漏风量计算公式。再比如借助当前比较常见的多重密封漏风CFD模型来建立全新的设备漏风物理模型和数学模型，配合FLUENT软件模拟获取多重的密封气体泄漏向量，比如说速度向量、压力分布向量以及密封间隙压力向量等等，深度计算空气泄漏量与泄漏系数对设备所产生的实际影响。当然，也有必要提出回转式空气预热器的叉式密封技术控制泄漏系统，展开CFD模拟，分析像多重密封优化效果，并总结相关工作经验。例如要分析回转式空气预热器的基本结构与运行原理，对空气预热器的漏风形式（直接漏风、携带漏风）进行分析，在确定漏风形式后对转子热端的径向漏风间隙过大问题实施有效调整，总结改善密封结构，有效降低烟气侧与空气侧两侧压力差，最大限度减少漏风间隙面积，优化漏风降低措施。当然，也要对空气回转式空气预热器热态运行状态进行分析，建立转子隔板的有限元模拟分析技术体系，并计算获得结论，确保转子的径向位移误差被控制在3.2%以内。必要时也要减小转子半径，它可在一定程度上减少空气预热器漏风问题，为空气预热器的冷热两端提供最大竖向位移量计算过程，再配合CFD软件对设备中可能存在的多重密封漏风过程进行有效模拟，并获得结论。
总结：
虽然回转式空气预热器的换热能力较强，但其在换热过程中也必然会出现漏气问题，所以本文中就结合其设备系统的携带漏气与直接漏气问题进行分析，了解漏气问题的具体原因并参考提出具体策略，希望在技术层面上有效解决这一问题，减小漏风量，提高锅炉机组整体运行效率，进而提高火电企业的整体生产运行水平。
参考文献：
[1]闫顺林, 曹保鑫. 回转式空气预热器温度场三维数值模拟[J]. 热力发电, 2020,401(04):55-61.
[2]李德超, 朱骅, 王利民,等. 回转式空气预热器直接漏风的实验和数值研究[J]. 工程热物理学报, 2020(6):1325-1331.
[3]刘建勋. 回转式空气预热器漏风问题探讨[J]. 名城绘, 2019, 000(004):P.220-220.
[4]四分仓和五分仓空预器温度分布CFD模拟与验证[J]. 电力科学与工程, 2019,233(09):60-67.
[5]赵志发、李冬、林喆、徐江、薛小宇. 某回转式空气预热器二次燃烧原因分析[J]. 设备管理与维修, 2020,483(21):95-98.
[6]袁红, 黄雪飞. 回转式空预器制造质量改进[J]. 东方锅炉, 2020(2):34-37.