CN105180203A - 基于帘式自调式扇形板的回转式空预器径向密封系统 - Google Patents

基于帘式自调式扇形板的回转式空预器径向密封系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于帘式自调式扇形板的回转式空预器径向密封系统，其将热端扇形板设计为帘式扇形板，帘式扇形板由若干块宽度递增的帘片组成；相邻帘片之间设置有连接件；径向隔板与帘式扇形板之间设置有刚柔组合密封片组；刚柔组合密封片组包括连接在径向隔板上端边缘的刚性密封片和柔性密封片。帘式扇形板径向密封技术突破固定式密封、可调式密封、弹片式柔性密封和刷式柔性密封等技术均采用整块扇形板的束缚，冷热端的径向密封间隙相当小，加之径向密封与轴向密封采用刚柔组合密封片组设计，空预器的漏风率会大幅度降低，并且经过运行磨合后漏风率不增反降，预计在刚柔组合密封片组使用寿命期内漏风率可控制在3.5％以内。

Description

基于帘式自调式扇形板的回转式空预器径向密封系统
技术领域
本发明涉及回转式空预器，特别地指基于帘式自调式扇形板的回转式空预器径向密封系统。
背景技术
在火力发电、化工等行业燃煤锅炉的烟风系统中，回转式空气预热器(简称回转式空预器)是常用的烟风换热设备，它有两分仓、三分仓和四分仓三种型式。分仓之间，通过在转子冷端和热端布置的扇形板进行分区。转子通过若干个径向隔板分隔成若干基础扇形仓，基础扇形仓简称为格，转子通常分为48个格。
回转式空预器有空气漏入烟气，即发生漏风，包括携带漏风和动静间隙的径向漏风、轴向漏风和旁路漏风，其中主要的是径向漏风。减少径向漏风，可以减少引风机的烟气量和一次风机及送风机的送风量，降低厂用电耗。因此，回转式空气预热器的研究及设计的重点是减少径向漏风。
由图1可知，回转式空预器运行时(热态)，转子的蘑菇型变形使热端固定在转子径向隔板上的径向密封片与扇形密封板之间的间隙由中心向外逐渐变大，采取合适的方法减少这个间隙就可减少径向漏风。当前，常见的方法有固定式密封、可调式密封、弹片式柔性密封和刷式柔性密封。
其中固定式密封技术是英国Howden(豪顿)公司的专利技术。该技术根据回转式空预器的运行参数，预先计算出热态下密封片和扇形板(以及弧形板)之间的膨胀间隙，安装时预留出技术间隙，以保证热态运行膨胀后达到最佳的密封状态。由于转子上的密封片与扇形板之间的冷态间隙是转子与扇形板、空预器顶底结构之间的“热膨胀差”，计算和调整方法复杂，施工要求严格。Howden公司独自掌握此核心技术，通常不提供给客户冷态设定数据和设定方法。目前国内尚未掌握精确计算冷态间隙的方法，设定的间隙往往存在较大偏差。为了保证运行安全性，密封片的厚度只有1～3mm，容易被腐蚀和飞灰磨损，运行几年就要更新一次密封片，由于间隙设定的核心技术被垄断，只能高价请专业公司再次进行间隙设定，费用高昂。实际上，冷态间隙的计算和调整是存在误差的，扇形板和密封片之间必然存在一定的泄漏间隙。还有，间隙值是按额定运行状态计算的，在锅炉运行异常(如烟温异常)情况下，转子容易卡死。英国Howden公司及其在华企业所拥有的固定式密封空预器专利技术，虽然维护方便，可靠性好，占据全球大部分新空预器和改造空预器的份额，但实际运行情况不够理想。例如，广东省汕头市某4×1000MW机组燃煤电厂，2014年4月用此技术改造2号炉的两台空气预热器。改造后，两台空气预热器短期内漏风率为为5.4％和6.23％，不久回到8％左右。改造失败的可能原因是固定密封对安装要求较高，受现场安装条件的限制，安装指标难于控制。可调式密封技术的扇形板与弧形板的间隙是由间隙跟踪漏风控制系统自动调整的。执行机构装在回转式空预器上面，间隙监测装置装在扇形板附近，当热态间隙发生改变时，间隙变化信号反馈至执行机构，执行机构动作，根据反馈信息上下调整扇形板，从而使间隙达到最佳状态，以减少漏风率。例如，三分仓回转式空预器采用可调式密封技术后，可将过去高达10％以上的漏风率降到投运一年内小于5％、一年后小于6％的水平。哈锅、上锅、东锅等企业生产的空预器主要采用这种技术。这种密封方式结构复杂，对运行要求高，维护费费用高，可靠性差些，实际运行情况也不够理想。就前述电厂而言，改造之前的三分仓回转式空预器由锅炉厂配供，原设计采用可调式密封技术，设计漏风率一年内小于6％，一年后小于8％。1、2号机组分别于2009年6月和9月投运，3号机组于2011年1月投运，4号机组于2012年投运。投运一段时间后，空预器的漏风量增大。2014年，2号炉两台空气预热器的漏风率分别达到8.45％和9.13％。
弹片式柔性密封技术是将扇形板固定在某一合理位置，采用自润滑合金的柔性接触式密封滑块(片)安装在径向转子格板上。柔性接触式密封滑块随转子转动，在扇形板外面时，高出扇形板5～10mm；转到扇形板下面时，合页式弹簧发生形变，密封滑块与扇形板接触，形成严密无间隙的密封系统；转出扇形板后，合页式弹簧将密封滑块自动弹起。密封滑块用弹性材料制作，以保证间隙改变时仍能很好地贴合静态密封面来减少漏风率。鉴于回转式空预器处于长期持续运转状态，运行环境恶劣，弹性密封滑块长期处于高温和反复受力状态，很容易造成弹性失效，甚至疲劳断裂，整块密封片折断，支撑弹簧也容易失去弹性而塌陷，造成更大漏风。另外，转子旋转需要克服滑块摩擦阻力，增加驱动装置耗电量。
刷式柔性密封技术是由排列紧密的耐高温金属丝组成的刷形密封片组成。该技术密封性能良好、回弹性较好、摩擦阻力较小，与密封配合面可以过盈接触，泄漏量可以维持在较小范围内。据介绍，高压蒸汽或高压水吹扫时，刷式柔性密封空预器的钢丝刷容易被吹散，密封效果不够理想；空预器热端外侧的热态径向间隙达30mm-40mm，钢丝刷丝长大于40mm，冷态间隙小钢丝折弯较严重，容易受损；钢丝刷的磨损较严重，也影响密封效果；每年需要的维护费用较大(高达几十万元)。
这些技术存在的瑕疵均是由于采用整块扇形板而引起。
发明内容
本发明的目的在于克服传统整体式扇形板的技术偏见而提供了一种基于帘式自调式扇形板的回转式空预器径向密封系统，这种帘式扇形板依靠重力自然铺设在转子刚柔组合密封片组，将径向间隙自动调整至最小值。
本发明如下技术方案实现的：
基于帘式自调式扇形板的回转式空预器径向密封系统，它包括围绕中心轴转动的转子，所述转子包括与所述中心轴固定连接的若干径向隔板；所述径向隔板所分隔转子形成若干格，所述转子的上端为热端，所述转子的下端为冷端在所述转子的直径方向上下对称地布置有共若干扇形板；
热端所述扇形板为帘式扇形板，所述帘式扇形板由若干块宽度递增的帘片组成；相邻所述帘片之间设置有连接件；
所述径向隔板设有刚柔组合密封片组；所述刚柔组合密封片组包括连接在所述径向隔板上端边缘的刚性密封片和柔性密封片；当刚柔组合密封片组运转至帘式扇形板对应区域时，所述帘式扇形板、所述刚性密封片和所述柔性密封片三者之间形成空腔。
相邻所述帘片之间通过活页连接件和/或V型弹性板连接件连接；当相邻所述帘片之间通过活页连接件和V型弹性板连接件连接时，所述V型弹性板连接件位于所述活页连接件上方。
相邻所述帘片之间通过半圆形连接件连接，则帘式扇形板柔性更优。
所述帘式扇形板最内侧所述帘片的内侧底边为弧形，最外侧所述帘片的外侧底边为弧形；其余所述帘片底边为直线。
所述帘片的底边亦可为弧形。
所述刚柔组合密封片组由一片刚性较大的密封片与若干片柔性较大的密封片组成，最简单的型式由一刚一柔两个密封片组成。所述刚性密封片设置在所述径向隔板左侧，刚性密封片上段向右侧倾斜。
所述柔性密封片设置在所述径向隔板右侧。
所述柔性密封片为纵截面为直线的平板，所述柔性密封片顶部末梢向右侧倾斜。
所述柔性密封片还可采用如下设计：所述柔性密封片上段为S型结构；所述柔性密封片顶部末梢向右侧倾斜。
所述柔性密封片还可采用安装在所述刚性密封片同侧的设计：所述柔性密封片设置在所述径向隔板左侧，所述柔性密封片包括向右侧弯曲的折角结构，所述柔性密封片与所述刚性密封片之间形成空腔；所述柔性密封片顶部末梢向右侧倾斜。
帘式扇形板径向密封技术突破固定式密封、可调式密封、弹片式柔性密封和刷式柔性密封等技术均采用整块扇形板的束缚，热端的径向密封间隙相当小，加之采用刚柔组合密封片组，空预器的漏风率会大幅度降低，并且经过运行磨合后漏风率不增反降，预计在刚柔组合密封片组的使用寿命期内漏风率可控制在3.5％以内。采用本技术后，空预器的结构简单，制造方便，造价低廉，安装要求低。这种缩小间隙及减少漏风的帘式径向密封新方法优于现有的径向密封方法。刚柔组合密封片组既可用于空预器的径向密封，也可用于空预器的轴向密封。
附图说明
图1为回转式空预器径向漏风现象示意图。
图2为基于帘式自调式扇形板的回转式空预器径向密封系统结构示意图。
图3为弧形帘式扇形板的结构示意图。
图4为梯形帘式扇形板的结构示意图。
图5为活页连接件工作结构示意图。
图6为V型弹性板连接件工作结构示意图。
图7为双重连接件工作结构示意图。(活页连接件及V型弹性板连接件)
图8为半圆形连接件工作结构示意图。
图9为刚柔组合密封片组(变形Ⅰ)承压前后状态示意图。
图10为刚柔组合密封片组(变形Ⅱ)承压前后状态示意图。
图11为刚柔组合密封片组(变形Ⅲ)承压前后状态示意图。
图12为刚柔组合密封片组(变形Ⅳ)承压前后状态示意图。
图中：径向隔板1；帘式扇形板2；活页连接件2A；V型弹性板连接件2B；半圆形连接件2C；刚柔组合密封片组3；刚性密封片3a；柔性密封片3b；支撑轴4；导向轴5；传统扇形板6；传统径向密封装置7；轴向密封装置8；空隙9；空腔10；帘片R(帘片第1段R1；帘片第i段Ri；帘片第n段Rn)。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步地详细描述，但该实施例不应该理解为对本发明的限制，仅作举例而已，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
如附图所示，基于帘式自调式扇形板的回转式空预器径向密封系统，它包括围绕中心轴转动的转子，转子包括与中心轴固定连接的若干径向隔板1；转子包括与中心轴固定连接的若干径向隔板1所分隔形成的若干格，在转子的直径方向上下对称地布置有共若干扇形板，转子的上端为热端，转子的下端为冷端；
热端扇形板为帘式扇形板2，帘式扇形板2由n段宽度递增的帘片R组成，其中n为自然数；相邻帘片R之间设置有连接件；
径向隔板1与帘式扇形板2之间设置有刚柔组合密封片组3；刚柔组合密封片组3包括连接在径向隔板1上端边缘的刚性密封片3a和柔性密封片3b；当刚柔组合密封片组3运转至帘式扇形板2对应区域时，帘式扇形板2、刚性密封片3a和柔性密封片3b三者之间形成空腔10。这种结构进一步限制了漏风现象的产生。
转子转动时，刚性密封片3a首先接触帘式扇形板2，刚性密封片3a起到支撑的作用；而后帘式扇形板2接触柔性密封片3b，柔性密封片3b受力形变，向右侧打开产生空腔。
相邻帘片之间通过活页连接件2A或V型弹性板连接件2B或半圆形连接件2C连接；其中活页连接件2A或V型弹性板连接件2B也可配合使用，此时，V型弹性板连接件2B位于活页连接件2A上方，避免了活页连接件中心处漏风的问题。单独使用时，帘片之间采用半圆形连接件2C连接效果较佳，此设计半圆型弹性板的应力小，变形性能好，帘式扇形板的寿命长，漏风小。
帘片R均为梯形，最内侧段帘片R1的内侧底边为弧线型，最外侧段帘片Rn的外侧底边为弧线型；其余段帘片R底边为直线型或弧线型。若设计为直线型减少了不必要的弧形结构，大大降低了加工成本。
刚性密封片3a设置在径向隔板1的一侧(为表述方便，图中为左侧，即转子转动时首先接触扇形板的方向)；刚性密封片3a上段向右侧倾斜。
柔性密封片3b设置在径向隔板1右侧。柔性密封片3b为纵截面为直线的平板，柔性密封片3b顶部末梢向右侧倾斜。
柔性密封片3b上段亦可设计为S型结构；柔性密封片3b顶部末梢向右侧倾斜。
基于相同原理，柔性密封片3b亦可设置在径向隔板1左侧，柔性密封片3b包括向右侧弯曲的折角结构，柔性密封片3b与刚性密封片3a之间形成空腔；柔性密封片3b顶部末梢向右侧倾斜。
以上未作详细说明均为现有技术。

Claims (9)

1.基于帘式自调式扇形板的回转式空预器径向密封系统，它包括围绕中心轴转动的转子，所述转子包括与所述中心轴固定连接的若干径向隔板(1)；所述若干径向隔板(1)分隔形成若干格，在所述转子的直径方向上下对称地布置有若干扇形板，所述转子的上端为热端，所述转子的下端为冷端；其特征在于：
热端所述扇形板为帘式扇形板(2)，所述帘式扇形板(2)由n段宽度递增的帘片(R)组成，其中n为自然数；相邻所述帘片(R)之间设置有连接件；
所述径向隔板(1)与所述帘式扇形板(2)之间设置有刚柔组合密封片组(3)；所述刚柔组合密封片组(3)包括连接在所述径向隔板(1)上端边缘的刚性密封片(3a)和柔性密封片(3b)；当所述刚柔组合密封片组(3)运转至所述帘式扇形板(2)对应区域时，所述帘式扇形板(2)、所述刚性密封片(3a)和所述柔性密封片(3b)三者之间形成空腔(10)。
2.根据权利要求1所述的基于帘式自调式扇形板的回转式空预器径向密封系统，其特征在于：相邻所述帘片(R)之间通过活页连接件(2A)和/或V型弹性板连接件(2B)连接；当相邻所述帘片(R)之间通过所述活页连接件(2A)和所述V型弹性板连接件(2B)连接时，所述V型弹性板连接件(2B)位于所述活页连接件(2A)上方。
3.根据权利要求1所述的基于帘式自调式扇形板的回转式空预器径向密封系统，其特征在于：相邻所述帘片(R)之间通过半圆形连接件(2C)连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于帘式自调式扇形板的回转式空预器径向密封系统，其特征在于：所述帘片(R)均为梯形，最内侧段所述帘片(R1)的内侧底边为弧线型，最外侧段所述帘片(Rn)的外侧底边为弧线型；其余段所述帘片(R)底边为直线型或弧线型。
5.根据权利要求1所述的基于帘式自调式扇形板的回转式空预器径向密封系统，其特征在于：所述刚性密封片(3a)设置在所述径向隔板(1)左侧；所述刚性密封片(3a)上段向右侧倾斜。
6.根据权利要求6所述的基于帘式自调式扇形板的回转式空预器径向密封系统，其特征在于：所述柔性密封片(3b)设置在所述径向隔板(1)右侧。
7.根据权利要求7所述的基于帘式自调式扇形板的回转式空预器径向密封系统，其特征在于：所述柔性密封片(3b)为纵截面为直线的平板，所述柔性密封片(3b)顶部末梢向右侧倾斜。
8.根据权利要求7所述的基于帘式自调式扇形板的回转式空预器径向密封系统，其特征在于：所述柔性密封片(3b)上段为S型结构；所述柔性密封片(3b)顶部末梢向右侧倾斜。
9.根据权利要求6所述的基于帘式自调式扇形板的回转式空预器径向密封系统，其特征在于：所述柔性密封片(3b)设置在所述径向隔板(1)左侧，所述柔性密封片(3b)包括向右侧弯曲的折角结构，所述柔性密封片(3b)与所述刚性密封片(3a)之间形成空腔；所述柔性密封片(3b)顶部末梢向右侧倾斜。
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