CN107355810A - 一种回转式空气预热器密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了本发明为回转式空气预热器嵌入式密封结构。主要由密封片和密封槽构成。在空气预热器转子径向安装密封槽。在密封槽中，嵌入相应的密封片，密封片一端固定在空气预热器中心筒上，另一端为自由状态。密封片底部嵌入密封槽内，密封片顶部与扇形板为最小合理间隙。运行时，密封槽由中心筒到转子外周倾斜。而密封片仅有一段固定在中心筒，不随密封槽倾斜。这样，密封片底部仍嵌入在密封槽内一定深度，保证密封；而密封片的顶部和扇形板仍可维持原有的最小间隙。保证了空气预热器漏风率在不同工况下，且可长期维持不变，并在一个很低的水平。本发明合理、简单，维护量小，不易卡涩、磨损和变形，工况适应范围广，是回转式空气预热器密封的重要创新。

Description

一种回转式空气预热器密封结构

技术领域

本发明属于节能环保领域，涉及一种回转式空气预热器密封结构。

背景技术

目前，空气预热器密封主要结构有：a)漏风控制系统(LCS)；b)固定式密封；c)固定式双密封；d)固定式三密封；e)弹片式密封；f)合页弹簧式密封；g)弹性自适应密封；h)刷式密封技术；i)铰链式密封；j)间隙自补偿漏风控制系统；k)疏导式密封；l)加压密封技术。各种类型的密封形式主要结构特点和应用情况如下。

a)漏风控制系统

空气预热器漏风控制系统是最早由几大锅炉厂引进的阿尔斯通等技术，也是国内常见的一种密封方式。该密封的工作原理为利用传感器自动定时监测转子的变形状态，传感器信息传递给执行机构后，执行机构动作并根据反馈信息调整扇形板，从而使间隙达到最佳状态，降低漏风率。

该密封方法的优点在于可以实时了解空气预热器的间隙状况，但在实际运行中存在间隙测量误差、系统维护工作量大和跟踪装置易发生故障等缺点，(a)间隙测量误差，目前常用的间隙测量传感器主要有接触式机械传感器、非接触式电涡流传感器或声波传感器等，但由于空气预热器热态运行时的温度较高(满负荷一般在400℃左右)。高温下传感器的可靠性较差，因此造成间隙测量存在一定误差，扇形板部分工况不能准确跟踪转子的变形情况。(b)系统维护工作量大，间隙测量系统中测点较多，在高温、高尘的环境下，传感器易发生故障。此外，每次检修时都需要对密封片、扇形板和传感器进行检修和更换，这也增加了整个系统维护的难度和检修成本。(c)间隙自动跟踪装置易发生故障。

b)固定式密封

固定式密封的专利拥有者主要为英国Howden公司，其特点主要有：(a)空气预热器转子竖直布置，中心驱动，径向和轴向密封板不可调。(b)空气预热器径向和轴向均为双密封。(c)冷态间隙为预先计算结果。根据Howden的专利技术预先计算出热态下密封片和扇形板、弧形板之间的膨胀间隙，冷态时将其预留好，热态膨胀后即达到最佳的密封状态。(d)空气预热器结构紧凑、维护工作量小，泄漏率较低。该技术的核心在于密封间隙的计算方法，该技术只被Howden公司所掌握，国内虽有部分公司对其密封形式进行模仿，但由于自己无法精确计算出冷态间隙设定值，因此效果较差。

VN密封虽然密封效果好，维护方便，但为了保证运行的安全性，对密封片厚度有一定要求，如果燃用煤质中灰分过高，密封片就会因为腐蚀和飞灰磨损需要更换，更换时必须由Howden公司进行，因此更换成本较高。另外，由于冷态间隙设定值只能按照满负荷计算，在锅炉负荷较低时，空气预热器的漏风率仍然较大。

c)固定式双密封

我国于20世纪80年代开始引进的双密封技术最早由美国ABB-API公司发明，目前已在国内得到了广泛应用。该技术主要是将原有的24格仓改为48格仓，此时任意时刻扇形板下总有两道密封片，可降低漏风压差。

双密封技术的优点在于运行维护得当时，能使空气预热器的漏风率长期保持在一个较低的水平，降低了检修费用。但其存在加密格仓时，需要将全部换热元件取出并对格仓进行改造，现场工作量大、投资高、改造工期长的缺点。此外，加宽扇形板会导致空气预热器流通面积减小，烟气侧及空气侧阻力增大，且扇形板、密封片易于磨损，空气预热器堵灰的可能增大。另外，与固定式密封一样，冷态间隙设定值按照额定负荷设置，在锅炉负荷较低时，空气预热器的漏风率仍然较大。

d)固定式三密封

三密封技术是在双密封技术上的改进，其原理是将烟气侧和一次风侧的扇形板加宽，以保证扇形板下总有三道密封片。由于加宽了扇形板的宽度，空气预热器的流通面积减少、流速增加，导致空气预热器的磨损和堵灰严重。采用三密封技术后，漏风率可以控制在4％-5％内；仓格数相同时，烟气侧阻力会上升约10％。使用三密封技术，蓄热元件最好随之改造，采用传热效率高的新型防堵灰蓄热元件，这样才能将三密封技术对空气预热器日常运行的不利影响降至最低。另外，与固定式密封一样，冷态间隙设定值按照额定负荷设置，在锅炉负荷较低时，空气预热器的漏风率仍然较大。

e)弹片式密封

弹片式密封是指空气预热器的密封片为具有一定变形能力的弹片，以保证间隙变化时仍能很好的紧贴扇形板，保证空气预热器的漏风。德国巴克杜尔采用此种密封方式。然而，由于空气预热器长期在恶劣的环境下工作，弹性密封片长期处于反复受力和高温条件下，很容易造成弹性不足和疲劳断裂，从而导致漏风量更大。此外，空气预热器转子运行时需要额外克服弹片阻力，增加了驱动装置耗电量。针对U形波纹密封片的计算结果也表明，在不计隔仓压差影响时，其刚度、强度和疲劳寿命容易满足运行要求；但实际上由于压差的存在，设计壁厚过薄时密封片刚度不够，运行时会被压差“吹倒”，而壁厚过厚虽然可以提高刚度，但会增加摩擦阻力，且难以保证密封片的强度和使用寿命。

f)合页弹簧式密封

合页弹簧式密封技术其基本思想与弹片式密封一样，都是一种接触式密封技术。合页弹簧密封装置安装在径向或轴向的转子格仓板上，未进入扇形板时，带有弹簧的密封滑块高出扇形板5mm～10mm。当密封滑块旋转至扇形板下面时，弹簧变形，密封滑块与扇形板严密接触。当密封滑块离开扇形板后，密封滑块被弹簧弹起，整个过程循环进行。

该技术主要的缺点有：(a)由于空气预热器转子在热态的蘑菇状变形，密封滑块与扇形板之间不会如冷态安装时一样呈平行接触状态。密封滑块在径向方向上只有一端与扇形板接触，而另一端产生距离不等的间隙，影响密封效果；(b)当空气预热器冷态预留间隙不当时，密封滑块与扇形板之间的磨损非常严重，整块顶部扇型板甚至会被磨损成阶梯状。

g)弹性自适应密封技术

弹性自适应密封技术由密封板、密封滚轴、弹性机构、卡环、限位调整装置和滑块几部分组成。可同时用于空气预热器的径向和轴向密封。该技术利用下部可调滑道适当调整密封组件与扇形板的基础间隙，实现高低位置调整，顶部滚轴受弹性机构和扇形板的作用，在限位滑道中做10mm～15mm伸缩运动。

弹性自适应密封技术要求在安装时要精确预留空气预热器的热态变形间隙，否则当预留间隙过大时，弹性密封件无法与扇形板接触，漏风过大；预留间隙过小时，弹性密封件与扇形板磨损加剧，增加了系统运行的阻力。

h)刷式密封技术

刷式密封是近年发展起来的一种高效柔性接触式密封。由前面板、背板和夹在两者之间的钴基高温合金丝组成，刷毛沿转子的旋转方向有一定倾角。转子、气流的振动和扰动可以使刷丝恢复原状态不会出现永久性的损伤。刷毛良好的变形能力更容易适应由于空气预热器热态蘑菇变形、制造误差、转筒晃、摆动、振动等原因造成的密封间隙无规律变化，大大降低空气预热器的漏风率。

刷式密封主要缺点有：(a)加工精度和工艺要求高，(b)高温合金材料价格昂贵，(c)刷毛容易磨损，低空气预热器漏风维持时间短，改造及更换成本较大等缺点。

i)铰链式密封

铰链式密封技术是指密封片与扇形板之间的间隙依靠密封片在铰链结构中的偏转来调节。当空气预热器运行时，扇形板变形直至接触到密封片，密封片在侧向力的作用下，绕长螺杆中心偏转一定角度，直至刚好与扇形板接触为止，所以它能够适应因热膨胀而引起的间隙变化。紧固螺栓和长螺杆安装时均采用一个合适的力矩，以保证密封片的偏转不受空气与烟气压差的影响，而仅受转子转动力矩的影响。

但由于积灰可能导致铰链式密封技术的螺杆无法偏转造成空气预热器卡死，因此尚未见实际应用的报道。

j)间隙自补偿漏风控制

间隙自补偿漏风控制技术是将密封组件根部固定于转子内侧的中心组件上，同时，密封组件外侧搭接于转子径向隔板上，整个密封组件呈悬臂状态。由于密封组件与转子径向隔板之间为搭接结构，两者滑动相互不受限制，所以，预热器热态运行时，密封组件连同密封片无向下热变形，密封片与扇形板之间在预热器冷态形成的良好配合不会随着转子“蘑菇状”热变形的产生而发生变化。随着机组负荷的增加，热段密封片和热段扇形板之间也不会形成热段径向三角漏风区，进而有效地控制了预热器的热段径向漏风。而在预热器冷段，在机组不同负荷下，冷段径向间隙均能控制在理想的状态，使预热器在不同负荷下均能获得理想的漏风率。该技术目前实际应用较少，其运行效果的可靠性仍需进一步观察。

k)疏导式密封

疏导式密封技术(回收式密封)是指将对泄漏到烟气侧的空气进行疏导或回收送入炉膛再次利用，以达到降低漏风的目的。疏导式技术需要精确控制回收区的负压值，回收区的负压值过大会造成漏向烟气侧的空气过大，过小则会造成烟气倒灌入回收系统，对于不同煤质和不同运行工况而言，均应有最优负压值。该密封结构系统复杂，投资较大，并不能降低漏风对一次风机和送风机电耗的影响，增加了抽吸风机，耗电率增加。此外，回收区堵灰和回收风机叶片磨损也是影响回收系统正常运行的问题。部分现场应用效果并不理想。

l)加压密封技术

加压密封技术通过在扇形板上开设通道，将空气预热器出口烟气通过高压风机加压后送入密封区，从而减小烟气与空气侧的压差以降低空气预热器漏风率。采用该技术可以通过增加风机功率将漏风率控制在2％以下，但由于需要高于一次风压头的加压风机，因而整体功耗较大。此外，由于烟气中含尘量很大，故风机叶片磨损较快，寿命较短。目前，该技术仅在烟气换热器(GGH)系统上应用，还未见有用于空气预热器的报道。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种回转式空气预热器密封结构。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种回转式空气预热器密封结构，包括径向布置于空气预热器转子上下端面的若干密封槽和密封片，密封槽和密封片的位置与空气预热器的转子分仓隔板相对应；密封片嵌入在密封槽中，一端固定在空气预热器的中心筒上，另一端为自由端，密封片与密封槽的内壁之间均留有空隙。

本发明进一步的改进在于：

密封槽为具有缝隙的槽状结构，与密封片相匹配，沿径向固定于转子的转子分仓隔板上。

密封槽由转子分仓隔板以及安装于空气预热器转子分仓隔板侧面的密封槽侧板组成，转子分仓隔板的上端和下端分别伸出空气预热器转子的上、下表面，密封槽侧板固定在转子分仓隔板的伸出部分，二者之间的缝隙为形成密封槽；该缝隙的宽度大于密封片的厚度，使得密封片能够在密封槽内自由移动。

密封槽侧板通过螺栓、焊接或铆接的连接方式与转子分仓隔板固定连接。

密封槽侧板的一端与中心筒相接触。

中心筒上还设置有扇形板，扇形板位于转子分仓隔板上部密封片的上方或转子分仓隔板下部密封片的下方，扇形板和密封片之间留有间隙。

密封片的长度为中心筒的外径到空气预热器转子的外径之间的距离。

密封片为长条形，其截面为矩形、T形或楔形。

密封片的两侧和顶部均固定有用于减小漏风间隙的弹性耐磨材料。

弹性耐磨材料为耐磨钢刷。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明解决了现有密封结构存在的普遍问题，主要是减小密封间隙，减少直接漏风，从根本上减小漏风率，减少风机耗电率和提高锅炉效率，避免了部分密封装置引起能耗升高的情况；另外，本发明密封结构主要由密封槽和密封片组成，结构简单，可靠性较高，由于无传感器、执行机构和弹簧等机构，避免了这些机构的维护工作，避免了机构失效后造成的漏风效果变差的情况；对空气预热器本身结构基本不动，避免了加宽扇形板、增加抽吸口等改动；调整好密封片与扇形板的最小合理间隙后，密封片与扇形板在同一温度范围，且密封片不随空气预热器转子变形，与扇形板的相对位置变化量很小，可稳定维持较小间隙，避免了其它密封形式动静间隙的增大、卡涩、变形问题。

进一步的，本发明密封片结构简单，较易采用防磨工艺，可长时间运行，避免了部分密封结构主体容易磨损的情况；工况适应范围广，随着空气预热器不同工况变化，密封片始终在密封槽中，并具有足够的重合度，更可在密封片两侧可安装密封刷，保证密封效果，避免了部分密封风结构变工况漏风效果差的情况。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明嵌入式密封局部结构示意图；

图3为本发明密封槽的结构示意图；

图4-1为截面为T形的密封片的结构示意图；

图4-2为截面为矩形的密封片的结构示意图；

图5-1为冷态时的空气预热器的变形示意图；

图5-2为热态时的空气预热器的变形示意图；

图6-1为本发明在冷态时的密封原理图；

图6-2为本发明在热态时的密封原理图。

其中：1-中心筒；2-扇形板；3-密封槽侧板；4-密封片；5-螺栓；6-空气预热器转子；7-转子分仓隔板；8-密封槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1和图2，本发明回转式空气预热器密封结构由密封槽8和密封片4组成，径向布置于空气预热器转子6，与空气预热器分仓结构相匹配。密封片4嵌入在密封槽8中，一端固定在空气预热器中心筒1上，另一端为自由状态，完全独立于密封槽8。同时密封片4顶部与扇形板2留有最小合理间隙。

如图3所述，密封槽8由密封槽侧板3与转子分仓隔板7形成，密封槽侧板由螺栓5在密封槽8底部连接，与转子分仓隔板7形成密封槽，密封槽8底部和端部均可不封闭。

如图4所述，密封片4的截面可为矩形或者T形，也可为楔形等其它形状，密封片4两侧可固定耐磨钢刷，密封片4的顶部也可固定耐磨钢刷，以便进一步减小漏风间隙。

本发明的原理：

本发明的密封件主要由密封槽和密封片组成。密封片为长条形，截面为矩形。密封片的高度确定方法为：在空气预热器最大变形量下，对于空气预热器热端，顶部与扇形板为最小合理间隙，底部保证嵌入密封槽内一定深度；对于空气预热器冷端，则为底部与扇形板为最小合理间隙，顶部保证嵌入密封槽内一定深度。密封片的长度为空气预热器中心筒的外径到空气预热器转子外径之间的距离；密封片的厚度确定方法为：根据密封片的高度和长度，核算满足刚度最小厚度。另外，密封片两侧可固定密封钢刷，以便获得更好的灵活行和密封性，且由于钢刷与密封槽之间移动距离和速度均很小，可忽略不计，因此钢刷也不存在磨损的问题。密封片顶部也可固定密封钢刷，进一步更方便的获得顶部与扇形板为最小合理间隙，这部分钢刷虽有一定的磨损，但考虑到密封片顶部与扇形板之间的间隙在不同工况下基本不变，因此钢刷磨损到一定程度后，基本不在磨损，且能维持与扇形板之间的极小间隙。

密封槽由密封槽侧板与转子分仓隔板形成，可用焊接或铆接等多种方法连接，具体尺寸确定方法为：根据空气预热器转子与密封扇形板之间的距离，按照密封槽匹配密封片的原则，确定密封缝隙宽度、深度和槽的长度。密封槽靠近中心筒的一端不封闭。密封槽的缝隙宽度略大于密封片的厚度，并与密封片留有合理间隙，使得密封片可在密封槽内自由移动。密封槽底部可不封闭，可避免由于密封槽积灰导致密封片不能自由进出密封槽的情况。另外，由于空气预热器结构不完全一样，所述的密封槽也可专门制作，形成一组固定于转子径向的缝隙。

密封结构按照分仓特点，形成转子沿径向的密封槽，与空气预热器转子一起转动，并随着空气预热器转子变形而变形；在密封槽中，嵌入相应的密封片，密封片一端固定在空气预热器中心筒上，另一端为自由状态。对于空气预热器热端，密封片底部嵌入密封槽内，同时密封片顶部与扇形板为最小合理间隙，对于冷端，则相反；密封片的一端均固定在中心筒上，其余部分嵌入在密封槽中，但完全独立于密封槽。当空气预热器运行时，空气预热器转子由于热端和冷端的温差，产生了“蘑菇形”变形，也就是说，空气预热器转子由中心筒到外周，沿径向逐渐下沉，靠近中心筒部位不下沉，外周下沉量最大，这样使得固定在空气预热器转子的密封槽发生同样的下沉现象，密封槽固定在中心筒的一端不下沉，靠近空气预热器转子外周的一端下沉最大，使得密封槽由中心筒到转子外周倾斜。与此同时，密封片仅有一段固定在中心筒，其它部分与密封槽独立，因此，不随密封槽倾斜。而密封片具有一定的高度，使得在空气预热器运行时的最大变形量下，密封片仍然嵌入密封槽一定的、保证密封效果的深度，而密封片的顶部和扇形板在同一温度范围，在空气预热器运行时，仍可维持原有的最小合理间隙，这样，保证了空气预热器的漏风率基本保持不变。在其它变形量较小的工况下，密封片嵌入密封槽较深，密封效果较最大变形量工况更好，这样即可在多种工况下，可维持空气预热器漏风率在一个很低的水平。

本发明可用于二分仓、三分仓和四分仓回转式空气预热器。本发明结构巧妙、合理、简单，维护量小，不易卡涩、磨损和变形，工况适应范围广，漏风率可长期维持在很低的水平，适用于新空气预热器的制造和现有空气预热器的改造，是回转式空气预热器密封的重要创新。

本发明的工作过程：

如图5所述，当空气预热器运行时，空气预热器转子由于热端和冷端的温差，产生了“蘑菇形”变形，也就是说，空气预热器转子由中心筒到外周，沿径向逐渐下沉，靠近中心筒部位不下沉，外周下沉量最大，这样使得固定在空气预热器转子的密封槽随之发生同样的下沉现象，密封槽固定在中心筒的一端不下沉，靠近空气预热器转子外周的一端下沉最大。

由图1和图5所示的A视角观察，如图6所述，为嵌入式密封结构在空气预热器的冷态和热态时密封片和密封槽位置的相对变化情况，从嵌入式密封结构的外端观察，冷态时，密封片嵌入到密封槽中，密封片与扇形板之间有最小合理间隙。热态时，空气预热器转子发生“蘑菇形”变形，密封槽外端轴向位移最大。此时，首先，密封片独立于密封槽，不随密封槽倾斜变形，且与扇形板在同一温度范围，因此，密封片仍然与扇形板之间有间隙不变，密封效果可维持；其次，密封片向外移出密封槽一段距离，与空气预热器外周的下沉量一致，但密封片的高度和密封槽的深度显著大于密封片向外移出的那段距离，保证密封片仍然嵌入密封槽一定的深度，保证密封效果，在密封片的两侧和顶部固定有钢刷等材料时，密封效果更佳。在其它变形量较小的工况下，密封片向上移出密封槽的距离更小，密封片嵌入密封槽的深度更大，密封效果更好，这样即可在多种工况下，可维持空气预热器漏风率在一个很低的水平，且长期维持不变。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种回转式空气预热器密封结构，其特征在于，包括径向布置于空气预热器转子(6)上下端面的若干密封槽(8)和密封片(4)，密封槽(8)和密封片(4)的位置与空气预热器的转子分仓隔板(7)相对应；密封片(4)嵌入在密封槽(8)中，一端固定在空气预热器的中心筒(1)上，另一端为自由端，密封片(4)与密封槽(8)的内壁之间均留有空隙。

2.根据权利要求1所述的回转式空气预热器密封结构，其特征在于，密封槽(8)为具有缝隙的槽状结构，与密封片(4)相匹配，沿径向固定于转子(6)的转子分仓隔板(7)上。

3.根据权利要求2所述的回转式空气预热器密封结构，其特征在于，密封槽(8)由转子分仓隔板(7)以及安装于空气预热器转子分仓隔板(7)侧面的密封槽侧板(3)组成，转子分仓隔板(7)的上端和下端分别伸出空气预热器转子的上、下表面，密封槽侧板(3)固定在转子分仓隔板(7)的伸出部分，二者之间的缝隙为形成密封槽(8)；该缝隙的宽度大于密封片(4)的厚度，使得密封片(4)能够在密封槽(8)内自由移动。

4.根据权利要求3所述的回转式空气预热器密封结构，其特征在于，密封槽侧板(3)通过螺栓(5)、焊接或铆接的连接方式与转子分仓隔板(7)固定连接。

5.根据权利要求3所述的回转式空气预热器密封结构，其特征在于，密封槽侧板(3)的一端与中心筒(1)相接触。

6.根据权利要求1或3或5所述的回转式空气预热器密封结构，其特征在于，中心筒(1)上还设置有扇形板(2)，扇形板(2)位于转子分仓隔板(7)上部密封片(4)的上方或转子分仓隔板(7)下部密封片(4)的下方，扇形板(2)和密封片(4)之间留有间隙。

7.根据权利要求1所述的回转式空气预热器密封结构，其特征在于，密封片(4)的长度为中心筒(1)的外径到空气预热器转子(6)的外径之间的距离。

8.根据权利要求1所述的回转式空气预热器密封结构，其特征在于，密封片(4)为长条形，其截面为矩形、T形或楔形。

9.根据权利要求1或8所述的回转式空气预热器密封结构，其特征在于，密封片(4)的两侧和顶部均固定有用于减小漏风间隙的弹性耐磨材料。

10.根据权利要求9所述的回转式空气预热器密封结构，其特征在于，弹性耐磨材料为耐磨钢刷。