CN108019771B - 一种利用转子携带作用减少直接漏风的空气预热器 - Google Patents

一种利用转子携带作用减少直接漏风的空气预热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用转子携带作用减少直接漏风的空气预热器，若为正转空气预热器，热端烟气/一次风扇形板的扇形角度比冷端的大一个仓格的角度，且热端烟气/一次风扇形板相对冷端所多出来的扇形结构全部靠近烟气侧；若为反转空气预热器，热端烟气/二次风扇形板的扇形角度比冷端的大一个仓格的角度，且热端烟气/二次风扇形板相对冷端所多出来的扇形结构全部靠近烟气侧。采用本申请技术方案，空气预热器漏风率可降低1％～2％，排烟温度可降低1～2℃，设备制造成本也可显著降低。

Description

一种利用转子携带作用减少直接漏风的空气预热器
技术领域
本发明涉及一种利用转子携带作用减少直接漏风的空气预热器，属空气预热器密封技术领域。
背景技术
回转式空气预热器(简称“空气预热器”)是一种用于大型电站锅炉的热交换设备，它利用锅炉烟气的热量来加热燃烧所需的空气，以此来提高锅炉的效率。一般烟气自上而下流动完成放热，空气自下而上流动完成吸热，从而实现把烟气的热量传递给空气。
大型电站锅炉空气预热器普遍采用三分仓设计，包括烟气分仓、一次风分仓和二次风分仓。在转子径向上，烟气分仓与一次风分仓之间被完全相对布置的冷、热端烟气/一次风扇形板分隔；一次风分仓与二次风分仓之间被完全相对布置的冷、热端一次风/二次风扇形板分隔；烟气分仓与二次风分仓之间被完全相对布置的冷、热端烟气/二次风扇形板分隔。上述所有冷端扇形板安放在底部衔架上，所有热端扇形板吊装在顶部衔架上。
空气预热器的空气压力高于烟气压力，虽然装设了若干密封片，但动静之间、各部件配合处不可避免存在漏风间隙，导致空气向烟气侧泄漏，所产生的漏风称为直接漏风；空气预热器在旋转过程中不断把空气携带至烟气侧，所产生的漏风称为携带漏风。
上述直接漏风量的大小与漏风间隙及密封片两侧压差有关，间隙越大、压差越大，直接漏风量越大。上述携带漏风量的大小主要取决于转子容积以及转速，空气预热器一旦设计确定，携带漏风量也随之确定。
上述直接漏风和携带漏风共同构成空气预热器的漏风，空气泄漏至烟气侧的总量占空气预热器入口烟气流量的比值称为空气预热器漏风率。随着机组检修水平的提高，目前空气预热器漏风率一般可控制在6％左右的水平，其中直接漏风率为4.5％左右，携带漏风率为1.5％左右(转速为1r/min左右时对应值，当前各容量机组的携带漏风率大致相当)。
空气预热器连续转动过程中，除存在上述空气携带至烟气侧的现象，还存在烟气携带至空气侧的现象，且携带烟气量与携带漏风量大致相当，占烟气总流量的1.5％左右。空气预热器转向有正转和反转之分(正转为“烟气→一次风→二次风”、反转为“烟气→二次风→一次风”)，正转空气预热器的烟气携带至一次风，反转空气预热器的烟气携带至二次风。
烟气携带至空气侧，将导致空气侧粉尘浓度上升，容易造成热风道积灰。在炉膛出口氧量一定时，因空气中掺入了烟气，将导致送入炉膛的空气氧量降低、总量上升，对锅炉系统的经济运行造成一定影响。
当前降低直接漏风率仍是空气预热器优化的重点方向，业内对如何减小携带漏风量以及携带烟气量的关注相对较少。
传统降低直接漏风率的技术路径包括：1)减小漏风间隙，以减小径向漏风间隙为主，如柔性密封技术、漏风控制系统(LCS)等；2)减小密封片两侧压差，如普遍采用双密封或三密封设计。
在减小漏风间隙方面，柔性密封技术由于存在结构件磨损、可靠性低等问题，一直未被业内广泛认可；而漏风控制系统(LCS)受恶劣工况(高温、粉尘等)、检修质量、管理水平等多种因素的影响，一般较难正常投运。
在减小密封片两侧压差方面，当前空气预热器普遍采用36仓格或48仓格设计(每个仓格为10°或7.5°)，其密封系统采用双密封或三密封设计(即冷、热扇形板始终至少覆盖两道或三道密封，其扇形角度为转子仓格角度的两倍或三倍)，再设置过多道数密封，所产生的减少漏风的效益趋于变小，反而导致冷、热端扇形板相对的密封区蓄热元件不参与直接换热的扇形面积增大，即换热死区面积增大，在保证一定的换热量和换热效率前提下，势必增大空气预热器体积，导致设备成本增加。
此外，空气预热器冷端的漏风不影响其换热，仅会增大三大风机电耗，而热端的漏风会影响其换热并会更大程度增大三大风机电耗，所产生的能耗损失远大于冷端。因此，减少空气预热器热端的漏风的效益更为显著，应作为重点优化的方向。
发明内容
为了解决现有技术中空气预热器漏风率偏高、烟气携带至空气侧带来不利影响、传统降低漏风率的技术存在缺陷以及平衡设备成本与运行效益等问题，本发明提供一种利用转子携带作用减少直接漏风的空气预热器。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种利用转子携带作用减少直接漏风的空气预热器，所有冷端扇形板安放在空气预热器底部衔架上，所有热端扇形板吊装在空气预热器顶部衔架上，若为正转空气预热器，热端烟气/一次风扇形板与冷端烟气/一次风扇形板相对设置，热端烟气/一次风扇形板的扇形角度比冷端烟气/一次风扇形板的扇形角度大一个仓格的角度，且热端烟气/一次风扇形板相对冷端烟气/一次风扇形板多出的扇形结构全部靠近烟气侧；若为反转空气预热器，热端烟气/二次风扇形板与冷端烟气/二次风扇形板相对设置，热端烟气/二次风扇形板的扇形角度比冷端烟气/二次风扇形板的扇形角度大一个仓格的角度，且热端烟气/二次风扇形板相对冷端烟气/二次风扇形板多出的扇形结构全部靠近烟气侧。
本申请靠近烟气侧指与烟气侧相接、相邻，而远离一次风侧或二次风侧。空气预热器是沿周向分仓的，每个分仓均有冷端和热端，与空气预热器的冷端和热端是对应的。
申请人经研究发现，由于“热端漏风压力＞热端烟气压力＞冷端烟气压力”，具备上述结构特征的空气预热器，热端直接漏风在漏至靠近热端烟气的最后一道密封之前，将向冷端流动，置换转子携带的烟气，从而使转子携带直接漏风至空气侧。
上述方案易于实施，若对现役空气预热器实施改造，仅需把相应冷端扇形板靠近烟气的一边割除一个仓格的角度；若用于新空气预热器的制造，仅需把相应冷端扇形板的角度设计小一个仓格的角度，加工、制造及安装的成本也随之降低。
申请人经研究发现，采用上述技术方案，不仅回收了热端的直接漏风，而且减少了携带烟气量；由于减少了传统技术中扇形板所覆盖的流动死区面积，还直接提高了蓄热元件的有效换热面积，有利于降低锅炉排烟温度，提高锅炉效率。
上述携带直接漏风的转子仓格实际参与了换热，定义为携带放热分仓。需要补充说明的是，不仅热端的直接漏风进入携带放热分仓进行放热，而且热端的烟气也会漏至携带放热分仓进行放热，从而有利于提高空气预热器的换热效率。
为了提高利用转子携带作用减少直接漏风的效果，若为正转空气预热器，冷端烟气/一次风扇形板靠近烟气的一侧设有过渡板；若为反转空气预热器，冷端烟气/二次风扇形板靠近烟气的一侧设有过渡板。
优选，过渡板平面与水平面的夹角不为零，过渡板呈矩形，若为正转空气预热器，过渡板的一端搭接在底部衔架上、另一端搭接在冷端烟气/一次风扇形板的上边沿；若为反转空气预热器，过渡板的一端搭接在底部衔架上、另一端搭接在冷端烟气/二次风扇形板的上边沿。
进一步优选，过渡板平面与水平面的夹角为5～45°。
更进一步优选，过渡板平面与水平面的夹角为10～30°。
作为另一优选，过渡板呈扇形，扇形角度等于一个转子仓格的角度，若为正转空气预热器，过渡板平面与冷端烟气/一次风扇形板的密封面平行，且过渡板平面比冷端烟气/一次风扇形板的密封面低5～50mm；若为反转空气预热器，过渡板平面与冷端烟气/二次风扇形板的密封面平行，且过渡板平面比冷端烟气/二次风扇形板的密封面低5～50mm。
本申请上下左右、高低等方位词均指空气预热器正常使用的相对位置。上述扇形板上密封面的设置均为现有常识。申请人经研究发现，采用上述技术方案，能提高携带放热分仓内空气与烟气混合气体的氧浓度，即更大比例回收直接漏风。
本发明未提及的技术均参照现有技术。
本发明具有如下有益效果：降低空气预热器直接漏风率，减少携带烟气量，提高蓄热元件有效换热面积，降低设备制造成本；采用本发明技术方案，空气预热器漏风率可降低1％～2％，排烟温度可降低1～2℃。
附图说明
图1为本发明实施例1周向展开的特征结构示意图。
图2为本发明实施例2周向展开的特征结构示意图。
图3为本发明实施例3周向展开的特征结构示意图。
图4为本发明实施例4周向展开的特征结构示意图。
图中，1为烟气侧，2为一次风侧，3为热端烟气/一次风扇形板，4为冷端烟气/一次风扇形板，5为顶部衔架，6为底部衔架，7为热端烟气/一次风扇形板相对冷端烟气/一次风扇形板所多出的扇形结构，8为最后一道密封，9为转子正转方向，10为一次风泄漏方向，11为蓄热元件，12为携带放热分仓，13为过渡板，14为二次风侧，15为热端烟气/二次风扇形板，16为冷端烟气/二次风扇形板，17为转子反转方向，18为二次风泄漏方向。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
如图1所示，一种利用转子携带作用减少直接漏风的空气预热器，转子采用48仓格设计，即每个仓格为7.5°；所有冷端扇形板安放在空气预热器底部衔架上，所有热端扇形板吊装在空气预热器顶部衔架上；空气预热器转向为正转，即“烟气→一次风→二次风”；热端烟气/一次风扇形板与冷端烟气/一次风扇形板相对设置，热端烟气/一次风扇形板的扇形角度和冷端烟气/一次风扇形板的扇形角度分别为22.5°和15°，即相应热端扇形板比冷端扇形板大一个仓格的角度，且相应多出的扇形结构全部靠近烟气侧。
由于“热端漏风压力＞热端烟气压力＞冷端烟气压力”，具备上述结构特征的空气预热器，热端直接漏风在漏至靠近热端烟气的最后一道密封之前，将向冷端流动，置换转子携带的烟气，从而使转子携带直接漏风至空气侧。申请人经研究发现，采用上述技术方案，不仅回收了热端的直接漏风，而且减少了携带烟气量，还提高了蓄热元件的有效换热面积，有利于降低锅炉排烟温度，提高锅炉效率；能提高携带放热分仓内空气与烟气混合气体的氧浓度，即更大比例回收直接漏风；空气预热器漏风率可降低1％～2％，排烟温度可降低1～2℃。
实施例2
如图2所示，与实施例1基本相同，所不同的是：转子采用36仓格设计，即每个仓格为10°；空气预热器的转向为反转，即“烟气→二次风→一次风”；热端烟气/二次风扇形板与冷端烟气/二次风扇形板相对设置，热端烟气/二次风扇形板的扇形角度和冷端烟气/二次风扇形板的扇形角度分别为20°和10°，即相应热端扇形板比冷端扇形板大一个仓格的角度。
实施例3
如图3所示，与实施例2基本相同，所不同的是：冷端烟气/二次风扇形板靠近烟气的一侧设有过渡板，过渡板呈矩形；过渡板的一端搭接在底部衔架上、另一端搭接在冷端烟气/二次风扇形板的上边沿；过渡板平面与水平面的夹角不为零，优选为5～45°，进一步优选为10～30°。
实施例4
如图4所示，与实施例1基本相同，所不同的是：过渡板呈扇形，扇形角度等于一个转子仓格的角度，过渡板平面与冷端烟气/一次风扇形板的密封面平行，且过渡板平面比冷端烟气/一次风扇形板的密封面低5～50mm。
实施例5
与实施例1基本相同，所不同的是：冷端烟气/一次风扇形板靠近烟气的一侧设有过渡板，过渡板呈矩形；过渡板的一端搭接在底部衔架上、另一端搭接在冷端烟气/一次风扇形板的上边沿；过渡板平面与水平面的夹角不为零，优选为10～30°。
实施例6
与实施例2基本相同，过渡板呈扇形，扇形角度等于一个转子仓格的角度，过渡板平面与冷端烟气/二次风扇形板的密封面平行，且过渡板平面比冷端烟气/二次风扇形板的密封面低5～50mm。

Claims (6)

1.一种利用转子携带作用减少直接漏风的空气预热器，所有冷端扇形板安放在空气预热器底部衔架上，所有热端扇形板吊装在空气预热器顶部衔架上，其特征在于：若为正转空气预热器，热端烟气/一次风扇形板与冷端烟气/一次风扇形板相对设置，热端烟气/一次风扇形板的扇形角度比冷端烟气/一次风扇形板的扇形角度大一个仓格的角度，且热端烟气/一次风扇形板相对冷端烟气/一次风扇形板多出的扇形结构全部靠近烟气侧；若为反转空气预热器，热端烟气/二次风扇形板与冷端烟气/二次风扇形板相对设置，热端烟气/二次风扇形板的扇形角度比冷端烟气/二次风扇形板的扇形角度大一个仓格的角度，且热端烟气/二次风扇形板相对冷端烟气/二次风扇形板多出的扇形结构全部靠近烟气侧。
2.如权利要求1所述的用转子携带作用减少直接漏风的空气预热器，其特征在于：若为正转空气预热器，冷端烟气/一次风扇形板靠近烟气的一侧设有过渡板；若为反转空气预热器，冷端烟气/二次风扇形板靠近烟气的一侧设有过渡板。
3.如权利要求2所述的用转子携带作用减少直接漏风的空气预热器，其特征在于：过渡板平面与水平面的夹角不为零，过渡板呈矩形，若为正转空气预热器，过渡板的一端搭接在底部衔架上、另一端搭接在冷端烟气/一次风扇形板的上边沿；若为反转空气预热器，过渡板的一端搭接在底部衔架上、另一端搭接在冷端烟气/二次风扇形板的上边沿。
4.如权利要求3所述的用转子携带作用减少直接漏风的空气预热器，其特征在于：过渡板平面与水平面的夹角为5～45°。
5.如权利要求4所述的用转子携带作用减少直接漏风的空气预热器，其特征在于：过渡板平面与水平面的夹角为10～30°。
6.如权利要求2所述的用转子携带作用减少直接漏风的空气预热器，其特征在于：过渡板呈扇形，扇形角度等于一个转子仓格的角度，若为正转空气预热器，过渡板平面与冷端烟气/一次风扇形板的密封面平行，且过渡板平面比冷端烟气/一次风扇形板的密封面低5～50mm；若为反转空气预热器，过渡板平面与冷端烟气/二次风扇形板的密封面平行，且过渡板平面比冷端烟气/二次风扇形板的密封面低5～50mm。
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