回转式空气预热器漏风率的计算与测定.doc

★　回转式空气预热器漏风率的计算与测定
▲定义和公式
回转式空气预热器漏风率，为漏入空气预热器烟气侧的空气质量与进入该烟道的烟气质量之比率。

漏风率的计算公式：
……………………………………… K1
式K1可改写式K2
…………………………………K2
式中：－漏风率，％
和分别为烟道的进、出口烟气质量 mg/m3, mg/kg
和分别为空气预热器进、出口空气质量 mg/m3, mg/kg
漏入空气预热器烟气侧的空气质量 mg/m3, mg/kg
▲ 漏风率的测定：
同时测定相应烟道进、出口的三原子气体（RO2）体质含量百分率，并按经验K3公式计算：……………………………K3
式中：和分别表示烟道进、出口烟气三原子气体（RO2）体质含量百分率，％。
▲ 漏风率和漏风系数的换算：
漏风率和漏风系数按下式进行换算：……K4
式中：和分别为烟道进、出口处烟气过量空气系数。其数值可分别用下式计算：……………………………………… K5
……………………………………… K6
式中和分别为烟道进、出口处的氧量mg/m3, mg/kg。
★　回转式空气预热器漏风控制在2～4％以下
★ 回转式空气预热器漏风的原因
▲　回转式空气预热器的漏风主要是由于密封付之间有间隙，这种间隙就是漏风的主要渠道。空气预热器同时处于锅炉烟风系统的进口和出口，空气侧和烟气侧之间存在较高压力差，这是漏风的动力。回转式空预器的漏风分为两部分：直接漏风和结构漏风(或称携带漏风)。直接漏风是由差压引起的，且占主要部分；结构漏风是由自身构造引起的。结构漏风量的计算公式为：
△V=πn(D-d)H(1-y)／240 ………………………………………(1)
式中：△V为结构漏风量m3／s；D为转子直径m；d为中心轴直径m；n为转子旋转速度rpm；y为转子内金属蓄热板所占容积份额：H为转子高度m。结构漏风是回转式空气预热器的固有特点．是不可避免的。而且这部分漏风占预热器总漏风量的份额较少，不到5％。回转式空气预热器的漏风主要是直接漏风．直接漏风量的计算公式如下： …………………………… (2)
这是空气预热器漏风量的基本计算公式．适用于回转式空气预热器的径向密封，轴向密封，静密封和周向密封。式中△P为空气侧与烟气侧的压力差，公式中气体密度ρ是基本不变的，因此，影响漏风的主要因素是：泄漏系数K；间隙面积F：空气侧与烟气侧之间的压力差△P。由式(2)可以看出，漏风量与泄漏系数K、间隙面积F、空气与烟气的压力差△P的平方根成正比，要降低漏风量，就必须减小K，F，△P值。下面分别论述降低K．F．△P 值的有关措施。
◆ 回转式空气预热器漏风的控制
1.　降低泄漏系数K的措施－－双密封技术。
双密封在原设计的基础上再加一道密封。即将转子的12分仓改为24分仓或48分仓，扇形仓角度由30℃改为15℃或7.5℃。，使得两个密封片同时起到密封作用。并用逐级降压的方法来减小差压，达到减小直接漏风的目的。双密封技术一般是分为双径向密封和双轴向密封，双径向密封就是指在任何时候都有两条密封片与密封板相接触，形成两个密封仓。双轴向密封就是每块轴向密封板在转子转动时与两条轴向密封片配合。采用单密封时，烟气与空气只有一壁之隔：采用双密封时，烟气与空气被过渡区域隔开，在工况相同间隙相同的情况下，采用双密封结构漏风量降低30％。推导如下：
双密封前的漏风量为： …………………（3）
改双密封后由于压差减少一半，所以双密封后漏风量为： ……………………… （4）
从式（4）中可以看出，双密封技术可以直接漏风降低30％。如采用多重密封漏风量将继续降低。见下式： （5）
从式（5）中不难看出，密封数越多，对泄漏系数K的影响越大。但是．由于操作空间的限制和制造成本的提高。不可能采用多重密封，一般取n=2效果就很好了。
2. 降低烟风两侧压力差△P的措施：
在回转式空气预热器中，空气侧与烟气侧的压力差是由锅炉系统的阻力决定的。因此，要控制预热器的烟风压差，就要在锅炉总体设计时选择合适的磨煤机型号、燃烧器型式和受热面布置，降低锅炉系统的阻力，并防止尾部结露。在预热器设计时，装设吹灰器、水冲洗装置以及风压测量管道，在运行过程中，进行正常有效的吹灰。否则，随着运行时间的延长，因积灰堵塞而造成阻力增加和冷端压差增加，预热器漏风率升高。在停炉维修时，进行水冲洗，保持受热面清洁。清洗后一定要烘干后再投入使用。蒸汽吹灰时一定要保证吹灰蒸汽压力和过热度，否则将加剧积灰堵塞。
3. 降低间隙面积F的措施
空气预热器漏风量与间隙面积成正比，控制间隙面积可以有效地控制漏风。漏风间隙包括热端径向密封间隙、冷端径向密封间隙、轴向密封间隙、周向密封和静密封间隙，间隙越小越好，但是间隙不可能为零。因为间隙太小会造成设备磨损，影响使用寿命。下面分别介绍控制各个间隙的措施。
▲ 热端径向间隙是空气预热器漏风的主要渠道，必须严格控制。热端径向密封片在安装调整时，一般安装成折线，内外侧间隙均为0 mm，这样预热器发生蘑菇状变形时折线就接近成直线。但转子的蘑菇状变形，使热端径向间隙增大。如果不采取措施，预热器65％的漏风发生在热端径向密封付。现在运行的预热器一般都采用冷端支撑热端导向定位的结构，热端扇形板内侧吊挂在中心轴上，外侧吊挂在中心桁架上。预热器发生变形之后，热端扇形内侧随着转子中心轴膨胀向上移动，所以内侧间隙是不变的。而外侧间隙则由于转子的蘑菇状下垂和外壳增长而增大 外侧间隙的计算公式为：δ＝δ1＋δ2＋δ3－δ4－δ5
式中：δ为热端径向密封外侧间隙，δ1为转子蘑菇状变形下垂量；δ2为外壳膨胀量。为了弥补这一间隙，可以采取以下措施。
(1)安装漏风自动控制系统。安装漏风控制系统后，热态运行时，漏风控制系统根据转子的变形自动提升或下放扇形板外端。使密封间隙始终保持在设定的范围内。
从而达到对漏风控制的目的。提高整个机组的运行效率。
(2)确保转子垂直度。如果转子不垂直．就不能保证扇形板、轴向密封板在同一密封面上，三向(径向、轴向、旁路)密封间隙的调整和控制更无从谈起．因此转子找正是调整密封间隙的前提条件
(3)径向密封片的安装要以靠尺为基准．确保径向密封片的高度差小于1 mm
▲ 冷端径向间隙的控制
由于冷端压差大于热端压差，冷端气体密度大于热端密度。因此冷端径向漏风是空气预热器漏风的重要渠道 。冷端间隙的控制一般采用冷态预留热态弥补的办法，即在冷态安装调整时，冷端内侧间隙为0 mm．而外侧预留出一定间隙：热态运行时，内侧间隙由0 mm变为支撑端轴的膨胀值，外侧间隙由于转子的蘑菇状下垂变为0 mm。这样一来预留间隙的计算就非常重要。这一数值预热器生产厂家会给出参考值。
▲　轴向密封间隙的控制
回转式空气预热器一般都装有轴向密封装置，轴向密封可以防止气体通过外壳与转子之间的环形通道绕到烟气侧。为了控制轴向漏风，可以采取以下措施：
保证轴向密封板的质量，按厂家提供的轴向密封间隙表调整间隙，冷端元件装卸门加装填料，并保证封密封螺栓紧固。
▲ 旁路密封间隙的控制
旁路密封的生产和安装精度不易保证，再加上旁路密封片的磨损，旁路漏风的存在也是不可忽视的。旁路密封间隙的控制要从转子“T”字钢入手。保证转子“T”字钢的制作和安装质量基本手段。转子“T”字钢安装好后要在现场进行车加工，以保证当旁转子“T”字钢的圆度。然后，根据厂家提供的旁路密封间隙表精心调整，以确保路旁路密封的合理间隙，控制漏风。
▲　静密封间隙的控制
回转式空气预热器为了保证扇形板和轴向密封板的可调性，在扇形板与中心桁架之间，轴向密封板与外壳之间，都装有静密封装置。早期的静密封都是迷宫式结构。由于这种密封结构的螺栓易松动和部件易磨损，容易造成漏风。因此现在填压式静密封和金属胀缩节式静密封得到越来越多的应用。
4. 回转式空气预热器最新的导流技术
如前所述，回转式空气预热器的漏风是不可避免的。而生产单位对漏风的控制也也耗费很大的人力和物力。但传统的密封技术也不可能对控制漏风有大的突破。这种情况下，我们经过多年的研究和探索，开发一种全新的空气预热器导流技术。既然“封”的效果不是很理想，那么，我们再把漏的部分再利用起来不就行了吗？简单的说，就是把漏掉的空气再“导”回二次风。这种技术就是在空预器内部建立一导流装置，将泄漏的空气导入到二次热风箱再利用，从而达到降低漏风、提高锅炉运行经济性的目的。
该技术的创新，既采用能够适应恶劣工况的机械密封进行“封”，又利用流体运动规律进行“导”，以流体运动控制来代替复杂的机械运动，疏导出的热能又继续做功，有助于锅炉系统的节能、降耗，系统设计简练、可靠，操作、维护简单方便。
综上所述，利用1、2、3、4四种措施，完全可以把回转式空气预热器的漏风控制在1～4％以内，为电力行业节能降耗提供可靠安全的技术保证。
★．脱硫系统用的GGH加热器
GGH加热器的工作原理和容克式预热器完全一样，利用装在转动转子中的数十万平方米的换热元件的蓄热和放热，吸收锅炉排出的烟气(120—140℃)热能加热脱硫塔排出的烟气(45-50％)，达到热量交换的目的，最终将脱硫后烟气加热到70-80℃以上。
近年来我们走访了好多电厂，GGH加热器在实际运行中受热面易腐蚀损坏，结垢严重。这种情况下原烟气侧和净烟气侧的阻力值已远远超出设计值，GGH的泄漏也有明显的上升，导致的整套FGD系统阻力增加，将直接影响到FGD系统的能耗。
GGH内流通的烟气温度通常在硫酸露点以下，净烟气中存在大量的水滴，设备承受的腐蚀程度是非常严重的。同时，GGH烟气中从脱硫塔中或原烟气中带来了大量的石膏浆或烟尘，遇到湿态的转子在传热元件表面上大量沉积，产生的堵灰现象也是非常严重的。尽管GGH在设计上配备气体和低压水双介质吹灰器用于日常吹扫，也可采用高压水作为转子严重堵灰时疏通。但是，GGH的腐蚀和堵灰还是很容易发生的。
一、GGH受热面的腐蚀
1.原烟气侧硫酸可能成因
煤燃烧时除生成SO2以外，还生成少量的SO3，烟气中SO3的浓度为10~40ppm。由于烟气中含有水（4%~12%），生成的SO3瞬间内形成硫酸雾。当温度低于酸露点时，硫酸雾凝结成硫酸附着在设备的内壁上。
2.净烟气侧硫酸可能成因
经湿法脱硫后的烟气从吸收塔出来一般在45~50℃左右，含有饱和水汽、残余的SO2、SO3、HCl、HF、NOx，其携带的SO42-、SO32-盐等会结露。因此，被净化的气体在离开吸收塔之前要用折流板除雾器进行除雾。对于除雾器设置冲洗水，间歇冲洗除雾器。低温下含饱和水蒸气的净烟气很容易产生冷凝酸，在净烟道或烟囱中的凝结物PH值约为1~2之间，硫酸浓度可达60%，具有很强的腐蚀性。
二、GGH受热面的结垢
1.结垢原因一
GGH加热器设计缺陷：GGH的受热面设计高度不合理，由于受热面的高度太大（GGH受热面的高度设计一般应在660mm以下），使吹灰器吹不透，造成沉淀物的滞留，日积月累，形成结垢。
2.结垢原因二
受热面板型：受热面板型不合理，造成易堵灰，难清洗，也是结垢的重要原因；
3.结垢原因三
吹灰器出力不够：吹灰器是保证及时清扫受热面沉淀物的重要设备，吹灰器出力不够，就使得吹灰不彻底，造成沉淀物的滞留，进而结垢。
4.结垢原因四
在GGH的运行介质中， 亚硫酸钙和硫酸钙在水中的溶解度很小，都会形成高度过饱和溶液。亚硫酸钙和硫酸钙的种子晶体按相关化学反应生成CaSO3•1/2H2O软垢；烟气中的CO2的再碳酸化，可能生成CaCO3沉淀物。一般烟气中，二氧化碳的浓度达到10%以上，是SO2浓度的50~100倍。吸收塔中部分SO32-和HSO3-被烟气中剩余的氧气氧化为SO42-，最终生成CaSO4•2H2O沉淀。CaSO4•2H2O的溶解度较小（0.223g/100g水，0℃），易从溶解中结晶出来，在部件表面上形成很难处理的硬垢。可以说，GGH的表面结垢和堵塞，其原因是烟气中的氧气将CaSO3氧化成为CaSO4（石膏），并使石膏过饱和。
５.结垢原因五
在燃煤机组烟气脱硫系统中，除雾器位于吸收塔与GGH之间，可能由于除雾器除雾效果差导致进入GGH的净烟气中携带的含有石膏颗粒及尘粒液滴在GGH受热面表面蒸发结晶将直接导致GGH的结垢堵塞。GGH结垢的主要来源：其一，原烟气流经电除尘器后进入FGD系统烟气中的剩余粉尘；其二，经除雾器后净烟气携带的含有石膏颗粒及尘粒液滴在GGH受热面表面蒸发结晶的产物。原烟气中携带粉尘较易清除，且目前火力发电机组所配备的除尘器一般均能满足FGD系统运行需求，因此可以说：因除雾器设计或运行不当导致的除雾器除雾效果不良是造成湿法脱硫中GGH堵塞的罪魁祸首。由于除雾器局部堵塞引起自身差压的升高及其带来的除雾效果变差而造成GGH结垢等连锁反应导致的整套FGD系统阻力增加，将直接影响到FGD系统的能耗。
６.结垢原因六
吸收塔内浆液液位太高或泡沫太多而溢流，溢流管如排浆不畅，会使浆液反流到ＧＧＨ原烟道。这种反流即便瞬间发生，也会造成较严重的积污。
三、GGH受热面的损坏
1. 损坏原因一
产品质量问题：这有可能是热面损坏的最主要的原因。GGH受热面是在成型的低碳钢上涂烧搪瓷而成的。涂烧搪瓷的目的一是防腐蚀，二是防磨损。但如果涂烧搪瓷釉的配方不准确，工艺不合理（比如清洗不干净就会造成脱落现象），那么生产出来的搪瓷传热元件就既不会有防腐蚀，也不会有耐磨损的功能。将其置入GGH的运行环境中，就会很快损坏。
2. 损坏原因二
化学腐蚀：GGH的运行环境是一高酸性环境，受热面在酸性环境中随着腐蚀程度的加深,逐步被损坏；
3. 损坏原因三
4.机械损坏：吹灰器或高压水冲洗参数设置不当，在吹灰或水冲洗时由于高温或高压将受热面损坏。
四、处理方案
1. 配方要充分考虑防腐蚀
搪瓷釉的成份由两个主要组成部份构成：一是由基体剂硅氧四面体(SiO4)4－
相互连接而成牢固的网络骨架；另一是由基体剂以外的其它组份破网而又重新连接，并填充其间的硅酸盐部分，前者系瓷釉耐化学稳定区域，几乎不与水、酸、盐溶液作用，即使反应，也是比较微弱的。后者是非化学稳定区域，几乎都能同水、酸、盐溶液起反应。为了提高瓷层的耐化学稳定性，对于破网和填充其间的硅酸盐组份的选择必须合理，因此华邦公司在设计配方时，采取了以下几项技术措施。
（1）增大瓷釉中SiO2的含量，减少其中R2O的含量，从而提高瓷釉的化学稳定性。
（2）出于加工工艺的需要，必须使用R2O化合物，限制了K 、Na 的用量，为此大量地增加了Li＋ 的用量。理论和实践证明，一价碱金属氧化物随离子半径的增大，耐化学稳定性降低，其降低的次序如下，Li＋ >Na＋ >K ＋。
（3）减少部分R2O氧化物用量，增加一定量的RO氧化物用量，一方面是二价金属硅酸盐比一价金属硅酸盐具有较好的化学稳定性，另一方面是应用了多碱效应，抑制了水解扩散速度有利于增强化学稳定性能。
（4）在保持SiO2高含量(>60％)的条件下，适当提高Al2O3含量(控制在3～5％)， 以形成铝硅酸盐。从而使瓷釉的化学稳定性进一步提高
（5）严格控制B2O5引入量。该组份对于抗无机酸腐蚀，不起有利作用，一般不引入或控制在最低限量。华邦公司瓷釉配方组成中B2O3<2％，所以具有较高的抗无机酸腐蚀的性能，这是不同于一般搪瓷配方的区别之处。
（6）在瓷釉配方组成中，除SiO2保持高含量比例外，同时引入一定含量的其它四价氧化物有利于改善瓷层的化学稳定性，比如在华邦公司的瓷釉配方中引入了少量的ZｎO2，TiO2等高价氧化物。
由于华邦公司在配方中，采取了上述措施，所以在试用或生产过程中应用于要求耐酸、耐水性的部件得到了较为满意的技术效果。使搪瓷传热元件耐蚀性能得到极大提高和使用寿命大为延长。
2.配方要充分考虑耐磨
耐磨性能是指瓷层对固体的机械摩擦或磨光作用的抵抗力。影响瓷层耐磨性能的因素很多：瓷釉的硬度、抗压强度、抗张强度、弹性和瓷釉与坯体材料的密着强度等。其中瓷釉硬度对于瓷层耐磨性能的好坏起着决定性作用。华邦公司从以下三个方面提高瓷层的耐磨性能。
（1）在保持高硅含量的同时，引入一定量的Al2O3和CaF2。这样做的结果，高含量的Al2O3使瓷釉在烧成温度下高温粘度增大,晶核形成顺利，晶体长大受阻。引入适量的CaF2有利于降低高温粘度克服一些工艺困难，在烧成冷却过程中使瓷釉熔体粘度迅速增大。上述二组份的引人使瓷层内形成大量微细晶体，这样大量由微晶体构成搪瓷层极大地提高了瓷层的硬度和其它机械强度，从而提高耐磨性能。
（2）提高底釉与铁坯的密着强度。密着性能虽不直接影响瓷层耐磨性能，但对面釉的工艺性能和面釉瓷层表面质量有着重大作用。不难设想，如果密着性能不好，要获得高强度的面釉瓷层是不可能的。为此，华邦公司在配方设计和工艺处理上采用了混合型底釉，这不仅有利于适宜坯体同瓷釉的高温物理化学反应，促进密着形成，而且还有利于扩大烧成幅度，避免了坯体厚薄不均而导致的烧生、烧大等质量缺陷。为了促进面釉同底釉的良好结合，华邦公司还采用了中温慢烧烧瓷工艺，从而获得了较大的密着强度和平滑致密的面釉瓷。
3. HB3E板型
目前燃煤机组烟气脱硫系统中GGH的DNF板型从实际运行效果看来，并不适应它的运行环境。针对这种情况,我公司研制开发了新的建议更换HB3E板型，该板型不仅传热效率高，而且不易堵灰，易冲洗。
五、对GGH的运行建议
(1)在正常情况下，容克式烟气加热器能够承受一定的附着在传热元件表面的黏附物。但黏附物能导致换热性能的下降和烟气阻力的增高。此时就要进行吹灰。蒸汽吹扫频率为3次/天，每次吹扫的时间不少于一个来回行程。吹灰需准确计算吹灰步序和调整步长，改进清洗程序。如吹扫的环之间要有重叠，每环间不应有未冲到之处。尤其注意最内环和最外环的冲洗，不应有冲不到的死角。
运行实践证明，蒸汽吹灰的效果比压缩空气好，常用汽/气吹不会损伤换热元件。应尽量少用高压水冲洗。若吹灰后压差未降到设定值，可再启用一次吹灰程
(2)尽管建议少用高压水冲洗，但实际上每1～2个月仍需进行一次高压水冲洗，因此高压水冲洗的次数比制造厂建议的频率要高。当烟气阻力升高值达到原设计值的50%时，就要进行在线高压水冲洗。通过在线水冲洗可以将压降恢复到原设计值。在线高压水冲洗的频率取决于净烟气中的水分含量和原烟气中残留的飞灰和氧化硫的含量。冲洗水的压力为10MPa。
(3)低压水冲洗。在GGH长期停机前，必须采用低压水冲洗，除去转子上沾附的酸性沉积物、水冲洗可以冲走大量的酸性物。水冲洗时，传热元件通过转子的旋转先经由下部清洁装置进行清扫，再经由上部清洁装置进行清扫。
上下两台清洁装置可同时运行，亦可分开运行，主要取决于介质的流量和压力。当分开运行时，先投运下部的清洁装置，再投运上部的清洁装置。
(4)当原烟气含尘量达到ＦＧＤ保护连锁停运的条件时((250～300ｍｇ/ｍ3),应投此保护，停ＦＧＤ，让烟气走旁路。
(5)除雾器效果不好或其叶片因冲洗不净而积石膏，会使吸收塔出口烟气携带浆液，其下游的受害者就是ＧＧＨ。所以除雾器的正常运行极为重要。
(6)吸收塔浆液密度计不准确将直接影响液位测量，应经常校正密度计，避免浆液溢流，甚至反流到ＧＧＨ。
(7)吸收塔入口烟道应向下倾斜，以避免塔内浆液溢流或泡沫大时反流到ＧＧＨ中。
(8)在吹灰和一般水清洗仍然不能够达到GGH受热面正常的烟气阻力时，就应该考虑进行专业的除垢清洗。专业清洗就是在GGH蓄热元件不拆卸的情况下进行化学清洗，其过程是润渗→乳化→松散→高压水冲洗。完成这种清洗，除垢率可达95%以上，洗通率达100％。
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