空预器倒转对经济型的影响分析

2008年08月26日，#2机处理#21空预主电机热电偶问题，在停止＃21空预主电机，联启辅电机后，由于空预出口烟气温度持续下降近20℃，风温有所升高，就地发现空预器倒转。出现这个问题后，从直观上看是烟温降低、风温上升，很多人提出空预如果倒转，经济性一定提高很多，那事实是否是这样的呢？现将空预器倒转前后各相关参数变化原因及空预反转后经济性做以下简要分析。

我厂一期空气预热器采用豪顿华公司生产的32VNT2300型回转再生式空气预热器，并配有驱动电机，减速箱，连轴器，润滑油系统以及火灾监测系统等。驱动装置的驱动电机配有变频器，用以降低启动时的启动力矩，减轻启动时对减速箱的冲击作用，以实现软启动，此外，通过变频控制，还可以改变空预器的转速。

空预换热原件传热总表面积（双侧，单台空预）为123316m2，换热元件由薄钢板制成，其中热端和中温段换热元件由厚0.5mm，深1000mm的低碳钢制成，

冷端换热元件则由厚0.8mm，深300mm的考登钢制成。气流布置方向为烟气向下，空气向上，正常运行中空预器旋转方向为：烟气→二次风→一次风。在主电机或辅电机驱动下，空预器的运行转速均为1rpm/min。整个空预的密封系统由转子径向、轴向、环向以及转子中心筒密封组成。

一、事件经过及现象：
在停止＃21空预主电机前，联系热工将＃21空预器的各保护强制，防止保护误动。21：08停止＃21空预主电机，21：08＃21空预辅电机联启，78s后启动电流返回，一次风机出口联络挡板联开，约4min后手动关闭。

在#21空预辅电机启动后，发现#21空预出口烟温有降低趋势，#21空预出口一次风温以及二次风温有升高趋势，同时经就地检查为#21空预反转。23：05停止#21空预辅电机运行，经144s惰走停止后启动#21空预主电机。#21空预主电机启动后，#21空预出口烟温明显回升，同时出口一次风温由301.3℃下降至

281.7℃，出口二次风温由300.2℃下降至285.5℃，炉膛负压发生波动，最高波动至136.4Pa，最低至-224Pa。

经检修处理#21空预辅电机接线后，23：44停止#21空预主电机，就地观察#21空预转子惰走6min转速至0后，启动#21空预辅电机，在停止空预主电机转子惰走过程中，#21空预出口排烟温度快速上升，最高升至119℃，空预出口一、二次风温快速下降，分别由289.1℃、293.2℃下降到262.2℃、275.5℃。当#21空预辅电机重新启动后，排烟温度逐渐下降至正常值，出口一、二次风温逐渐回升，整个过程各参数变化趋势如图一所示：



图一

二、原因分析：
1.参数对比:

表一
21：08停止主电机前
21：52辅电机运行
23：05停止辅电机前
23：25主电机运行

负荷MW
373.9
349.2
351.5
340.6

#21空预入口烟温℃
325.6
325.2
326.1
326.4

#21空预出口烟温℃
105.7
81
77.4
98.1

#21空预入口一次风温℃
32.8
31.4
29.7
29.4



#21空预出口一次风温℃
291.8
298.4
302.6
289.1

#21空预入口二次风温℃
22.8
21.6
19.8
19.6

#21空预出口二次风温℃
295.7
298.1
301.1
293.2

炉膛负压Pa
-78
-131
-38.6
-1.0

烟气含氧量（注意是空预入口）%
5.71
5.37
5.87
6.2

总风量（风箱处）T/H
1718.736
1636.277
1697.916
1688.644

总一次风量T/H
451.646
442.75
376.78
381.325

#21送风机电流A
76.95
73
74.94
73.02

#21送风机动叶开度%
46.35
42
44.29
44.04

#21一次风机电流A
151.4
142.85
130.35
134.35

#21一次风机动叶开度%
58.25
56.35
51.42
52.49

#22空预出口烟温℃
109.5
107.3
100.8
100.2


2.计算分析
21：08由#21空预主电机切换为辅电机运行后，#21空预的排烟温度由正常运行时的105.7℃降至最低77.4℃，而在此阶段中#22空预的排烟温度却没有如此大的变化。在#21空预后来切回主电机运行以及辅电机接线倒换正常后其排烟温度又回复正常，因此，#21空预排烟温度的降低可基本判断为是由于#21空预器的反转（后面分析其它影响）.在空预入口烟温以及一、二次风机运行平稳的情况下，只有三种情况可能导致#21空预排烟温度的降低：一是无论正转反转，冷端密封板损坏或脱落，造成冷端漏风量过大（此方面从转向正常后的各参数变化看已经排除）；二是空预器反转改变了烟气→空预以及空预→一、二此风的换热效率；三是由于空预器反转，使#21空预的冷端密封情况发生“正常”改变，从而增大了一、二次风向烟气的漏风量，从而导致#21空预出口烟温降低。下面从后两个方面进行分析：

回转式空气预热器的受热原件（转子）作为热量的中间载体，由薄钢板制成，一片波纹板上有斜波，另一片上除了方向不同的斜波外还有直槽，带斜波的波纹板和带有斜波和直槽的定位板交替层叠。直槽与转子轴线方向平行布置，使波纹板和定位板之间保持适当的距离，斜波与直槽呈30°夹角，使得空气或烟气流经换热元件时形成较大的紊流。受热原件在烟气区吸收热量，在一、二次风区放出热量，热交换过程主要是对流换热，辐射换热在此不做考虑。单位时间空预内热量的传递与以下参数有关：

Q=f（h，r，v1，v2，v3，t1，t2，t3，m1，m2，m3）

h——对流换热系数r——空预转速v1——一次风流速v2——二次风流速v3——烟气流速t1——空预一次风入口风温t2——空预二次风入口风温t3——空预入口烟温m1——单位时间一次风流量m2——单位时间二次风流量m3——单位时间烟气流量



通过历史曲线可知，r，t1，t2，t3均未有较大波动，二次风及烟所流量很大，所以v2，v3也可看做无较大变化，同时烟气到换热元件及换热元件到二次风的对流换热系数h=（v，s，γ，ρ，cp）（v：流体流速，s：对流换热面积，γ：金属导热系数，ρ：流体密度，cp：流体比容）也无较大变化。需要考虑的是两点，一是一次风量相对较小，风量几十吨的变化对流速有一定影响，但是这里要解释的是，如果漏风没有多大改变（注意不是说无漏风），一次风量在同负荷下就不会有多大改变，所以v1就不应该有多大改变，所以此种假设下的h也就不会有多大改变；二是风机出口一次风温与二次风温偏差较大，在10℃以上，传热元件先到温度稍高的一次风，再到温度稍低的二次风，传热端差的改变对分阶段的传热效率有所影响，但是上面提供的传热公式是适用于空预这种一导体三介质的整体公式，里面已考虑到传热端差的不同，所以也就没有必要把简单问题复杂化，也就不用讨论分阶段的传热改变。

由以上可知，假设一、二此风以及烟气间无漏风改变（注意是无漏风改变，不是说无漏风），且空气与烟气的比定压热容cp近似相等，无论烟气→空预还是空预→一次风，烟气→二次风的对流换热系数均没有变化，根据能量守恒，烟气放热量等于一、二次风吸热量,即Q烟=Q1+Q2，由Q=mcp?Δt知，反转情况下，又有新的更大一部分一次风或二次风漏到了烟气中，从而导致空预排烟温度降低（当然，由于过程是非稳态的，换热量的改变也是排烟温度降低的原因之一，甚至单从空预本身来说效率是有所提高的，但我们应该从整个机组考虑）。这一点从空预入口烟气含氧量的变化（虽然负荷有所不同，可以找一下一样的工况）也可以看出，21：08#21空预由主电机切为辅电机运行时，空预入口烟气含氧量从5.71%→5.37%有一个下降的过程，23：05由辅电机切回主电机运行后，空预入口烟气含氧量从5.87%→6.20%是一个上升的过程，这说明空预从正转变为反转后进入炉膛的空气量减少了，从而导致烟气含氧量的减少；在从反转切为正传后，进入炉膛的空气量又增加了，从而使烟气含氧量增加，这一点也证明了在空预反转时，一、二次风对烟气的漏风量增大了。

3.结构原因：
根据32VNT2300型空预的安装以及运行手册，并且与电科院人员沟通，空预的密封系统尤其是轴向、径向密封是具有方向性的，而并非正、反方向其漏风量都向同。正转情况具有较小的漏风系数，而在反转以及其他不正常工况，其对漏风系数的影响较大。

三、总结：
对于以上分析可发现空预器反转后主要参数的变化：氧量、烟温、空预出口风温，根据空预器内部结构以及参数变化可得出以下结论：

1、从宏观风机电流、风量、氧量等等参数考虑空预器反转后漏风量加大。

2、从传热学各方面计算结果及分析可看出空预器反转后空预器的烟温降低与假设只是换热效率提高而无漏风改变的出口风温上升不成比例，不符合能量守恒定律。

3、根据空预器的结构来看各部位密封片肯定是以正转为前提的条件下进行密封，不可能出现反转后空预器密封比正转时的密封效果好，同时根据空预器的密封片布置结构可知反转时漏风量大于正转时漏风量。

根据以上几点可知当空预器反转后有部分风漏入烟气侧是导致烟气降低原因之一，所以烟温降低、风温有所升高锅炉整体效率是否提高，还需要我们做更细致的分析与讨论。