鍋爐本體漏風對鍋爐熱效率的影響

綦明明，劉 武，肖 靜，冷 杰

（1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國網吉林省電力有限公司四平供電公司，吉林 四平 136000；3.華潤東北電力工程有限公司，遼寧 錦州 121006）

鍋爐本體漏風對鍋爐熱效率的影響

綦明明1，劉 武2，肖 靜3，冷 杰1

（1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國網吉林省電力有限公司四平供電公司，吉林 四平 136000；3.華潤東北電力工程有限公司，遼寧 錦州 121006）

鍋爐本體漏風會使鍋爐排煙熱損失升高，鍋爐熱效率降低。通過鍋爐熱效率計算的方式來分析鍋爐系統漏風對基準溫度、理論煙氣量及排煙溫度的影響，進而分析其對鍋爐熱效率的影響，并針對現代大型鍋爐常見漏風原因提出解決方案。

鍋爐；漏風；熱效率

計算鍋爐熱效率普遍采用反平衡熱損失法，對于國內大型鍋爐，通常采用ASME PTC 4.1鍋爐性能試驗標準或我國電力行業國家標準GB 10184—1988。無論采用何種方法，其中對鍋爐熱效率影響最大的都是排煙熱損失，因此，控制排煙熱損失對于提高鍋爐效率和電廠運行經濟性至關重要。

1 ASME PTC 4.1鍋爐性能試驗標準中排煙熱損失計算方法

目前國內新建大型火電機組投產前必須進行鍋爐熱效率考核，通常選用ASME PTC 4.1為考核標準，因此本文采用該規程中的計算方法進行分析。

計算干煙氣熱損失LG′公式如下：

式中 WG′——單位質量燃料產生的干煙氣質量，kg／kg；

CpG′——干煙氣的平均比熱，kJ／（m3·K）；

tG——離開機組的煙氣溫度，℃；

tRA——基準溫度，℃。

干煙氣的平均比熱在鍋爐燃燒煤質變化不大的情況下，其值變化不大（接近1），因此干煙氣熱損失主要由單位質量燃料產生的干煙氣質量及排煙溫度與基準溫度的差決定。當鍋爐系統不嚴密存在漏風的情況下，以上3個重要參數都會受到影響，使排煙熱損失升高，鍋爐熱效率降低，發電煤耗增加。因此，運行中必須控制鍋爐漏風率。

1.1 漏風量增加導致煙氣量增加

單位質量燃料產生的干煙氣質量WG′計算公式如下：

式中 ［CO2］、［O2］、［CO］、［N2］——CO2、O2、CO、N2在煙氣中所占的體積百分比，%；

Cb——單位質量燃料燃燒C的質量，kg／kg；

［S］——S的質量百分比，%。

由式（2）可見，單位質量燃料產生的干煙氣質量由煙氣成分決定。當鍋爐過量空氣系數達到或超過設計值時燃料充分燃燒，燃燒產生的CO很少，可忽略不計，這種情況下，單位質量燃料燃燒的C和產生的CO2質量保持一定，此時鍋爐漏風量增加，伴隨著CO2等煙氣產物排出機組，以單位質量燃料計算的煙氣量將增加。

1.2 漏風量增加導致基準溫度降低

基準溫度是作為鍋爐熱損失比較的基礎溫度。在考核鍋爐熱效率時，該溫度為進入鍋爐系統的各處空氣溫度的加權平均值，理論上只允許有組織的一次風和二次風進入鍋爐系統。在鍋爐本體存在漏風的情況下，進入鍋爐系統的空氣就不僅為一次風和二次風，其組分為一次風、二次風和各處的漏風，用下式表示：

式中 G——鍋爐總通風量，t／h；

G1——鍋爐一次風通風量，t／h；

G2——鍋爐二次風通風量，t／h；

∑Gl——鍋爐本體各處漏風量之和，t／h。計算鍋爐熱效率時，如果鍋爐系統沒有明顯漏風點或漏風量不大，∑Gl可以忽略，但當鍋爐系統存在明顯漏風點，且漏風量較大的情況下，通過漏風進入系統的空氣量較大，此時∑Gl不能忽略。

當鍋爐系統存在較大漏風時，基準溫度的計算應考慮漏風，采用如下公式：

式中 t1、t2——進入鍋爐系統的一次風溫和二次風溫，℃；

tl——鍋爐本體各處漏風的平均溫度，℃。

根據ASME PTC 4.1對于鍋爐系統邊界的劃分，進行鍋爐效率試驗時一次風溫與二次風溫通常采用一次風機與送風機的出口溫度。空氣通過風機葉片時能量增加，其表現不僅是動能增加，溫度也會相應提高10～20℃，即進入鍋爐系統的空氣溫度要比環境溫度高10～20℃。

因此，當鍋爐系統存在漏風時，進入系統的空氣將有一部分接近環境溫度，應用式（4）計算基準溫度時，tRA會比不存在漏風的情況低。通過總結發現，當鍋爐系統漏風量達到總風量的10%時，基準溫度tRA將比不存在漏風的情況低2℃左右。

1.3 漏風量增加導致排煙溫度升高

排煙溫度對排煙熱損失的影響很大，鍋爐效率取決于其燃燒效率、結構損失和其它損失，鍋爐本體漏風屬于結構損失［1］。當鍋爐本體存在漏風時，爐膛原有設計配風方式被破壞，爐內空氣動力場變形，火焰中心位置改變，使排煙溫度上升，甚至可能導致結焦等［2-5］。通過研究發現，爐膛漏風系數增加0.1～0.2，排煙溫度可升高3～5℃，鍋爐效率將下降0.2%～0.5%。

2 鍋爐本體漏風常見原因及改善方案

2.1 干式除渣鍋爐爐底漏風

干式除渣是現代大型鍋爐中采用的一種新技術，利用爐膛負壓將冷風從鍋爐底部吸入爐膛以冷卻爐渣，其優點是節約水資源，但可能增加鍋爐本體漏風，尤其當燃用易結焦的煤質時，為了對爐渣或焦塊進行充分冷卻必須開大除渣機的冷風門，增加冷風量，而增加的這部分冷風對于鍋爐實質上是以漏風的形式進入鍋爐系統，這將使鍋爐系統基準溫度降低，爐內火焰中心位置和排煙溫度升高，增大了排煙熱損失。因此，采用干式除渣的鍋爐容易出現本體漏風量大的現象。運行中，對爐渣能夠保證正常冷卻效果的情況下，要將干式除渣機的風門開度控制在最小。

2.2 鍋爐本體人孔門和窺視孔關閉不嚴密導致的漏風

人孔門是鍋爐系統檢修時便于檢修人員通過的裝置，窺視孔是鍋爐正常運行時觀察火焰燃燒情況的裝置，二者在鍋爐運行時都不能長時間開啟，鍋爐各處人孔門和窺視孔在使用之后應關閉嚴密，以減少漏入鍋爐系統的空氣量。鍋爐運行人員應及時關閉人孔門和窺視孔，并注意檢查是否關閉嚴密。

3 結束語

鍋爐本體漏風將導致鍋爐系統基準溫度降低，排煙溫度升高，煙氣量增加，在這3種因素共同作用下，干煙氣熱損失LG′將升高，鍋爐熱效率降低，機組煤耗增加。當燃料穩定，保持鍋爐出力不變的情況下，鍋爐燃料消耗量與鍋爐熱效率成反比，即燃料消耗量增加，熱效率降低。因此，減少鍋爐本體漏風，提高鍋爐熱效率對電廠的經濟運行具有重要意義。

［1］ 王 然.電廠燃煤鍋爐結構及系統改造趨勢分析［J］.科技創新導報，2014，11（5）：76-78.

［2］ 高繼錄，張 勇，蔣 翀.600 MW超臨界鍋爐燃燒優化調整試驗研究［J］.東北電力技術，2011，32（12）：7-10.

［3］ 馬景斌，高 明，宋大勇.600 MW超臨界褐煤鍋爐結焦原因分析及措施［J］.東北電力技術，2012，33（8）：46-48.

［4］ 趙洪躍，李海濤，陳 曦，等.220 t／h鍋爐結焦原因分析及治理［J］.東北電力技術，2013，34（2）：23-26.

［5］ 高繼錄，程善勤，祝志福，等.300 MW褐煤鍋爐嚴重結焦原因分析及治理措施［J］.東北電力技術，2013，34（4）：24-27.

The Influence of Boiler Air Leakage for Boiler Thermal Efficiency

QI Ming?ming1，LIU Wu2，Xiao Jing3，LENG Jie1
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.State Grid Jilin Electric Power Supply Co.，Ltd.Siping Power Supply Company，Siping，Jilin 136000，China；3.China Resoures Northeast Power Engineering Co.，Ltd.，Jinzhou，Liaoning 121006，China）

Boiler air leakage will increase the boiler heat loss due to heat in dry flue gas，reducing the boiler thermal efficiency.This article focuses on the calculating measures for boiler thermal efficiency to analyses the air leakage influence for the base temperature of boiler system and temperature of flue gas，then analyzes there impacts for the boiler thermal efficiency，and lists common leakage rea?son and proposes appropriate solutions to modern large?scale boiler.

Boiler；Air leakage；Thermal efficiency

TM621；TK228

A

1004-7913（2015）01-0047-02

綦明明（1982—），男，碩士，工程師，主要從事電站鍋爐節能、環保技術研究工作。

2014-08-12）