基于空預器熱平衡原理的鍋爐爐膛漏風測試計算研究

方軍庭

(安徽開放大學培訓學院 安徽合肥 230022)

爐膛漏風是造成鍋爐排煙溫度升高的重要因素之一[1-2]。機組運行中爐膛維持微負壓狀態，冷風在爐膛負壓作用下漏入爐膛，造成鍋爐排煙溫度上升，排煙熱損失升高，鍋爐熱效率下降，機組煤耗升高，爐膛漏風影響機組安全性與經濟性[3-6]。傳統的爐膛漏風測試有基本正壓法和煙道阻力負壓外推法，均存在著安裝測點多、測試方法復雜、測試結果精度差等特點[7-10]，因此基于空預器熱平衡原理提出測試計算鍋爐爐膛漏風的新方法。

1 傳統測試方法

1.1 基本正壓法

對于負壓運行的爐膛，冷風的絕對漏入量只取決于爐膛負壓水平，與鍋爐負荷無關。當爐膛處于正壓狀態時，即可完全消除爐膛漏風，此時參與燃燒的風量均為“有組織”入爐風量。此時爐膛出口的過量空氣系數與“有組織”入爐風量的過量系數相等，與相同負荷、相同送風量下正常負壓工況下爐膛出口過量空氣系數對比，即可得到該負荷工況下的爐膛漏風系數。

基本正壓法試驗過程中要求維持兩試驗工況下鍋爐負荷不變和“有組織”入爐風量（送風量）不變，但在實際的正壓試驗過程中，將造成汽溫變動、大量爐內煙氣外逸，試驗的穩定工況條件維持困難，造成入爐燃料量和送風量波動，試驗結果精度不足。

1.2 煙道阻力負壓外推法

煙道阻力負壓外推法是由前蘇聯首創。在鍋爐負荷和“有組織”入爐風量不變的條件下，爐膛壓力和尾部煙道阻力之間存在著線性關系，通過不同爐膛負壓工況下的試驗，繪出爐膛壓力與煙道阻力的函數圖，再將直線外推延長至正壓區域，得到正壓工況下的煙道阻力，此方法需進行多個負壓工況才能得到較好的函數圖。

2 熱平衡法基本原理

在鍋爐穩定運行工況下，利用空預器煙氣側放熱量與空氣側吸熱量相同的熱平衡原理[11-12]。根據輸入的爐膛漏風量，分別計算空預器煙氣側放熱量與空氣側吸熱量，當煙氣側放熱量與空氣側吸熱量相等時，可根據此時輸入的爐膛漏風量計算爐膛漏風率。即

式（1）中：Qfg.AH為空預器煙氣側放出熱量，單位為kJ/h；Qa.AH為空預器空氣側吸收熱量，單位為kJ/h。

2.1 空預器煙氣側放熱量計算

空預器煙氣側放熱量由通過空預器的純煙氣放出熱量與煙氣中飛灰放出熱量構成，即

式（2）中：Qfg.AH.s為空預器純煙氣放出熱量，單位為kJ/h；Qrs為煙氣中飛灰放出熱量，單位為kJ/h。

通過空預器的純煙氣放出熱量Qfg.AH.s的計算如下：

式（3）中：Cfg.AH.en為空預器進口煙氣比熱容，單位為kJ/(kg·℃)；Cfg.AH.lv為空預器出口煙氣比熱容，單位為kJ/(kg·℃)；mfg.AH.en為空預器進口煙氣質量，單位為t/h；tfg.AH.en為空預器進口煙氣溫度，單位為℃；tfg.AH.lv為空預器出口煙氣溫度，單位為℃。

空預器進口煙氣質量mfg.AH.en由空預器一、二次風出口的熱風質量、進入制粉系統的冷一次風質量、去除灰分的燃煤質量以及爐膛漏風量組成：

式（4）中：mp.AH.lv為空預器出口熱一次風質量，單位為t/h；ms.AH.lv空預器出口熱二次風質量，單位為t/h；mp.m為進入磨煤機冷一次風質量，單位為t/h；qm.f為鍋爐穩定工況下燃煤量，單位為t/h；Aar為燃煤灰分，單位為%；ma.lt為爐膛漏風量，單位為t/h。空預器出口熱一次風質量、熱二次風質量、進入磨煤機冷一次風質量均來源于機組在線測量數據，燃煤量來自機組穩定工況下燃煤量；燃煤灰分來自燃用煤種工業分析參數。

通過空預器的煙氣中飛灰放出熱量的計算如下：

式（5）中：Crs為飛灰比熱容，單位為kJ/(kg·℃)；灰渣比取9∶1，故乘以0.9。

2.2 空預器空氣側吸熱量計算

空預器空氣側吸收熱量由通過空預器的一次風、二次風吸熱量以及漏入煙氣側冷風吸熱量組成，即

式（6）中：Qp.AH為空預器一次風吸熱量，單位為kJ/h；Qs.AH為空預器二次風吸熱量，單位為kJ/h；Qlg.AH為漏入煙氣側冷風吸熱量，單位為kJ/h。

空預器一次風吸熱量Qp.AH、二次風吸熱量Qs.AH、漏入煙氣側冷風吸熱量Qlg.AH計算如下：

式（7）中：Cp.AH為空預器一次風平均比熱容，單位為kJ/(kg·℃)；mp.AH.lv為空預器出口一次風質量，單位為t/h；tp.AH.lv為空預器出口一次風溫度，單位為℃；tp.AH.en為空預器進口一次風溫度，單位為℃。

式（8）中：Cs.AH為空預器二次風平均比熱容，單位為kJ/(kg·℃)；ms.AH.lv為空預器出口二次風質量，單位為t/h；ts.AH.lv為空預器出口二次風溫度，單位為℃；ts.AH.en為空預器進口二次風溫度，單位為℃。空預器出口一、二次風質量、進出口風溫來自機組在線測量數據，空預器一、二次風平均比熱容根據空預器進出口風溫計算得出。

式（9）中：Clg.AH為空預器漏風平均比熱容，單位為kJ/(kg·℃)；mlg.AH為空預器漏風質量，單位為t/h；ta.AH.en為空預器進口平均風溫，單位為℃。空預器進口平均風溫根據空預器進口一、二次風溫度及設計一、二次風比例計算得出。

空預器漏風質量根據空預器進口煙氣質量及空預器漏風率計算如下：

式（10）中：mfg.AH.en為空預器進口煙氣質量，單位為t/h；ηlg.AH為空預器漏風率，單位為%。空預器漏風率根據空預器進出口氧量計算得出，空預器進出口氧量由試驗測點實際測量得出。

2.3 計算流程

根據空預器熱平衡原理迭代計算鍋爐爐膛漏風率流程具體見圖1。

圖1 熱平衡法爐膛漏風測試計算流程

3 實例計算

某電廠660 MW機組鍋爐型號為DG2086/25.4—Ⅱ，該鍋爐為一次中間再熱、變壓運行，帶內置式汽水分離器啟動系統，固態排渣、單爐膛平衡通風、Π型布置、全鋼構架懸吊結構、露天布置超臨界直流鍋爐。為研究爐膛漏風對排煙溫度影響的情況，應用熱平衡法計算該鍋爐的爐膛漏風率，計算數據見表1。當爐膛漏風量在10.09 t/h 時，迭代計算出的空預器煙氣側放熱與空氣側吸熱的熱平衡差值為-521 kJ/h，熱平衡差值絕對值已小于1 000 kJ/h，可以認為此時已達到熱平衡，即當前負荷工況下爐膛漏風量為10.09 t/h，爐膛漏風率為0.4%。

表1 熱平衡法爐膛漏風測試計算實例

4 結語

應用空預器熱平衡法進行鍋爐漏風測試計算，能夠有效計算出爐膛漏風率，該測試方法在穩定工況下進行，無須對爐膛負壓進行調整，對鍋爐運行無擾動；測試計算數據均來自運行參數和常規性能試驗測點測試數據，測試與計算過程簡便。