空氣預熱器漏風率標準的分析與應用

蘇 陽，叢星亮，陳 劍

(國網安徽省電力有限公司電力科學研究院，安徽 合肥 230601)

0 概 述

空氣預熱器是發電機組中重要的輔機設備，并得到了廣泛的應用。空氣預熱器可利用高溫煙氣加熱空氣，強化了燃燒過程，減少了不完全燃燒的損失，同時，可降低排煙溫度，提高鍋爐效率。空氣預熱器的運行狀態直接影響著鍋爐運行的經濟性[1-3]。在發電機組大修前后，需測試空氣預熱器的漏風率。對于運行中的機組，應每天監測空氣預熱器的漏風率，并將其作為一項主要的經濟考核指標[4]。

在我國，對空氣預熱器漏風率的試驗標準，一直延用GB10184-1988(電站鍋爐性能試驗規程[5])，簡稱為舊版標準。在2015 年發布了GB10184-2015(電站鍋爐性能試驗規程)[6]，簡稱為新版標準。執行新版標準后，從原則上代替了舊版標準。現以舊版標準和新版標準的計算方法和試驗為例，發現新舊標準在計算空氣預熱器漏風率上存在差別。現利用Visual Basic(VB)語言，編制了計算空氣預熱器漏風率的程序，以4臺三分倉回轉式空氣預熱器漏風率的試驗數據為依據，分別按新舊標準的要求，計算空氣預熱器的漏風率，并分析兩者的差異及其原因。

1 計算方法

1.1 舊版標準

在舊版標準的附錄K中，將空氣預熱器漏風率AL定義為漏入空氣預熱器煙氣側的空氣質量與進入該煙道的煙氣質量之比率，計算公式為：

(1)

在舊版標準中，并沒有給出煙氣量的計算公式，為了簡化計算，常用漏風系數進行換算，換算關系為：

(2)

式(2)中：α′、α″分別是空氣預熱器進、出口煙道過量空氣系數，系數取90，為經驗數據。在一般情況下，過量空氣系數α，可由式(3)簡化計算。

(3)

式(3)中：O2為氧氣體積分數，%。

從而可推算漏風率AL：

(4)

式(4)中：O2′、O2″分別是空氣預熱器進、出口煙氣中氧氣體積分數，%。

1.2 新版標準

在新版標準的8.6節中，列出的空氣預熱器漏風率計算公式為：

(5)

式(5)中：ηlg.AH為空預器的漏風率，%；

ωfg.AH.en為空氣預熱器進口煙氣質量分數，%；

ωfg.AH.lv為空氣預熱器出口煙氣質量分數，%。

ωfg.AH按式(6)計算：

ωfg.AH=ρfg.AH×Vfg.AH

(6)

式(6)中：ρfg.AH為煙氣密度，kg/m3。

Vfg.AH為每千克燃料燃燒產生煙氣體積，m3/kg。

ρfg.AH按式(7)計算：

ρfg.AH=0.01428φO2+0.01964φCO2+

0.01250φCO+0.00804φWV+0.02859φSO2+

0.01250φN2+0.01339φNO

(7)

式(7)中：φO2、φCO2、φCO、φSO2、φN2、φNO、φWV為煙氣中O2、CO2、CO、SO2、N2、NO和水蒸氣的體積分數，%，其合計值應為100。

Vfg.AH=Vfg.d.AH+Vwv.fg.AH

(8)

式(8)中：Vfg.d.AH是每千克燃料燃燒生成的干煙氣體積；

Vwv.fg.AH是每千克燃料燃燒生成的水蒸氣的體積，其計算公式為：

(9)

煙氣成分的數值，通常是由煙氣分析儀測得干煙氣中O2、CO2、CO、SO2等體積分數，需轉化成濕煙氣成分，再計算煙氣密度。以O2的成分計算為例，其轉化公式為：

(10)

式(10)中：φd.O2為干煙氣中O2體積分數。

對于固體及液體燃料，每千克燃料燃燒后生成的干煙氣體積Vfg.d.AH，其計算公式為：

Vfg.d.AH=Vfg.d.th.cr+(α-1)Va.d.th.cr

(11)

式(11)中：Va.d.th.cr為修正的理論干空氣量，m3/kg；

Vfg.d.th.cr為修正的理論干煙氣量，m3/kg。

Va.d.th.cr=0.0888ωc.b+0.0333ωS.ar+

0.2647ωH.ar-0.0334ωO.ar

(12)

式(12)中：ωS.ar,ωH.ar,ωO.ar分別是入爐燃料(收到基)中元素硫、氫、氧的質量分數，%。ωc.b是實際燃燒掉的碳占入爐燃料的質量分數，%，計算公式為：

(13)

式(13)中：ωC.ar、ωas.ar分別是入爐燃料(收到基)中元素碳、灰分的質量分數，%。ωc.rs.m是灰渣平均可燃物的質量分數，%。

Vfg.d.th.cr的計算公式為：

(14)

ωN.ar是入爐燃料(收到基)中元素氮的質量分數，%。

1.3 漏風率試驗測量參數

在新版標準中，鍋爐空氣預熱器漏風率試驗所需的測量參數較舊版標準有較大差異，具體包括了幾個方面。(1)煙氣成分分析，包括空氣預熱器進口處和出口處的煙氣成分。(2)原煤收到基工業分析及元素分析。(3)飛灰可燃物含量和爐渣可燃物含量分析。(4)環境參數的測量，包括當地大氣壓力Pat、環境溫度ta和相對濕度ha.re。由此可見，新版標準與舊版標準相比，新版標準中空氣預熱器漏風率試驗所需的測量項目更多，也更全面。新舊版標準中要求的試驗測試項目，如表1所示。

表1 試驗測試項目

2 漏風率的計算程序

根據理論分析及計算準則，采用VB計算機語言，編寫了空氣預熱器漏風率計算程序。在計算程序中，分別建立了輸入和輸出模塊，僅需輸入參數變量及相關工程變量(煙氣成分、煤質特性及飛灰爐渣比例等參數)，通過軟件自動計算，即可在輸出板塊中呈現計算參數及漏風率的計算結果。空氣預熱器漏風率計算軟件的主界面，如圖1所示。通過驗證，軟件的計算結果與手工計算的結果相一致。

圖1 空氣預熱器漏風率計算軟件主界面

3 實例計算與分析

為了量化新舊標準在計算空氣預熱器漏風率時的差別，利用計算軟件，分別計算4臺不同等級的三分倉空氣預熱器漏風率。同時，按不同的計算方法求其漏風率，采用的原始數據(煙氣中未考慮SO2,NO等)，如表2所示。具體的計算結果，如表3所示。

表2 原始試驗數據

表3 空氣預熱器漏風率計算結果

由表3可知，采用新標準計算得到的空氣預熱器漏風率較接近，但均略微大于舊版標準的計算結果，有可能是在當前環境下，對舊標準中經驗系數90的取值偏小，使工況2的偏差相對較大，主要原因是在舊標準的簡化計算中，未考慮CO，而在工況2的煙氣成分中，CO含量相對較高。

4 測試過程中的注意事項

(1)在煙氣成分測試時，應嚴格按照網格法或多代表點法布置測點，結合現場煙道結構，選取合適的測量位置，測點數值要具有代表性。

(2)在試驗過程中，機組負荷、過量空氣系數應盡可能穩定，若煙氣成分的波動較大，應延長測量時間，間隔若干秒讀數1次，連續讀數時間至少2個波動周期，取其算術平均值[7-8]。

(3)煙氣分析儀器測量的煙氣成分通常為干成分，在式(7)煙氣密度計算中，采用的是濕煙氣組分，計算前，需要通過式(10)進行干、濕煙氣組分的換算。

5 結 語

根據理論分析和試驗結果，比較了新舊標準中計算漏風率的異同，并基于VB語言，編制了空氣預熱器漏風率的計算程序。與GB10184-1988相比較，在GB10184-2015中，計算空氣預熱器漏風率時，需要測量煙氣成分、煤質特性、灰渣特性、環境參數等項目，試驗工作量相對較大，但更全面更嚴謹。

在GB10184-2015中，考慮了煤質特性、灰渣特性、環境參數、煙氣成分等多種因素，漏風率略微大于GB10184-1988的計算結果，計算過程雖復雜，但結果更為精確，而GB10184-88中的簡化計算方法，可用于日常檢測中的快速估算。