空气预热器漏风率标准的分析与应用

苏 阳，丛星亮，陈 剑

(国网安徽省电力有限公司电力科学研究院，安徽 合肥 230601)

0 概 述

空气预热器是发电机组中重要的辅机设备，并得到了广泛的应用。空气预热器可利用高温烟气加热空气，强化了燃烧过程，减少了不完全燃烧的损失，同时，可降低排烟温度，提高锅炉效率。空气预热器的运行状态直接影响着锅炉运行的经济性[1-3]。在发电机组大修前后，需测试空气预热器的漏风率。对于运行中的机组，应每天监测空气预热器的漏风率，并将其作为一项主要的经济考核指标[4]。

在我国，对空气预热器漏风率的试验标准，一直延用GB10184-1988(电站锅炉性能试验规程[5])，简称为旧版标准。在2015 年发布了GB10184-2015(电站锅炉性能试验规程)[6]，简称为新版标准。执行新版标准后，从原则上代替了旧版标准。现以旧版标准和新版标准的计算方法和试验为例，发现新旧标准在计算空气预热器漏风率上存在差别。现利用Visual Basic(VB)语言，编制了计算空气预热器漏风率的程序，以4台三分仓回转式空气预热器漏风率的试验数据为依据，分别按新旧标准的要求，计算空气预热器的漏风率，并分析两者的差异及其原因。

1 计算方法

1.1 旧版标准

在旧版标准的附录K中，将空气预热器漏风率AL定义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，计算公式为：

(1)

在旧版标准中，并没有给出烟气量的计算公式，为了简化计算，常用漏风系数进行换算，换算关系为：

(2)

式(2)中：α′、α″分别是空气预热器进、出口烟道过量空气系数，系数取90，为经验数据。在一般情况下，过量空气系数α，可由式(3)简化计算。

(3)

式(3)中：O2为氧气体积分数，%。

从而可推算漏风率AL：

(4)

式(4)中：O2′、O2″分别是空气预热器进、出口烟气中氧气体积分数，%。

1.2 新版标准

在新版标准的8.6节中，列出的空气预热器漏风率计算公式为：

(5)

式(5)中：ηlg.AH为空预器的漏风率，%；

ωfg.AH.en为空气预热器进口烟气质量分数，%；

ωfg.AH.lv为空气预热器出口烟气质量分数，%。

ωfg.AH按式(6)计算：

ωfg.AH=ρfg.AH×Vfg.AH

(6)

式(6)中：ρfg.AH为烟气密度，kg/m3。

Vfg.AH为每千克燃料燃烧产生烟气体积，m3/kg。

ρfg.AH按式(7)计算：

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为烟气中O2、CO2、CO、SO2、N2、NO和水蒸气的体积分数，%，其合计值应为100。

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

(8)

式(8)中：Vfg.d.AH是每千克燃料燃烧生成的干烟气体积；

Vwv.fg.AH是每千克燃料燃烧生成的水蒸气的体积，其计算公式为：

(9)

烟气成分的数值，通常是由烟气分析仪测得干烟气中O2、CO2、CO、SO2等体积分数，需转化成湿烟气成分，再计算烟气密度。以O2的成分计算为例，其转化公式为：

(10)

式(10)中：φd.O2为干烟气中O2体积分数。

对于固体及液体燃料，每千克燃料燃烧后生成的干烟气体积Vfg.d.AH，其计算公式为：

Vfg.d.AH=Vfg.d.th.cr+(α-1)Va.d.th.cr

(11)

式(11)中：Va.d.th.cr为修正的理论干空气量，m3/kg；

Vfg.d.th.cr为修正的理论干烟气量，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分别是入炉燃料(收到基)中元素硫、氢、氧的质量分数，%。ωc.b是实际燃烧掉的碳占入炉燃料的质量分数，%，计算公式为：

(13)

式(13)中：ωC.ar、ωas.ar分别是入炉燃料(收到基)中元素碳、灰分的质量分数，%。ωc.rs.m是灰渣平均可燃物的质量分数，%。

Vfg.d.th.cr的计算公式为：

(14)

ωN.ar是入炉燃料(收到基)中元素氮的质量分数，%。

1.3 漏风率试验测量参数

在新版标准中，锅炉空气预热器漏风率试验所需的测量参数较旧版标准有较大差异，具体包括了几个方面。(1)烟气成分分析，包括空气预热器进口处和出口处的烟气成分。(2)原煤收到基工业分析及元素分析。(3)飞灰可燃物含量和炉渣可燃物含量分析。(4)环境参数的测量，包括当地大气压力Pat、环境温度ta和相对湿度ha.re。由此可见，新版标准与旧版标准相比，新版标准中空气预热器漏风率试验所需的测量项目更多，也更全面。新旧版标准中要求的试验测试项目，如表1所示。

表1 试验测试项目

2 漏风率的计算程序

根据理论分析及计算准则，采用VB计算机语言，编写了空气预热器漏风率计算程序。在计算程序中，分别建立了输入和输出模块，仅需输入参数变量及相关工程变量(烟气成分、煤质特性及飞灰炉渣比例等参数)，通过软件自动计算，即可在输出板块中呈现计算参数及漏风率的计算结果。空气预热器漏风率计算软件的主界面，如图1所示。通过验证，软件的计算结果与手工计算的结果相一致。

图1 空气预热器漏风率计算软件主界面

3 实例计算与分析

为了量化新旧标准在计算空气预热器漏风率时的差别，利用计算软件，分别计算4台不同等级的三分仓空气预热器漏风率。同时，按不同的计算方法求其漏风率，采用的原始数据(烟气中未考虑SO2,NO等)，如表2所示。具体的计算结果，如表3所示。

表2 原始试验数据

表3 空气预热器漏风率计算结果

由表3可知，采用新标准计算得到的空气预热器漏风率较接近，但均略微大于旧版标准的计算结果，有可能是在当前环境下，对旧标准中经验系数90的取值偏小，使工况2的偏差相对较大，主要原因是在旧标准的简化计算中，未考虑CO，而在工况2的烟气成分中，CO含量相对较高。

4 测试过程中的注意事项

(1)在烟气成分测试时，应严格按照网格法或多代表点法布置测点，结合现场烟道结构，选取合适的测量位置，测点数值要具有代表性。

(2)在试验过程中，机组负荷、过量空气系数应尽可能稳定，若烟气成分的波动较大，应延长测量时间，间隔若干秒读数1次，连续读数时间至少2个波动周期，取其算术平均值[7-8]。

(3)烟气分析仪器测量的烟气成分通常为干成分，在式(7)烟气密度计算中，采用的是湿烟气组分，计算前，需要通过式(10)进行干、湿烟气组分的换算。

5 结 语

根据理论分析和试验结果，比较了新旧标准中计算漏风率的异同，并基于VB语言，编制了空气预热器漏风率的计算程序。与GB10184-1988相比较，在GB10184-2015中，计算空气预热器漏风率时，需要测量烟气成分、煤质特性、灰渣特性、环境参数等项目，试验工作量相对较大，但更全面更严谨。

在GB10184-2015中，考虑了煤质特性、灰渣特性、环境参数、烟气成分等多种因素，漏风率略微大于GB10184-1988的计算结果，计算过程虽复杂，但结果更为精确，而GB10184-88中的简化计算方法，可用于日常检测中的快速估算。