锅炉空气预热器设备漏风的在线监控与诊断研究

2021-06-25陈伟崇

中国设备工程 2021年11期

陈伟崇

（广西壮族自治区特种设备检验研究院，广西南宁 530022）

锅炉空气预热器是锅炉尾部烟道中热交换的节能设备，通过受热面将进入锅炉前的空气预热到一定温度，是一种用于提高锅炉的热交换性能，降低能量消耗的设备。空气预热器漏风是常见的故障，不仅改变设计的热力性能，还危及锅炉部件的安全运行，更会增大锅炉的排烟热损失，降低锅炉能耗，增加经济运行成本。因此，及时发现空气预热器的漏风情况，及时采取相关措施修复，降低锅炉运行风险，减少锅炉热耗损。本文通过对空气预热器进、出口的O2含量和温度进行在线监控，在不停炉情况下，实现对漏风故障的诊断，并计算漏风率，制定科学的维修方案，及时修复，为锅炉安全和经济运行提供准确的数据测量，具有较高的实用价值。

1 空气预热器进出口氧气含量监控

在锅炉的尾部烟道，可燃物已经燃烧完全，在没有漏风的情况下，空气预热器进出口出的O2含量不会发生变化，通过对空气预热器进口和出口O2含量变化，可以判断漏风情况，实现实时在线监控，本文实例为一个烟道截面为6000×2000mm的循环流化床。

在尾部烟道，空气预热器最上一排受热面上500mm处，采用烟道截面网格法测量空气预热器进口O2含量，进行多组采样，并对每组数据进行加权取平均值，经过数据转换绘制烟道O2分布图（图1）。整个烟道的O2分布比较符合燃烧后的烟气流场分布规律，烟道中间为燃烧中心排放的烟气，O2含量较低达到3%左右；烟道四周为燃烧中心区域外排放的烟气，O2含量比较高达到6%。

图1 空气预热器进口处O2含量分布图

经过空气预热器之后，在最后一排受热面之后500mm处，同样采用烟道截面网格法测量O2含量，进行多组采样，并对每组数据进行加权取平均值，经过数据转换绘制烟道O2分布图（图2）。烟道中间O2含量突然升高，达到12%，四周反而较低达到8%。

图2 空气预热器出口处O2含量图

空气预热器进、出口处O2含量分布梯度对比差别较低，空气预热器进口处O2含量是从烟道中间向四周升高，呈对称分布，变化范围在2.4%～6.7%，平均值为5.12%；经过空气预热器之后，烟道内烟气的O2含量是中间分别向四周降低，且变化范围为7.87%～12.63%，平均值为8.79%；与进口分布出现反常，不符合烟气流场正常的分布规律，说明该空气预热器出现漏风情况，漏进来的空气提升烟道中间O2的含量，而且在测量处漏风还未扰动均匀。从测量的数据，可以诊断漏风区域为烟道中心（坐标：1100mm，1000mm）附近，空预器漏风率为20.45%。

2 空气预热器进出口温度监控

在锅炉的尾部烟道，空气预热器的作用是通过换热装置把烟气的热量转移到空气，本文的例子采用的是管式空气预热器，其主要传热部件是薄壁钢管，烟气顺着钢管上下通过预热器，空气则横向通过预热器，完成热量传导。

在尾部烟道，空气预热器最上一排受热面上500mm处，采用烟道截面网格法测量空气预热器进口温度，进行多组采样，并对每组数据进行加权取平均值，经过数据转换绘制烟道温度图（图3）。整个烟道的温度分布比较符合燃烧后的烟气温度场分布规律，烟道中间为燃烧中心排放的烟气，温度较高，达到200℃，四周逐渐降低到190℃左右。

图3 空预器进口处烟气温度分布图

经过空气预热器后，在最后一排受热面后500mm处，同样采用烟道截面网格法测量温度，进行多组采样，并对每组数据进行加权取平均值，经过数据转换绘制烟道温度图（图4）。烟道中间温度突然减低，达到90℃，四周反而较高，右侧达到110℃。

图4 空预器出口处烟气温度分布图

对空气预热器进、出口处烟气温度梯度进行对比，在空气预热器前，烟气温度是从中间分别向四周降低，呈对称分布，变化范围是197～207℃；经过空气预热器后，烟道的温度是由中间区域向四周降低，且右侧比左侧高的分布状态，不符合烟气温度场正常的分布规律，说明该空气预热器出现漏风情况，漏进来的空气混合烟气后，降低烟道中心的温度。