鍋爐本體漏風(fēng)對(duì)鍋爐熱效率的影響

綦明明，劉 武，肖 靜，冷 杰

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006；2.國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司四平供電公司，吉林 四平 136000；3.華潤(rùn)東北電力工程有限公司，遼寧 錦州 121006）

鍋爐本體漏風(fēng)對(duì)鍋爐熱效率的影響

綦明明1，劉 武2，肖 靜3，冷 杰1

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006；2.國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司四平供電公司，吉林 四平 136000；3.華潤(rùn)東北電力工程有限公司，遼寧 錦州 121006）

鍋爐本體漏風(fēng)會(huì)使鍋爐排煙熱損失升高，鍋爐熱效率降低。通過(guò)鍋爐熱效率計(jì)算的方式來(lái)分析鍋爐系統(tǒng)漏風(fēng)對(duì)基準(zhǔn)溫度、理論煙氣量及排煙溫度的影響，進(jìn)而分析其對(duì)鍋爐熱效率的影響，并針對(duì)現(xiàn)代大型鍋爐常見漏風(fēng)原因提出解決方案。

鍋爐；漏風(fēng)；熱效率

計(jì)算鍋爐熱效率普遍采用反平衡熱損失法，對(duì)于國(guó)內(nèi)大型鍋爐，通常采用ASME PTC 4.1鍋爐性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)或我國(guó)電力行業(yè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 10184—1988。無(wú)論采用何種方法，其中對(duì)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(duì)于提高鍋爐效率和電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。

1 ASME PTC 4.1鍋爐性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中排煙熱損失計(jì)算方法

目前國(guó)內(nèi)新建大型火電機(jī)組投產(chǎn)前必須進(jìn)行鍋爐熱效率考核，通常選用ASME PTC 4.1為考核標(biāo)準(zhǔn)，因此本文采用該規(guī)程中的計(jì)算方法進(jìn)行分析。

計(jì)算干煙氣熱損失LG′公式如下：

式中 WG′——單位質(zhì)量燃料產(chǎn)生的干煙氣質(zhì)量，kg／kg；

CpG′——干煙氣的平均比熱，kJ／（m3·K）；

tG——離開機(jī)組的煙氣溫度，℃；

tRA——基準(zhǔn)溫度，℃。

干煙氣的平均比熱在鍋爐燃燒煤質(zhì)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(zhì)量燃料產(chǎn)生的干煙氣質(zhì)量及排煙溫度與基準(zhǔn)溫度的差決定。當(dāng)鍋爐系統(tǒng)不嚴(yán)密存在漏風(fēng)的情況下，以上3個(gè)重要參數(shù)都會(huì)受到影響，使排煙熱損失升高，鍋爐熱效率降低，發(fā)電煤耗增加。因此，運(yùn)行中必須控制鍋爐漏風(fēng)率。

1.1 漏風(fēng)量增加導(dǎo)致煙氣量增加

單位質(zhì)量燃料產(chǎn)生的干煙氣質(zhì)量WG′計(jì)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(zhì)量燃料燃燒C的質(zhì)量，kg／kg；

［S］——S的質(zhì)量百分比，%。

由式（2）可見，單位質(zhì)量燃料產(chǎn)生的干煙氣質(zhì)量由煙氣成分決定。當(dāng)鍋爐過(guò)量空氣系數(shù)達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)值時(shí)燃料充分燃燒，燃燒產(chǎn)生的CO很少，可忽略不計(jì)，這種情況下，單位質(zhì)量燃料燃燒的C和產(chǎn)生的CO2質(zhì)量保持一定，此時(shí)鍋爐漏風(fēng)量增加，伴隨著CO2等煙氣產(chǎn)物排出機(jī)組，以單位質(zhì)量燃料計(jì)算的煙氣量將增加。

1.2 漏風(fēng)量增加導(dǎo)致基準(zhǔn)溫度降低

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

式中 G——鍋爐總通風(fēng)量，t／h；

G1——鍋爐一次風(fēng)通風(fēng)量，t／h；

G2——鍋爐二次風(fēng)通風(fēng)量，t／h；

∑Gl——鍋爐本體各處漏風(fēng)量之和，t／h。計(jì)算鍋爐熱效率時(shí)，如果鍋爐系統(tǒng)沒有明顯漏風(fēng)點(diǎn)或漏風(fēng)量不大，∑Gl可以忽略，但當(dāng)鍋爐系統(tǒng)存在明顯漏風(fēng)點(diǎn)，且漏風(fēng)量較大的情況下，通過(guò)漏風(fēng)進(jìn)入系統(tǒng)的空氣量較大，此時(shí)∑Gl不能忽略。

當(dāng)鍋爐系統(tǒng)存在較大漏風(fēng)時(shí)，基準(zhǔn)溫度的計(jì)算應(yīng)考慮漏風(fēng)，采用如下公式：

式中 t1、t2——進(jìn)入鍋爐系統(tǒng)的一次風(fēng)溫和二次風(fēng)溫，℃；

tl——鍋爐本體各處漏風(fēng)的平均溫度，℃。

根據(jù)ASME PTC 4.1對(duì)于鍋爐系統(tǒng)邊界的劃分，進(jìn)行鍋爐效率試驗(yàn)時(shí)一次風(fēng)溫與二次風(fēng)溫通常采用一次風(fēng)機(jī)與送風(fēng)機(jī)的出口溫度?？諝馔ㄟ^(guò)風(fēng)機(jī)葉片時(shí)能量增加，其表現(xiàn)不僅是動(dòng)能增加，溫度也會(huì)相應(yīng)提高10～20℃，即進(jìn)入鍋爐系統(tǒng)的空氣溫度要比環(huán)境溫度高10～20℃。

因此，當(dāng)鍋爐系統(tǒng)存在漏風(fēng)時(shí)，進(jìn)入系統(tǒng)的空氣將有一部分接近環(huán)境溫度，應(yīng)用式（4）計(jì)算基準(zhǔn)溫度時(shí)，tRA會(huì)比不存在漏風(fēng)的情況低。通過(guò)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鍋爐系統(tǒng)漏風(fēng)量達(dá)到總風(fēng)量的10%時(shí)，基準(zhǔn)溫度tRA將比不存在漏風(fēng)的情況低2℃左右。

1.3 漏風(fēng)量增加導(dǎo)致排煙溫度升高

排煙溫度對(duì)排煙熱損失的影響很大，鍋爐效率取決于其燃燒效率、結(jié)構(gòu)損失和其它損失，鍋爐本體漏風(fēng)屬于結(jié)構(gòu)損失［1］。當(dāng)鍋爐本體存在漏風(fēng)時(shí)，爐膛原有設(shè)計(jì)配風(fēng)方式被破壞，爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)變形，火焰中心位置改變，使排煙溫度上升，甚至可能導(dǎo)致結(jié)焦等［2-5］。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，爐膛漏風(fēng)系數(shù)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(fēng)常見原因及改善方案

2.1 干式除渣鍋爐爐底漏風(fēng)

干式除渣是現(xiàn)代大型鍋爐中采用的一種新技術(shù)，利用爐膛負(fù)壓將冷風(fēng)從鍋爐底部吸入爐膛以冷卻爐渣，其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約水資源，但可能增加鍋爐本體漏風(fēng)，尤其當(dāng)燃用易結(jié)焦的煤質(zhì)時(shí)，為了對(duì)爐渣或焦塊進(jìn)行充分冷卻必須開大除渣機(jī)的冷風(fēng)門，增加冷風(fēng)量，而增加的這部分冷風(fēng)對(duì)于鍋爐實(shí)質(zhì)上是以漏風(fēng)的形式進(jìn)入鍋爐系統(tǒng)，這將使鍋爐系統(tǒng)基準(zhǔn)溫度降低，爐內(nèi)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(xiàn)本體漏風(fēng)量大的現(xiàn)象。運(yùn)行中，對(duì)爐渣能夠保證正常冷卻效果的情況下，要將干式除渣機(jī)的風(fēng)門開度控制在最小。

2.2 鍋爐本體人孔門和窺視孔關(guān)閉不嚴(yán)密導(dǎo)致的漏風(fēng)

人孔門是鍋爐系統(tǒng)檢修時(shí)便于檢修人員通過(guò)的裝置，窺視孔是鍋爐正常運(yùn)行時(shí)觀察火焰燃燒情況的裝置，二者在鍋爐運(yùn)行時(shí)都不能長(zhǎng)時(shí)間開啟，鍋爐各處人孔門和窺視孔在使用之后應(yīng)關(guān)閉嚴(yán)密，以減少漏入鍋爐系統(tǒng)的空氣量。鍋爐運(yùn)行人員應(yīng)及時(shí)關(guān)閉人孔門和窺視孔，并注意檢查是否關(guān)閉嚴(yán)密。

3 結(jié)束語(yǔ)

鍋爐本體漏風(fēng)將導(dǎo)致鍋爐系統(tǒng)基準(zhǔn)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(jī)組煤耗增加。當(dāng)燃料穩(wěn)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(fēng)，提高鍋爐熱效率對(duì)電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。

［1］ 王 然.電廠燃煤鍋爐結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)改造趨勢(shì)分析［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2014，11（5）：76-78.

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

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［5］ 高繼錄，程善勤，祝志福，等.300 MW褐煤鍋爐嚴(yán)重結(jié)焦原因分析及治理措施［J］.東北電力技術(shù)，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(jié)能、環(huán)保技術(shù)研究工作。

2014-08-12）