空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)的分析與應(yīng)用

蘇 陽(yáng)，叢星亮，陳 劍

(國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院，安徽 合肥 230601)

0 概 述

空氣預(yù)熱器是發(fā)電機(jī)組中重要的輔機(jī)設(shè)備，并得到了廣泛的應(yīng)用。空氣預(yù)熱器可利用高溫?zé)煔饧訜峥諝?，?qiáng)化了燃燒過(guò)程，減少了不完全燃燒的損失，同時(shí)，可降低排煙溫度，提高鍋爐效率。空氣預(yù)熱器的運(yùn)行狀態(tài)直接影響著鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性[1-3]。在發(fā)電機(jī)組大修前后，需測(cè)試空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率。對(duì)于運(yùn)行中的機(jī)組，應(yīng)每天監(jiān)測(cè)空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率，并將其作為一項(xiàng)主要的經(jīng)濟(jì)考核指標(biāo)[4]。

在我國(guó)，對(duì)空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，一直延用GB10184-1988(電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程[5])，簡(jiǎn)稱(chēng)為舊版標(biāo)準(zhǔn)。在2015 年發(fā)布了GB10184-2015(電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程)[6]，簡(jiǎn)稱(chēng)為新版標(biāo)準(zhǔn)。執(zhí)行新版標(biāo)準(zhǔn)后，從原則上代替了舊版標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)以舊版標(biāo)準(zhǔn)和新版標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算方法和試驗(yàn)為例，發(fā)現(xiàn)新舊標(biāo)準(zhǔn)在計(jì)算空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率上存在差別?，F(xiàn)利用Visual Basic(VB)語(yǔ)言，編制了計(jì)算空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率的程序，以4臺(tái)三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，分別按新舊標(biāo)準(zhǔn)的要求，計(jì)算空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率，并分析兩者的差異及其原因。

1 計(jì)算方法

1.1 舊版標(biāo)準(zhǔn)

在舊版標(biāo)準(zhǔn)的附錄K中，將空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率AL定義為漏入空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)的空氣質(zhì)量與進(jìn)入該煙道的煙氣質(zhì)量之比率，計(jì)算公式為：

(1)

在舊版標(biāo)準(zhǔn)中，并沒(méi)有給出煙氣量的計(jì)算公式，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，常用漏風(fēng)系數(shù)進(jìn)行換算，換算關(guān)系為：

(2)

式(2)中：α′、α″分別是空氣預(yù)熱器進(jìn)、出口煙道過(guò)量空氣系數(shù)，系數(shù)取90，為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在一般情況下，過(guò)量空氣系數(shù)α，可由式(3)簡(jiǎn)化計(jì)算。

(3)

式(3)中：O2為氧氣體積分?jǐn)?shù)，%。

從而可推算漏風(fēng)率AL：

(4)

式(4)中：O2′、O2″分別是空氣預(yù)熱器進(jìn)、出口煙氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)，%。

1.2 新版標(biāo)準(zhǔn)

在新版標(biāo)準(zhǔn)的8.6節(jié)中，列出的空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率計(jì)算公式為：

(5)

式(5)中：ηlg.AH為空預(yù)器的漏風(fēng)率，%；

ωfg.AH.en為空氣預(yù)熱器進(jìn)口煙氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

ωfg.AH.lv為空氣預(yù)熱器出口煙氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

ωfg.AH按式(6)計(jì)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(chǎn)生煙氣體積，m3/kg。

ρfg.AH按式(7)計(jì)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?jǐn)?shù)，%，其合計(jì)值應(yīng)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(jì)算公式為：

(9)

煙氣成分的數(shù)值，通常是由煙氣分析儀測(cè)得干煙氣中O2、CO2、CO、SO2等體積分?jǐn)?shù)，需轉(zhuǎn)化成濕煙氣成分，再計(jì)算煙氣密度。以O(shè)2的成分計(jì)算為例，其轉(zhuǎn)化公式為：

(10)

式(10)中：φd.O2為干煙氣中O2體積分?jǐn)?shù)。

對(duì)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(jì)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(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。ωc.b是實(shí)際燃燒掉的碳占入爐燃料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%，計(jì)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(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。ωc.rs.m是灰渣平均可燃物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

Vfg.d.th.cr的計(jì)算公式為：

(14)

ωN.ar是入爐燃料(收到基)中元素氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

1.3 漏風(fēng)率試驗(yàn)測(cè)量參數(shù)

在新版標(biāo)準(zhǔn)中，鍋爐空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率試驗(yàn)所需的測(cè)量參數(shù)較舊版標(biāo)準(zhǔn)有較大差異，具體包括了幾個(gè)方面。(1)煙氣成分分析，包括空氣預(yù)熱器進(jìn)口處和出口處的煙氣成分。(2)原煤收到基工業(yè)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(huán)境參數(shù)的測(cè)量，包括當(dāng)?shù)卮髿鈮毫at、環(huán)境溫度ta和相對(duì)濕度ha.re。由此可見(jiàn)，新版標(biāo)準(zhǔn)與舊版標(biāo)準(zhǔn)相比，新版標(biāo)準(zhǔn)中空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率試驗(yàn)所需的測(cè)量項(xiàng)目更多，也更全面。新舊版標(biāo)準(zhǔn)中要求的試驗(yàn)測(cè)試項(xiàng)目，如表1所示。

表1 試驗(yàn)測(cè)試項(xiàng)目

2 漏風(fēng)率的計(jì)算程序

根據(jù)理論分析及計(jì)算準(zhǔn)則，采用VB計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，編寫(xiě)了空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率計(jì)算程序。在計(jì)算程序中，分別建立了輸入和輸出模塊，僅需輸入?yún)?shù)變量及相關(guān)工程變量(煙氣成分、煤質(zhì)特性及飛灰爐渣比例等參數(shù))，通過(guò)軟件自動(dòng)計(jì)算，即可在輸出板塊中呈現(xiàn)計(jì)算參數(shù)及漏風(fēng)率的計(jì)算結(jié)果?？諝忸A(yù)熱器漏風(fēng)率計(jì)算軟件的主界面，如圖1所示。通過(guò)驗(yàn)證，軟件的計(jì)算結(jié)果與手工計(jì)算的結(jié)果相一致。

圖1 空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率計(jì)算軟件主界面

3 實(shí)例計(jì)算與分析

為了量化新舊標(biāo)準(zhǔn)在計(jì)算空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率時(shí)的差別，利用計(jì)算軟件，分別計(jì)算4臺(tái)不同等級(jí)的三分倉(cāng)空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率。同時(shí)，按不同的計(jì)算方法求其漏風(fēng)率，采用的原始數(shù)據(jù)(煙氣中未考慮SO2,NO等)，如表2所示。具體的計(jì)算結(jié)果，如表3所示。

表2 原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率計(jì)算結(jié)果

由表3可知，采用新標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到的空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率較接近，但均略微大于舊版標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算結(jié)果，有可能是在當(dāng)前環(huán)境下，對(duì)舊標(biāo)準(zhǔn)中經(jīng)驗(yàn)系數(shù)90的取值偏小，使工況2的偏差相對(duì)較大，主要原因是在舊標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)化計(jì)算中，未考慮CO，而在工況2的煙氣成分中，CO含量相對(duì)較高。

4 測(cè)試過(guò)程中的注意事項(xiàng)

(1)在煙氣成分測(cè)試時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照網(wǎng)格法或多代表點(diǎn)法布置測(cè)點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)煙道結(jié)構(gòu)，選取合適的測(cè)量位置，測(cè)點(diǎn)數(shù)值要具有代表性。

(2)在試驗(yàn)過(guò)程中，機(jī)組負(fù)荷、過(guò)量空氣系數(shù)應(yīng)盡可能穩(wěn)定，若煙氣成分的波動(dòng)較大，應(yīng)延長(zhǎng)測(cè)量時(shí)間，間隔若干秒讀數(shù)1次，連續(xù)讀數(shù)時(shí)間至少2個(gè)波動(dòng)周期，取其算術(shù)平均值[7-8]。

(3)煙氣分析儀器測(cè)量的煙氣成分通常為干成分，在式(7)煙氣密度計(jì)算中，采用的是濕煙氣組分，計(jì)算前，需要通過(guò)式(10)進(jìn)行干、濕煙氣組分的換算。

5 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)理論分析和試驗(yàn)結(jié)果，比較了新舊標(biāo)準(zhǔn)中計(jì)算漏風(fēng)率的異同，并基于VB語(yǔ)言，編制了空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率的計(jì)算程序。與GB10184-1988相比較，在GB10184-2015中，計(jì)算空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率時(shí)，需要測(cè)量煙氣成分、煤質(zhì)特性、灰渣特性、環(huán)境參數(shù)等項(xiàng)目，試驗(yàn)工作量相對(duì)較大，但更全面更嚴(yán)謹(jǐn)。

在GB10184-2015中，考慮了煤質(zhì)特性、灰渣特性、環(huán)境參數(shù)、煙氣成分等多種因素，漏風(fēng)率略微大于GB10184-1988的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算過(guò)程雖復(fù)雜，但結(jié)果更為精確，而GB10184-88中的簡(jiǎn)化計(jì)算方法，可用于日常檢測(cè)中的快速估算。