基于空预器热平衡原理的锅炉炉膛漏风测试计算研究

方军庭

(安徽开放大学培训学院 安徽合肥 230022)

炉膛漏风是造成锅炉排烟温度升高的重要因素之一[1-2]。机组运行中炉膛维持微负压状态，冷风在炉膛负压作用下漏入炉膛，造成锅炉排烟温度上升，排烟热损失升高，锅炉热效率下降，机组煤耗升高，炉膛漏风影响机组安全性与经济性[3-6]。传统的炉膛漏风测试有基本正压法和烟道阻力负压外推法，均存在着安装测点多、测试方法复杂、测试结果精度差等特点[7-10]，因此基于空预器热平衡原理提出测试计算锅炉炉膛漏风的新方法。

1 传统测试方法

1.1 基本正压法

对于负压运行的炉膛，冷风的绝对漏入量只取决于炉膛负压水平，与锅炉负荷无关。当炉膛处于正压状态时，即可完全消除炉膛漏风，此时参与燃烧的风量均为“有组织”入炉风量。此时炉膛出口的过量空气系数与“有组织”入炉风量的过量系数相等，与相同负荷、相同送风量下正常负压工况下炉膛出口过量空气系数对比，即可得到该负荷工况下的炉膛漏风系数。

基本正压法试验过程中要求维持两试验工况下锅炉负荷不变和“有组织”入炉风量（送风量）不变，但在实际的正压试验过程中，将造成汽温变动、大量炉内烟气外逸，试验的稳定工况条件维持困难，造成入炉燃料量和送风量波动，试验结果精度不足。

1.2 烟道阻力负压外推法

烟道阻力负压外推法是由前苏联首创。在锅炉负荷和“有组织”入炉风量不变的条件下，炉膛压力和尾部烟道阻力之间存在着线性关系，通过不同炉膛负压工况下的试验，绘出炉膛压力与烟道阻力的函数图，再将直线外推延长至正压区域，得到正压工况下的烟道阻力，此方法需进行多个负压工况才能得到较好的函数图。

2 热平衡法基本原理

在锅炉稳定运行工况下，利用空预器烟气侧放热量与空气侧吸热量相同的热平衡原理[11-12]。根据输入的炉膛漏风量，分别计算空预器烟气侧放热量与空气侧吸热量，当烟气侧放热量与空气侧吸热量相等时，可根据此时输入的炉膛漏风量计算炉膛漏风率。即

式（1）中：Qfg.AH为空预器烟气侧放出热量，单位为kJ/h；Qa.AH为空预器空气侧吸收热量，单位为kJ/h。

2.1 空预器烟气侧放热量计算

空预器烟气侧放热量由通过空预器的纯烟气放出热量与烟气中飞灰放出热量构成，即

式（2）中：Qfg.AH.s为空预器纯烟气放出热量，单位为kJ/h；Qrs为烟气中飞灰放出热量，单位为kJ/h。

通过空预器的纯烟气放出热量Qfg.AH.s的计算如下：

式（3）中：Cfg.AH.en为空预器进口烟气比热容，单位为kJ/(kg·℃)；Cfg.AH.lv为空预器出口烟气比热容，单位为kJ/(kg·℃)；mfg.AH.en为空预器进口烟气质量，单位为t/h；tfg.AH.en为空预器进口烟气温度，单位为℃；tfg.AH.lv为空预器出口烟气温度，单位为℃。

空预器进口烟气质量mfg.AH.en由空预器一、二次风出口的热风质量、进入制粉系统的冷一次风质量、去除灰分的燃煤质量以及炉膛漏风量组成：

式（4）中：mp.AH.lv为空预器出口热一次风质量，单位为t/h；ms.AH.lv空预器出口热二次风质量，单位为t/h；mp.m为进入磨煤机冷一次风质量，单位为t/h；qm.f为锅炉稳定工况下燃煤量，单位为t/h；Aar为燃煤灰分，单位为%；ma.lt为炉膛漏风量，单位为t/h。空预器出口热一次风质量、热二次风质量、进入磨煤机冷一次风质量均来源于机组在线测量数据，燃煤量来自机组稳定工况下燃煤量；燃煤灰分来自燃用煤种工业分析参数。

通过空预器的烟气中飞灰放出热量的计算如下：

式（5）中：Crs为飞灰比热容，单位为kJ/(kg·℃)；灰渣比取9∶1，故乘以0.9。

2.2 空预器空气侧吸热量计算

空预器空气侧吸收热量由通过空预器的一次风、二次风吸热量以及漏入烟气侧冷风吸热量组成，即

式（6）中：Qp.AH为空预器一次风吸热量，单位为kJ/h；Qs.AH为空预器二次风吸热量，单位为kJ/h；Qlg.AH为漏入烟气侧冷风吸热量，单位为kJ/h。

空预器一次风吸热量Qp.AH、二次风吸热量Qs.AH、漏入烟气侧冷风吸热量Qlg.AH计算如下：

式（7）中：Cp.AH为空预器一次风平均比热容，单位为kJ/(kg·℃)；mp.AH.lv为空预器出口一次风质量，单位为t/h；tp.AH.lv为空预器出口一次风温度，单位为℃；tp.AH.en为空预器进口一次风温度，单位为℃。

式（8）中：Cs.AH为空预器二次风平均比热容，单位为kJ/(kg·℃)；ms.AH.lv为空预器出口二次风质量，单位为t/h；ts.AH.lv为空预器出口二次风温度，单位为℃；ts.AH.en为空预器进口二次风温度，单位为℃。空预器出口一、二次风质量、进出口风温来自机组在线测量数据，空预器一、二次风平均比热容根据空预器进出口风温计算得出。

式（9）中：Clg.AH为空预器漏风平均比热容，单位为kJ/(kg·℃)；mlg.AH为空预器漏风质量，单位为t/h；ta.AH.en为空预器进口平均风温，单位为℃。空预器进口平均风温根据空预器进口一、二次风温度及设计一、二次风比例计算得出。

空预器漏风质量根据空预器进口烟气质量及空预器漏风率计算如下：

式（10）中：mfg.AH.en为空预器进口烟气质量，单位为t/h；ηlg.AH为空预器漏风率，单位为%。空预器漏风率根据空预器进出口氧量计算得出，空预器进出口氧量由试验测点实际测量得出。

2.3 计算流程

根据空预器热平衡原理迭代计算锅炉炉膛漏风率流程具体见图1。

图1 热平衡法炉膛漏风测试计算流程

3 实例计算

某电厂660 MW机组锅炉型号为DG2086/25.4—Ⅱ，该锅炉为一次中间再热、变压运行，带内置式汽水分离器启动系统，固态排渣、单炉膛平衡通风、Π型布置、全钢构架悬吊结构、露天布置超临界直流锅炉。为研究炉膛漏风对排烟温度影响的情况，应用热平衡法计算该锅炉的炉膛漏风率，计算数据见表1。当炉膛漏风量在10.09 t/h 时，迭代计算出的空预器烟气侧放热与空气侧吸热的热平衡差值为-521 kJ/h，热平衡差值绝对值已小于1 000 kJ/h，可以认为此时已达到热平衡，即当前负荷工况下炉膛漏风量为10.09 t/h，炉膛漏风率为0.4%。

表1 热平衡法炉膛漏风测试计算实例

4 结语

应用空预器热平衡法进行锅炉漏风测试计算，能够有效计算出炉膛漏风率，该测试方法在稳定工况下进行，无须对炉膛负压进行调整，对锅炉运行无扰动；测试计算数据均来自运行参数和常规性能试验测点测试数据，测试与计算过程简便。