容克式三分倉空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率計算方法

周新剛，郝衛(wèi)東，石 忠

（1.山東電力研究院，山東 濟南 250002；2.華能沾化熱電有限公司，山東 沾化 256800）

0 引言

容克式三分倉空氣預(yù)熱器漏風(fēng)一直是電廠存在的一個棘手問題，漏風(fēng)率過大一方面使排煙量增大，排煙熱損失增加，鍋爐熱效率降低；另一方面使風(fēng)機出力增大，廠用電增加，嚴重時還會影響機組的帶負荷能力。目前，省內(nèi)各發(fā)電廠不僅在大修前后要協(xié)同研究院進行空預(yù)器漏風(fēng)率測試，而且每月都要對空預(yù)器漏風(fēng)率進行自測，并將其作為一項主要的經(jīng)濟考核指標。為了使空預(yù)器漏風(fēng)率的數(shù)據(jù)可靠有效，必須選擇合適的計算方法。

1 方法介紹

1.1 國外ASME PTC4.3

ASME PTC4.3是由美國機械工程師協(xié)會（American Society of Mechanical Engineers）頒布的空氣預(yù)熱器性能試驗規(guī)程，其中規(guī)定空預(yù)器漏風(fēng)率AL為漏入煙氣側(cè)的空氣質(zhì)量與空預(yù)器入口的煙氣質(zhì)量之比，如式（1）所示，同時給出了空預(yù)器出入口煙氣量的計算公式，如（2）～（4）式中所示［1］。

式中：WG14為空預(yù)器入口煙氣質(zhì)量，kg/kg燃料；WG15為空預(yù)器出口煙氣質(zhì)量，kg/kg燃料；WG14為空預(yù)器入口干煙氣質(zhì)量，kg/kg燃料；WG15為空預(yù)器出口干煙氣質(zhì)量，kg/kg燃料；WmG為煙氣中水蒸氣質(zhì)量，kg/kg；WA′為所需的空氣質(zhì)量，kg/kg；WmA′為所需空氣中的水蒸氣質(zhì)量，kg/kg；mf為燃料中的水汽化生成的水蒸氣質(zhì)量，kg/kg；Wz為霧化蒸汽量，kg/kg；CO2、O2、CO、N2分別為干煙氣中的二氧化碳、氧氣、一氧化碳和氮氣的容積百分數(shù)；S、H、N分別為燃料的收到基硫、收到基氫和收到基氮含量，%；Cb為實際燒掉的碳質(zhì)量，kg/kg。

從式（1）～（4）可看出，ASME PTC4.3計算的空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率涉及到燃煤的元素分析、環(huán)境溫度、濕度、大氣壓力、飛灰含碳量、爐渣含碳量和煙氣成分等，為綜合指標的體現(xiàn)，雖然計算過程復(fù)雜繁瑣，但其結(jié)果準確可靠。

2.2 國內(nèi)GB10184-88（附錄K）

GB10184-88為我國機械電子工業(yè)部1998年頒布的電站鍋爐性能試驗規(guī)程，在附錄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)量與進入該煙道的煙氣質(zhì)量之比，用公式（5）計算。

式中：my′、my″分別為空預(yù)器進、出口處煙氣質(zhì)量，kg/kg；Δmk為漏入空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)的空氣質(zhì)量，kg/kg。

對比式 （1）和式 （5）可知，ASEM PTC4.3與GB10184-88（附錄K）中對空預(yù)器漏風(fēng)率的定義完全相同，但GB10184-88（附錄K）沒有給出煙氣量的計算公式。為了簡化計算，在常規(guī)試驗中，多應(yīng)用式（6）所示的漏風(fēng)率與漏風(fēng)系數(shù)的換算關(guān)系式。

式中：α″、α′分別為空預(yù)器進出口處煙氣過量空氣系數(shù)，由式（7）計算得到。

一般情況下，將式（7）簡化為

式中：O2為干煙氣中氧氣的體積含量百分率，%。

圖1 燃用煙煤、貧煤和無煙煤的系數(shù)K

圖2 燃用褐煤的系數(shù)K

2.3 Howden算法

英國Howden集團為創(chuàng)立于1854年的世界上最大、歷史最長的風(fēng)機制造廠商，也是第一家與Fredrik Ljungstrom合資建立生產(chǎn)發(fā)電行業(yè)用回轉(zhuǎn)再生式空預(yù)器的專業(yè)化公司，其空預(yù)器采用豪頓VN專利技術(shù)，V代表空預(yù)器豎直布置，N代表空預(yù)器密封隔板不可調(diào)，主要內(nèi)容為：空預(yù)器轉(zhuǎn)子豎直布置，中心驅(qū)動；徑向和軸向密封隔板不可調(diào)；徑向和軸向密封為“雙密封”；密封間隙和密封片形狀為最優(yōu)設(shè)計。Howden公司針對其空預(yù)器結(jié)構(gòu)和運行特點，由空預(yù)器入口煙氣、出口煙氣、攜帶煙氣、直接漏風(fēng)和攜帶漏風(fēng)的氧氣體積流量平衡關(guān)系推導(dǎo)出空預(yù)器漏風(fēng)率計算公式，如式（11）所示。

式中：O2，out、O2，in分別為空預(yù)器出口、入口干煙氣的氧氣體積含量百分率，%，ρg為標準溫度、壓力下的煙氣密度，kg/m3；k為空預(yù)器入口煙氣的含濕量，kg/kg。

由式（11）的推導(dǎo)過程可知，Howden算法的空預(yù)器漏風(fēng)率為漏入空預(yù)器的干空氣質(zhì)量與空預(yù)器入口煙氣質(zhì)量的比值，同時在計算中考慮了攜帶煙氣質(zhì)量，這些均有別于ASME PTC4.3和GB10184-88（附錄K）方法。

3 實例計算

某電廠鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司制造的亞臨界自然循環(huán)、單爐膛∏型布置、平衡通風(fēng)、一次中間再熱、固態(tài)排渣燃煤爐，型號為HG-1025/17.5-PM32。制粉系統(tǒng)采用正壓直吹式、四角切園燃燒，設(shè)計燃用晉東南貧煤。該爐配兩臺容克式三分倉空氣預(yù)熱器，在不同負荷下，分別用不同方法求其漏風(fēng)率，具體結(jié)果見表1。

表1 計算結(jié)果比較

由表1可看出：（1）Howden方法的計算結(jié)果最小，主要是由于其漏風(fēng)按干空氣計算，并且考慮了煙氣攜帶；（2）在電負荷300 MW、240 MW和180 MW工況下，四種計算方法的偏差分別在0.45%、0.47%和0.50%以內(nèi)，可見，四種計算方法的結(jié)果偏差隨負荷變化較小；（3）在電負荷300 MW、240 MW和180 MW工況下，修正系數(shù)K分別為92.6、92.8和93.5，均高于經(jīng)驗系數(shù)90，故常規(guī)試驗中應(yīng)用GB10184-88（附錄K）經(jīng)驗公式的計算結(jié)果略小。

4 結(jié)論

ASME PTC4.3的計算復(fù)雜繁瑣，但其計算結(jié)果準確可靠；GB10184－88（附錄K）中的經(jīng)驗公式省去了煤質(zhì)元素分析、飛灰、大渣含碳量等因素的化驗，計算過程簡單，實用性強，同時可滿足常規(guī)試驗的要求；Howden方法為企業(yè)自身開發(fā)的計算方法，不作為其余廠家空預(yù)器漏風(fēng)率計算的依據(jù)，若要使用，必須得到電廠、空預(yù)器廠家和試驗單位的認可。

GB10184－88（附錄K）公式中系數(shù)90為經(jīng)驗數(shù)據(jù)，其隨燃用煤種和空預(yù)器入口過量空氣系數(shù)的變化而變化。