鍋爐空氣預熱器設備漏風的在線監(jiān)控與診斷研究

陳偉崇

（廣西壯族自治區(qū)特種設備檢驗研究院，廣西 南寧 530022）

鍋爐空氣預熱器是鍋爐尾部煙道中熱交換的節(jié)能設備，通過受熱面將進入鍋爐前的空氣預熱到一定溫度，是一種用于提高鍋爐的熱交換性能，降低能量消耗的設備。空氣預熱器漏風是常見的故障，不僅改變設計的熱力性能，還危及鍋爐部件的安全運行，更會增大鍋爐的排煙熱損失，降低鍋爐能耗，增加經(jīng)濟運行成本。因此，及時發(fā)現(xiàn)空氣預熱器的漏風情況，及時采取相關措施修復，降低鍋爐運行風險，減少鍋爐熱耗損。本文通過對空氣預熱器進、出口的O2含量和溫度進行在線監(jiān)控，在不停爐情況下，實現(xiàn)對漏風故障的診斷，并計算漏風率，制定科學的維修方案，及時修復，為鍋爐安全和經(jīng)濟運行提供準確的數(shù)據(jù)測量，具有較高的實用價值。

1 空氣預熱器進出口氧氣含量監(jiān)控

在鍋爐的尾部煙道，可燃物已經(jīng)燃燒完全，在沒有漏風的情況下，空氣預熱器進出口出的O2含量不會發(fā)生變化，通過對空氣預熱器進口和出口O2含量變化，可以判斷漏風情況，實現(xiàn)實時在線監(jiān)控，本文實例為一個煙道截面為6000×2000mm的循環(huán)流化床。

在尾部煙道，空氣預熱器最上一排受熱面上500mm處，采用煙道截面網(wǎng)格法測量空氣預熱器進口O2含量，進行多組采樣，并對每組數(shù)據(jù)進行加權取平均值，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉換繪制煙道O2分布圖（圖1）。整個煙道的O2分布比較符合燃燒后的煙氣流場分布規(guī)律，煙道中間為燃燒中心排放的煙氣，O2含量較低達到3%左右；煙道四周為燃燒中心區(qū)域外排放的煙氣，O2含量比較高達到6%。

圖1 空氣預熱器進口處O2含量分布圖

經(jīng)過空氣預熱器之后，在最后一排受熱面之后500mm處，同樣采用煙道截面網(wǎng)格法測量O2含量，進行多組采樣，并對每組數(shù)據(jù)進行加權取平均值，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉換繪制煙道O2分布圖（圖2）。煙道中間O2含量突然升高，達到12%，四周反而較低達到8%。

圖2 空氣預熱器出口處O2含量圖

空氣預熱器進、出口處O2含量分布梯度對比差別較低，空氣預熱器進口處O2含量是從煙道中間向四周升高，呈對稱分布，變化范圍在2.4%～6.7%，平均值為5.12%；經(jīng)過空氣預熱器之后，煙道內煙氣的O2含量是中間分別向四周降低，且變化范圍為7.87%～12.63%，平均值為8.79%；與進口分布出現(xiàn)反常，不符合煙氣流場正常的分布規(guī)律，說明該空氣預熱器出現(xiàn)漏風情況，漏進來的空氣提升煙道中間O2的含量，而且在測量處漏風還未擾動均勻。從測量的數(shù)據(jù)，可以診斷漏風區(qū)域為煙道中心（坐標：1100mm，1000mm）附近，空預器漏風率為20.45%。

2 空氣預熱器進出口溫度監(jiān)控

在鍋爐的尾部煙道，空氣預熱器的作用是通過換熱裝置把煙氣的熱量轉移到空氣，本文的例子采用的是管式空氣預熱器，其主要傳熱部件是薄壁鋼管，煙氣順著鋼管上下通過預熱器，空氣則橫向通過預熱器，完成熱量傳導。

在尾部煙道，空氣預熱器最上一排受熱面上500mm處，采用煙道截面網(wǎng)格法測量空氣預熱器進口溫度，進行多組采樣，并對每組數(shù)據(jù)進行加權取平均值，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉換繪制煙道溫度圖（圖3）。整個煙道的溫度分布比較符合燃燒后的煙氣溫度場分布規(guī)律，煙道中間為燃燒中心排放的煙氣，溫度較高，達到200℃，四周逐漸降低到190℃左右。

圖3 空預器進口處煙氣溫度分布圖

經(jīng)過空氣預熱器后，在最后一排受熱面后500mm處，同樣采用煙道截面網(wǎng)格法測量溫度，進行多組采樣，并對每組數(shù)據(jù)進行加權取平均值，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉換繪制煙道溫度圖（圖4）。煙道中間溫度突然減低，達到90℃，四周反而較高，右側達到110℃。

圖4 空預器出口處煙氣溫度分布圖

對空氣預熱器進、出口處煙氣溫度梯度進行對比，在空氣預熱器前，煙氣溫度是從中間分別向四周降低，呈對稱分布，變化范圍是197～207℃；經(jīng)過空氣預熱器后，煙道的溫度是由中間區(qū)域向四周降低，且右側比左側高的分布狀態(tài)，不符合煙氣溫度場正常的分布規(guī)律，說明該空氣預熱器出現(xiàn)漏風情況，漏進來的空氣混合煙氣后，降低煙道中心的溫度。

3 結語

本文通過實例在線監(jiān)控空氣預熱器前后的O2含量和溫度分布情況，可以實現(xiàn)在不停爐的情況下，診斷空氣預熱器的漏風情況，并且可以計算出漏風率，不僅降低診斷成本，而且可以診斷出漏風位置，制定出更加科學的維修方案，及時修復，節(jié)約鍋爐運行成本，提高運行效率。