关于空气预热器漏风测定方法的探讨

全国火电大机组（600MW级）竞赛第十二届年会论文集锅炉本体及辅机53关于空气预热器漏风测定方法的探讨孙宝华黄振康（天津国华盘山发电有限责任公司生产技术部）摘要：本文对国标GB10184－88附录K中的空气预热器漏风率简便测试方法进行了论述，提出了影响空气预热器漏风率计算公式中系数的因素，同时结合实际煤种制定了另一种空气预热器漏风率简便测试方法。关键词：空气预热器；漏风率；测试方法1引言空气预热器漏风率测试是锅炉机组大小修前后必须进行的项目，由于空气预热器出入口没有足够的直管段，而且尺寸巨大，用测量烟风量的方法求得漏风率显然太难。国标GB10184－88附录K推荐的用漏入干空气量比入口干空气量乘以90，表示空气预热器漏风率的方法，因其简便，得到广泛的应用。但是，空气量与烟气量之间的数量关系，因煤的组成不同而不同，所以推荐的方法原理上欠妥。出于对国标的尊重，通常认为，有90这个乘数（常数）可能使结果符合不同煤种，并有较高精度。因为盘山电厂新空气预热器漏风率考核在即，出于求实选择了不同煤种进行乘数90的验证，验证的结果见表1、表2，最大为94.6，最小为86.2，误差较大，证明了根本原因在于原理上欠妥。误差大，方法再简单也失去意义。于是经推理，验算推出了稍为复杂，但理论上站得住，且仍不失简单的方法。在推理过程中发现长期以来，一直广泛应用的空气量、烟气量等等的综合计算体系，忽略了自然界的最基本的定理，即质量守恒定理，究其原因仅仅是两个自相矛盾的设定。当然，解决了矛盾问题就迎刃而解。2误差的原因分析2.1附件的主要内容要分析原因，首先要了解附件。空气预热器漏风率，为漏入空气预热器烟气侧的空气质量与进入该烟道的烟气质量之比率，即100100'''yyyyklmmmmmA（1）或者100100'''ykkyklmmmmmA（2）式中:全国火电大机组（600MW级）竞赛第十二届年会论文集锅炉本体及辅机54lA……漏风率，％；'ym、ym……分别为烟道进出口处烟气质量，kg/kg；km……漏入空气预热器烟气侧的空气质量，kg/kg；'km、km……分别为空气预热器进出口空气质量，kg/kg；kg/kg……表示相对每公斤煤的，本文所有的计算空气、烟气体积、质量都是相对每公斤煤而言的。同时测定相应烟道进出口烟气的三原子气体（RO2）体积含量的百分率，并按经验公式计算9022'2ROROROAl（3）式中：'2RO、2RO……相应烟道进、出口烟气中三原子气体（2RO）体积百分率，并推出漏风率系数的换算。90''lA（4）2.2误差分析附录对漏风率定义的介质是空气和烟气。按俗成约定的行规，只要不冠以“干”字，空气就是包含水蒸汽的湿空气，烟气就是含水蒸汽的湿烟气。公式1、2正确地表达了定义。在公式4中，如果以100取代90，表达了干空气的漏风率，因为过量空气系数的定义为：ogkgkVV（5）式中：gkV……按燃烧产物计算的实际干空气量kgmn/3ogkV……完全燃烧所需的理论干空气量kgmn/3同样是干空气，体积比等同于质量比，所以)'(，再乘以100％，可算出干空气的漏风率。的求得，靠的是分析干烟气中的RO2的百分数，运用RO2max/RO2=求得空气预热器出入口的和'，然后算出干空气的漏风率。RO2max称作CO2最大值，即理论干烟气（＝1）中RO2的体积百分数。RO2max在公式的推导中被约去。公式4的方法，一是可以不取煤样，不做煤分析和烟气成分计算；二是也可用氧分析求得干空气漏风率。因而方便、简单。为了便于探讨，用k代替90，于是有：'ykmmk（6）当等式两边有关空气部分，均以具体质量的形式，可以表达成'')1(ykkogkkogkkogkmdVVVk（7）式中：k……干空气密度1.293kg/3nmkd……空气的绝对湿度，即每公斤干空气携带的水蒸汽量kg/kg。kd可用风机入口的干湿球温度计读数查线算图求得，一般取用0.01kg/kg。……出入口过量空气系数的差值。全国火电大机组（600MW级）竞赛第十二届年会论文集锅炉本体及辅机55等式左边的含义为漏入空气预热器的干空气量与入口干空气量之比再乘以k；等式右边的含义为漏入空气预热器的空气量与入口烟气量之比。等式两边消去kogkV，整理可得：''01.1ykogkmVk（8）有了式8，可以方便的探讨干空气漏风率代替烟气漏风率是否合理与误差大小。2.2.1合理性探讨比较分子、分母的计算公式有无不相关的因素，就知是否合理。2.2.1.1理论干空气量计算ararararogkOHSCV0333.0265.0)375.0(089.0（9）式中arC、arS、arH与arO分别为收到基碳、硫、氢和氧的质量百分数。kogkV'……入口干空气质量，只和上述4种元素有关。2.2.1.2烟气体积计算OgkOHogysyVVVV)1('2（10）式中：ogyV……理论干烟气量kgmn/3OHV2……水蒸汽量kgmn/3ogyV＝)375.0(100866.1ararSC＋0.79arogkNV1008.0（11）式中arN……收到基氮％]293.1100)9[(24.12kogkararOHdVMHV（12）式中：Mar……收到基全水分％2.2.1.3烟气质量计算oHoHkogkNNsosococoyvvvvvm22222222)1(''式中2cov、2co二氧化碳体积kgmn/3和密度1.9643/nmkg2sov、2so二氧化硫体积kgmn/3和密度2.8573/nmkg2Nv、2N氮体积kgmn/3和密度1.253/nmkgoHv2、oH2水蒸气体积kgmn/3和密度0.8043/nmkg全国火电大机组（600MW级）竞赛第十二届年会论文集锅炉本体及辅机562.2.1.4对比与结论简而言之，烟气的质量为煤的除去灰分以外的质量，以及为燃烧而提供的湿空气质量之和；而湿空气质量仅为烟气质量的一部分。两者比值因煤质不同，以及过剩空气系数不同而有较大的变化范围，不可能有固定的相关系数。没有固定的相关系数而用干空气漏风率的90％代替烟气漏风率缺乏合理性。2.2.2误差分析这是一个实践问题。为了便于对比，分别在无烟煤、贫煤、烟煤和褐煤之中，各选两个矿点数据，一种水分含量一般，另一种水分含量较高，共8组数据进行K值计算，汇总成表1、表2。表1烟煤、贫煤、褐煤成分对比表Mar%Aar%Car%Har%O%Nar%Sar%V0gkm3n/kgV0gym3n/kgVH20m3n/kgmkkg/kgmykg/kgk%京西无烟煤5.022.867.91.72.00.40.26.4346.3540.40112.18312.9494.1淄博贫煤4.322.664.83.11.61.02.66.6226.4670.55312.53913.25694.6神木烟煤168.6760.63.4310.190.790.325.9745.8590.68911.31212.19892.7广丰褐煤22.025.735.23.212.61.10.23.5683.4860.7136.7567.49890.1Mar——收到基全水分%上表计算中过量空气系数α取1.45，dk取0.01kg/kg,mk为含水蒸汽的空气质量，mk=αV0gk*1.293*（1+dk），表中k值表明，仅有褐煤k值接近90，其余煤种都有较大的误差，最大值为贫煤，k=94.6。全国火电大机组（600MW级）竞赛第十二届年会论文集锅炉本体及辅机57表2无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤成分对比表arM%arA%arC%arH%arO%arN%arS%ogkVkgmn/3ogyVkgmn/3kmkgkg/mykg/kgk%焦作焦东无烟煤14.1718.6862.002.381.650.770.356.1055.98811.16211.93593.5新密芦沟贫煤7.815.7170.542.911.651.080.317.0056.86112.80513.60794.1抚顺老虎台烟煤26.818.9550.024.007.070.830.325.4655.2509.99210.86891.7扎赉诺尔、灵泵褐煤37.116.9937.780.6414.952.340.193.0413.1275.5596.46786.2上表计算中＝1.40，dk取0.01kg/kg。表中k值表明，当褐煤中水分较大，k值出现负差值3.8％（90－86.2）在当今市场经济条件下，空气预热器的漏风率已成为一个考核指标。附录推荐的方法，在无烟煤、贫煤和烟煤煤种的考核中，90这个系数对卖方有利，而在褐煤的考核中，有时对买方有利。因此有必要找出一种对买卖双方都公平而且简便的方法。2.3简便算法附录的方法主要的问题是抛开煤的分析，因而产生较大的误差。新的简便算法一定要与煤的分析相联系。煤的成分分成两种：工业分析和元素分析。工业分析几乎每个电厂都能做，即做出水分、灰分、挥发分以及发热量。元素分析比较复杂，但对于锅炉大、小修前后效率试验仍是必不可少的，计算中仍离不开烟气分析求得的空气预热器入口、出口的'和。简便方法的理论基础是质量守恒。在燃烧过程中，除了灰分以外，其余煤的物质都以气相进入烟气之中，因此烟气质量＝空气量＋除去灰分的煤的质量，用公式表示：100)100()1('arkkogkyAdVm（14）漏入的空气质量)1()('kkogkkdVm（15）漏风率全国火电大机组（600MW级）竞赛第十二届年会论文集锅炉本体及辅机58100100)100()1()1()(''arogkogklAdVdVAkkkk（16）2.3.1简便算法1当有煤的元素分析时，可用式9算出理论空气量ogkV，用烟气分析求得'和，以及灰分Aar，代入式16求得。在未做kd测量时，可取0.01。2.3.2简便算法2当仅有工业分析时，可用10000kJ低位发热量需干空气2.633nm取代ogkV计算。在当kd取0.01时，100)100(01.163.21000001.163.210000)(.'.'arnetarknetarlAQQAk（17）式中netarQ.――煤的收到基低位发热量，kJ/kg低位发热量与理论空气量存在正比关系，对不同的煤种，误差在1％左右。2.3.3探讨简便算法中发现的问题如果延用了几十年的计算体系是完整、严密的，那么用式14计算的烟气量与式13计算的结果应该相等，也就是说“烟气质量－空气质量＝除去灰分后的煤的质量”成立。事实并非如此，下面仍以焦作等四个煤矿的数据加以说明。表3焦作、新密、抚顺、扎赉诺尔四个煤矿质量计算对比表焦作新密抚顺扎赉诺尔计算而得烟气质量（kg/kg）11.93513.60710.8686.467计算而得空气质量（kg/kg）11.16212.8059.9925.559烟气空气质量差所得去灰煤质量（kg/kg）0.7730.8020.8760.908煤的实际去灰后质量100100arA（kg/kg）0.8130.8430.9110.930计算去灰煤质量/实际去灰煤质量0.9470.9510.9620.976从表3结果看，烟气与空气的质量差均小于煤的实际的去灰质量，而且相差较大。如此差值不能用计算误差来解释，应分析原因。包括国际在内的传统的计算方法，理论基础是碳、氢、氧、氮、硫均采用元素周期表中的原子量，气体的克分子体积均为22.4升。但是前苏联与中国对空气做全国火电大机组（600MW级）竞赛第十二届年会论文集锅炉本体及辅机59了成分规定，21％空气体积为氧，79％空气体积为氮；同时又规定密度为1.2933/nmkg。然而问题恰出在有关空气的两个相互矛盾的规定。按照克分子体积计算空气的加数平均分子量应为84.2810032212