空气预热器不同部位漏风对锅炉效率的影响

刘君

摘要：空气预热器漏风率是衡量空气预热器设计和运行经济性能完善程度的一项重要指标。电站锅炉空气预热器的漏风不仅影响锅炉空气预热器出口排烟温度，还会使锅炉空气预热器出口过量空气系数增加，进而影响锅炉效率。此外，在锅炉机组大修前、后的热效率试验和锅炉新机组的性能验收试验中，都需将锅炉效率试验条件修正到设计保证条件下，以便与设计条件下的锅炉热效率进行对比，来考察锅炉机组的设计和运行性能。因此研究空气预热器漏风率变化对锅炉排烟温度、锅炉出口过量空气系数及锅炉效率的影响和修正计算对于目前火电机组节能潜力的挖掘具有重要意义。基于此，本文主要对空气预热器不同部位漏风对锅炉效率的影响进行分析探讨。

关键词：空气预热器；不同部位漏风；锅炉效率；影响

1、前言

空气预热器是火力发电厂主要辅助设备之一，它利用锅炉出口烟气的余热加热锅炉燃烧所需空气。空气预热器工作在烟气温度最低区域，通过回收锅炉出口烟气的热量，降低了排烟温度，从而提高了锅炉效率。同时，由于空气被加热，强化了炉膛内燃料的着火和燃烧过程，减少了燃料不完全燃烧热损失，从而进一步提高锅炉的效率。

2、空气预热器漏风率变化对锅炉效率的影响

空气预热器的漏风通过影响空气预热器出口过量空气系数和锅炉排烟温度来影响锅炉效率。由于GB10184-88规定锅炉系统出口边界为空气预热器出口界面，故锅炉效率的计算须依据空气预热器出口过量空气系数和排烟温度两个参数。因此，空气预热器漏风率变化对锅炉效率的影响和修正计算应首先从漏风率变化对锅炉排烟温度和过量空气系数的影响和修正计算着手。

2.1漏风系数变化对排烟温度的影响

空气预热器位于锅炉的尾部烟道，其漏风系数的变化会直接影响排烟温度和烟气量。对于空气预热器的冷端和热端，漏风系数的变化对其影响是不同的。对冷端而言，漏风影响排烟温度，同时会增加引风机电耗，而对于空气预热器热端而言，漏风系数变化不仅影响排烟温度，而且影响烟气余热的利用，造成一部分热量有被利用直接排到大气中，从而使锅炉效率下降。所以，空气预热器漏风对于锅炉效率的影响应该分开其热端和冷端分别研究。

空气预热器热端漏风热力过程变化的特点是：烟气侧漏风量与原基准下的漏风量相比变化不大，由此假设烟气在空气预热器中流动时，传热特性保持不变。空气侧漏风的变化量较小，传热特性也可以认为基本保持不变。所以，由于漏风导致的空气预热器热端与冷端烟气温度的下降一致.

2.2对排烟温度的修正

大容量锅炉机组普遍采用回转式空气预热器，由于其烟气侧受引风机的抽吸作用，烟气侧的压力处于微负压状态；而其空气侧受送风机的影响，压力远高于烟气侧，所以在回转式空气预热器中，空气不可避免的会漏入烟气侧。通常在空气预热器动静间隙相同的条件下，由于空气预热器冷端空气与烟气处的压力差和空气密度远大于空气预热器热端，因此，冷端处的漏风量要远高于热端处的漏风量，故在忽略其他部位漏风的情况下，认为空气预热器的漏风只发生在冷端。

由于空气预热器冷端漏风只是单纯的冷却烟气，没有参与换热，故漏风冷却机理可理解为：漏风从压力高的空气测漏到压力低的烟气侧，使烟气侧总的烟气量增加，同时锅炉排烟温度被漏入的冷空气冷却，使空气预热器排烟温度降低。在运行中，当空气预热器漏风率发生变化后，空气冷却烟气的强度发生变化，排烟温度也会随着发生改变，因此当空气预热器漏风率偏离基准值或设计保证值时，需对空气预热器排烟温度进行修正计算。修正到设计保证漏风率或基准条件下的空气预热器烟气出口过量空气系数为：

3、实例分析

3.1煤种特性资料

某发电有限责任公司1号锅炉是某锅炉厂制造，属超高压单汽包、集中下降管、自然循环、一次中间再热、固态排渣煤粉锅炉。锅炉采用直流燃烧器，四角布置切圆燃烧方式。制粉系统采用中速磨煤机正压直吹式系统。其主要煤种参数如表1。

表1主要煤种参数

3.2排烟热损失的计算

以选定机组设计工况下的数值为基准值，计算和分析排烟热损失的变化值。其中设计工况下的排烟温度为θ0py=140.1℃，环境温度t0=20℃。计算结果如表2。

表2排烟热损失计算结果

3.3漏风系数变化对锅炉效率的影响

空气预热器热端空气温度θrf=338℃，烟气温度θry=375℃。表明当空气预热器的冷端和热端的漏风系数变化相同的值时，热端锅炉效率的变化大于冷端，即锅炉效率降低较多，这说明空气预热器热端漏风对锅炉效率的影响大于冷端漏风的影响。这主要是因为当空气预热器的冷端漏风时，使得排烟温度降低，从而降低锅炉效率。而当空气预热器的热端漏风时，不仅使得排烟温度降低，同时被烟气加热后温度升高的空气没有进入炉膛参与燃烧而直接漏入到烟气侧，使得一部分热量被浪费掉，从而导致锅炉效率的下降值更大，所以空气预热器的热端漏风对锅炉效率的影响大于冷端漏风。

在实际中，空气预热器热端的径向膨胀量大于冷端，同时考虑转子重量的影响，转子会产生蘑菇状变形，导致热端扇形板与转子之间的间隙增大，漏风量加大。由于空气预热器的变形，使转子上端出现漏风区，该漏风区的漏风量将近占空气预热器漏风总量的一半。同时，在热态运行过程中，空气预热器的热端扇形板与径向密封片之间会发生严重的磨损现象，也会增大漏风量。所以在运行中应该对空气预热器的热端漏风给予足够重视。

5、结论

通过以上分析计算可知，空气预热器漏风对锅炉效率有影响，其中热端漏风对锅炉效率的影响大于冷端漏风。冷热端漏风都会增加送风机、引风机的出力，同时降低锅炉效率，热端漏风不仅增加引风机电耗，加剧受热面磨损，还会大大降低锅炉出力，所以空气预热器热端漏风更应该引起足够的重视。

在实际运行中，可以通过以下措施来降低热端漏风：首先要确保转子垂直度，如果转子不垂直，就不能保证扇形板、弧形板在同一密封面上；其次，可以安装漏风自动控制系统，安装漏风控制系统后，运行时漏风控制系统可以根据转子变形量的多少，来控制自动提升或下放扇形板外端，使密封间隙始终保持在设定的范围内，从而可以对漏风进行自动控制，降低热端漏风对锅炉效率的影响。

总之，通过空气预热器漏风率变化偏离基准值对锅炉效率的修正计算表明，当计及空气预热器漏风率变化对锅炉排烟温度的影响时，锅炉效率随空气预热器漏风率的增大而增大。在分析空气预热器漏风率变化对锅炉效率的影响时，必须考虑漏风率变化对锅炉排烟温度的影响，在锅炉效率试验和锅炉性能验收试验的锅炉效率修正计算中也必须考虑漏风率变化对锅炉效率的影响，由此得到的锅炉效率值才能更加真实反映锅炉的实际运行经济性能。提出的空气预热器漏风率变化对锅炉排烟温度、过量空气系数及锅炉效率的修正计算方法为定量分析空气预热器漏风率变化对锅炉效率的影响及准确评价锅炉机组的运行经济性能提供了一种有效的方法，也进一步促进了当前锅炉机组节能潜力的有效挖掘。

参考文献：

［1］王艳红，李勇．基于GB10184-88的ASMEPTC4-1998煤粉锅炉热效率的简化算法［J］．锅炉技术，2013，44（3）：8～10．

［2］李勇，王艳红，张炳文．基于不同标准的锅炉热效率及发电标准煤耗率修正方法［J］．动力工程学报，2012，32（4）：274～280．