周新剛,郝衛(wèi)東,石 忠
(1.山東電力研究院,山東 濟(jì)南 250002;2.華能沾化熱電有限公司,山東 沾化 256800)
容克式三分倉(cāng)空氣預(yù)熱器漏風(fēng)一直是電廠存在的一個(gè)棘手問(wèn)題,漏風(fēng)率過(guò)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(jī)出力增大,廠用電增加,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響機(jī)組的帶負(fù)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(jìn)行空預(yù)器漏風(fēng)率測(cè)試,而且每月都要對(duì)空預(yù)器漏風(fēng)率進(jìn)行自測(cè),并將其作為一項(xiàng)主要的經(jīng)濟(jì)考核指標(biāo)。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(jì)算方法。
ASME PTC4.3是由美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)(American Society of Mechanical Engineers)頒布的空氣預(yù)熱器性能試驗(yàn)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(shí)給出了空預(yù)器出入口煙氣量的計(jì)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?dú)獾娜莘e百分?jǐn)?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(shí)際燒掉的碳質(zhì)量,kg/kg。
從式(1)~(4)可看出,ASME PTC4.3計(jì)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(biāo)的體現(xiàn),雖然計(jì)算過(guò)程復(fù)雜繁瑣,但其結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
GB10184-88為我國(guó)機(jī)械電子工業(yè)部1998年頒布的電站鍋爐性能試驗(yàn)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(jìn)入該煙道的煙氣質(zhì)量之比,用公式(5)計(jì)算。
式中:my′、my″分別為空預(yù)器進(jìn)、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(duì)比式 (1)和式 (5)可知,ASEM PTC4.3與GB10184-88(附錄K)中對(duì)空預(yù)器漏風(fēng)率的定義完全相同,但GB10184-88(附錄K)沒(méi)有給出煙氣量的計(jì)算公式。為了簡(jiǎn)化計(jì)算,在常規(guī)試驗(yàn)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(jìn)出口處煙氣過(guò)量空氣系數(shù),由式(7)計(jì)算得到。
一般情況下,將式(7)簡(jiǎn)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(wú)煙煤的系數(shù)K
圖2 燃用褐煤的系數(shù)K
英國(guó)Howden集團(tuán)為創(chuàng)立于1854年的世界上最大、歷史最長(zhǎng)的風(fēng)機(jī)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(dòng);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(jì)。Howden公司針對(duì)其空預(yù)器結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特點(diǎn),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(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(guò)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(shí)在計(jì)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。
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(hào)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(jì)燃用晉東南貧煤。該爐配兩臺(tái)容克式三分倉(cāng)空氣預(yù)熱器,在不同負(fù)荷下,分別用不同方法求其漏風(fēng)率,具體結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 計(jì)算結(jié)果比較
由表1可看出:(1)Howden方法的計(jì)算結(jié)果最小,主要是由于其漏風(fēng)按干空氣計(jì)算,并且考慮了煙氣攜帶;(2)在電負(fù)荷300 MW、240 MW和180 MW工況下,四種計(jì)算方法的偏差分別在0.45%、0.47%和0.50%以內(nèi),可見(jiàn),四種計(jì)算方法的結(jié)果偏差隨負(fù)荷變化較??;(3)在電負(fù)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(yàn)系數(shù)90,故常規(guī)試驗(yàn)中應(yīng)用GB10184-88(附錄K)經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算結(jié)果略小。
ASME PTC4.3的計(jì)算復(fù)雜繁瑣,但其計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠;GB10184-88(附錄K)中的經(jīng)驗(yàn)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(yàn),計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單,實(shí)用性強(qiáng),同時(shí)可滿足常規(guī)試驗(yàn)的要求;Howden方法為企業(yè)自身開(kāi)發(fā)的計(jì)算方法,不作為其余廠家空預(yù)器漏風(fēng)率計(jì)算的依據(jù),若要使用,必須得到電廠、空預(yù)器廠家和試驗(yàn)單位的認(rèn)可。
GB10184-88(附錄K)公式中系數(shù)90為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),其隨燃用煤種和空預(yù)器入口過(guò)量空氣系數(shù)的變化而變化。