电站锅炉空气预热器性能计算及编程

冶金煤气锅炉空气预热器漏风率计算方法发表时间：2017-01-19T15:56:34.853Z 来源：《电力设备》2016年第22期作者：王小平[导读] 工程上主要依据国标GB /T 10184-1988《电站锅炉性能试验规程》附录K中提供的方法对锅炉空气预热器的漏风率进行测算。

(神华宁夏煤业集团有限责任公司烯烃一分公司 750411)摘要：工程上主要依据国标GB /T 10184-1988《电站锅炉性能试验规程》附录K中提供的方法对锅炉空气预热器的漏风率进行测算，该方法适用于煤粉锅炉，对于冶金煤气锅炉却并不适用。

对冶金煤气锅炉空气预热器漏风率的求解要点进行了分析，提出了适用于该类锅炉的空气预热器漏风率计算方法，结果可为冶金煤气锅炉空气预热器的漏风测试提供参考。

关键词：冶金煤气锅炉；预热器；漏风率计算0引言空气预热器漏风是影响锅炉运行经济性的主要因素之一，空气预热器的漏风率测试是锅炉机组大小修前后必须进行的项目。

目前，工程上主要依据GB /T 10184-1988《电站锅炉性能试验规程》对空气预热器的漏风率进行测算，国标GB /T 10184-1988在附录K中提供了空气预热器漏风率的计算方法，因其简便易行，故得到广泛的应用。

然而，该方法适用于传统的煤粉锅炉，对于冶金煤气锅炉却不适用。

冶金煤气的燃料成分及特性与燃煤有很大差异，且燃冶金煤气锅炉的相关燃烧计算有别于传统的燃煤锅炉，使得冶金煤气锅炉空气预热器漏风率的求解过程与常规燃煤锅炉有较大不同。

本文从空气预热器漏风率的定义出发，结合冶金煤气的燃料特性，提出了适用于冶金煤气锅炉的空气预热器漏风率计算模型。

采用该模型可以精确分析冶金煤气锅炉的空气预热器的漏风率，为该类锅炉空气预热器的性能测试提供参考，具有一定的实用意义。

1空气预热器漏风率定义及现有计算方法国标GB /T 10184-1988《电站锅炉性能试验规程》在附录中对空气预热器漏风率的测定与计算进行了补充说明，具体如下：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，按下式计算：2现有方法存在的问题目前，工程上通常根据经验公式(2)或公式(3)进行漏风率的测定，该方法所需测试项目少，简单易行，因此被广泛使用。

图1 空预器的传热方式热烟气自空预器上方的连接烟道进入转子，从空预器下方的连接烟道流出，冷空气则正好与之相反，从空预器下方进入转子，从上方流出。

回转式空预器的转子中安装有大量的波浪形薄钢板，一般称为蓄热片，如图图2 空预器蓄热片这些蓄热片在烟气侧较高的温度环境下完成蓄热，通过转子转动到达空气侧时，再对温度较低的空气进行放热，周而复始，空预器转子转动过程中实现了高温烟气向空气的连续热量传递。

回转式空预器在结构上属于逆流式换热器，传热效率高，可适应温差较大或者需要大量热量传递的场景。

显示了空预器各流体温度的变化方向。

大型空预器的空气侧通常还分成一次风和二次风两个分仓，甚至3个分仓（1个一次风仓和2个二次风仓）为方便分析，将空气侧按1个分仓看待，将一、二次风的参数综合起来取为1个等效参数。

烟、风进出口分别ASME PTC 4.3中的符号做出标记，其中烟气出口在作传热分析时本应该使用漏风稀释前的符号，现为简明且不致引起错误起见，本文用代替。

烟气侧的放热量为：其中为烟气进出口平均比热，为烟气流量。

空气侧的吸热量为：其中为空气进出口平均比热，为空气流量。

由于散热损失相比于传热量很小，可忽略不计，烟不论工质空预器内传递多少热量，热平衡都客观存在，传热量高则换热器在高水平上处于热平衡，传热量其中，K为换热元件的传热系数；传热面积；为传热温差，使用对数平均温差：空预器的传热量与烟气的放热量和空气的吸热量也是相等的，即：这两个方程联立就构成了空预器传热的方程组，其中共有10个变量：传热面积口温度、烟气出口温度G15、空气进口温度和空气进口温度是其使用的边界条件，也是确定的，即有，这两个参数即可以作为评价传热性能的指标。

如果在设计边界条件下实际空预器的排通过空预器的烟气流量氧量的影响而发生改变，这些改变都意味着空预器使用图3 空预器中各流体的温度变化方向中国设备工程 2024.02 （上）式中，D表示连杆长度，m，案例柴油机的。

第一部分 锅炉系统性能计算锅炉系统性能计算包括运行工况下的锅炉毛效率计算、煤耗量计算和空预器漏风及效率计算。

锅炉热力系统热平衡图如下所示。

一、输入输出法（正平衡法）效率1．燃料的输入热量（KJ/kg 燃料）燃料的输入热量包括燃料(煤)应用基低位发热量和燃料(煤)的物理显热。

rx yD W r Q Q Q += （1）式中：yDWQ ——燃料(煤)应用基低位发热量，KJ/kg 燃料 rx Q ——燃料(煤)的物理显热，KJ/kg 燃料。

由（2）式计算。

)(0t t C Q r r rx -= （2）式中：r C ——燃料的比热，KJ/kg.℃。

由（3）式计算。

r t ——燃料的温度，℃。

0t ——基准温度，℃。

1001868.4100100yy grr W W C C ⨯+-⨯= （3）式中：g r C ——煤的干燥基比热，KJ/kg.℃。

由（4）式计算。

y W ——燃料(煤)应用基水分，%。

)]100([01.0y r y h g r A C A C C -+= （4）式中：h C ——灰的比热，KJ/kg.℃。

由（5）式计算。

y A ——燃料(煤)应用基灰分，%。

r C ——可燃物质的比热，KJ/kg.℃。

由（5’）式计算。

h h t C 41002.571.0-⨯+= （5） )130)(13(1068.3784.06r r r t v C ++⨯+=- （5’）式中：h t ——灰的温度，℃。

r ν——燃料(煤)的可燃基挥发分，%。

2．锅炉热负荷（KJ/kg 燃料）BQ Q b b '= （6）)()()()()()("'"''gs bs pw gs bq bq zj zq zj zq zq zq gj gq gj gs gq gs b h h D h h D h h D h h D h h D h h D Q -+-+-+-+-+-=（7）式中，'bQ ——总锅炉热负荷 B ——燃料消耗量，T/hgs D ——省煤器给水流量，T/hgq h ——主蒸汽焓（炉侧），KJ/kg gs h ——给水焓，KJ/kggj D ——过热器减温水流量，T/h gj h ——过热器减温水焓，KJ/kg'zqD ——再热器入口蒸汽流量，T./h "zqh ——热再热汽焓（炉侧），KJ/kg 'zqh ——冷再热汽焓（炉侧），KJ/kg zj D ——再热器减温水流量，T/hzj h ——再热器减温水焓，KJ/kg bq D ——汽包饱和蒸汽抽出量，T/h bq h ——汽包饱和蒸汽焓，KJ/kg bs h ——汽包饱和水焓，KJ/kgpw D ——排污水流量，T/h3. 输入输出法效率（正平衡效率）：%1001，⨯=rbb Q Q η （8） 实用中，（8）用来计算实际燃煤消耗量B 和标准煤耗量B 0：h T Q Q B r b b/,1002'⨯=η （9）h T Q Q B r b b/,10002'0⨯=η （10）式中，2b η为由热损失法计算得到的锅炉效率，Q r0为标准煤的低位发热量：kg KJ Q r /292700=二、热损失法（反平衡法）效率1. 排烟热损失2q ，%10022⨯=rQ Q q （11） OH gy Q Q Q 2222+= （11’） 式中：gy Q 2——干烟气带走的热量，KJ/kg 燃料。

回转式空气预热器温度场自校正计算方法摘要：以火力电站锅炉三分仓回转式空气预热器为研究对象，通过分析微元内部流体和金属壁之间的热交换过程，建立了空预器微元的能量平衡和质量平衡方程。

开发了一种计算空气预热器温度场分布的自校正算法。

自校正算法的核心是在线辨识气体对流放热系数修正因子和金属携带热量增量修正因子，空气预热器温度场则是算法的输出。

与实际测点对比结果表明，算法精度较高，可满足空气预热器稳态运行监控的要求，对火力电站安全运行有潜在应用价值。

关键词：回转式空气预热器;自校正;三维图像;数值计算引言回转式空气预热器被广泛用于火力电站中提高锅炉热效率，但是在实际运行中，空气预热器存在低温腐蚀、积灰污染、漏风等问题，导致结构应力变化。

金属温度场的准确计算可量化径向隔板热弹性变形，进而帮助优化转子径向密封设计;流体温度场的准确计算可监控排烟温度是否低于露点，防止空气预热器腐蚀积灰程度扩大。

所以在线监测空气预热器内部流体温度分布及金属蓄热板温度分布是火电工业的急切需求。

一、空气预热器现状分析空气预热器现有温度测点位于入口和出口，无法探知空气预热器内部流体和金属温度分布。

若在空气预热器内部安装红外传感器、热电偶，成本较高，而且空气预热器内部是温度变化范围大，粉尘浓度高，且伴随有震动的环境，很容易造成传感器失灵甚至损坏。

故急需一种不在空气预热器内部添加新测点的实时空气预热器温度场分布测量技术。

文献[1]采用链式结构的集总参数模型对三分仓空气预热器进行建模，模型简便，计算速度快。

文献[2,3]利用相互耦合的能量方程和蓄热方程进行数值迭代以获得收敛解，但是该方法只能应用于稳态过程，当机组变负荷运行时，模型就会失效。

文献[4]采用解析法与数值法相结合的方法，该方法模型复杂，当系统参数发生变化时，鲁棒性较差。

本文以某300MW三分仓回转式空气预热器为对象结合实测数据进行研究，基于微元法建立了空气预热器传热的离散模型，该模型通过在线辨识参数使得模型能够自动适应空气预热器性能变化。

大型火力发电机组锅炉尾部加装烟气换热器探讨李长锁【摘要】探讨在锅炉尾部预热器后加装烟气换热器技术，可有效地利用锅炉排烟温度热焓，降低排烟温度热损失，并通过换热器提高凝结水焓值，实现机组整体热经济性。

同时，提出加装锅炉尾部烟气换热器技术以改变以往用水冷却烟气后进行脱硫的运行模式，达到提高脱硫效率、节约淡水资源、实现多赢的目的。

%This essay probes into the technique of equipping the preheater of the tail of the boiler with the GGH which can effectively make use of the thermal enthalpy of the flue gas temperature of the boiler to reduce the heat loss of the flue gas temperature as well as increasing the enthalpy ratio of the condensation water to improve the heat economy of the unit. Compared with the operational mode of desulfurization after water-cooling the gas, the GGH can both increase the efficiency of desulfurization and save the fresh water resource.【期刊名称】《重庆电力高等专科学校学报》【年(卷),期】2012(017)006【总页数】4页(P84-87)【关键词】锅炉;换热器;火力发电机组【作者】李长锁【作者单位】山东大唐东营发电厂筹建处,山东东营257091【正文语种】中文【中图分类】TK2240 引言我国目前电站锅炉的排烟温度一般在120℃左右，大量的热能随烟气排向大气，造成了较大的能量损失。

第19卷第6期电站系统工程Vol.19 No.6 2003年11月Power System Engineering Nov., 2003 文章编号：1005-006X(2003)06-0026-02410 t/h锅炉热平衡试验及其热效率计算Thermal Balance Test and Efficiency Calculation of 410t/h Utility Boiler武汉大学盛伟刘勇摘要：以某电厂410 t/h锅炉热平衡试验为例，说明热平衡试验及锅炉热效率计算中的方法以及应注意问题，并给出了计算实例。

关键词：热平衡；锅炉效率；Visual Basic 6.0中图分类号：TK222文献标识码：B1 试验概况某发电厂两台100 MW、410 t/h锅炉均为高压不带再热器的单汽包自然循环锅炉。

燃用山西贫煤。

2001年#2锅炉大修中，由于空气预热器（为管式空气预热器）严重磨损，漏风量大，需要实施抽管更换，同时对燃烧器喷口中心倾角进行调整，对主要辅机设备进行了大修。

为了比较大修前后锅炉性能，需要进行一次全面的锅炉热平衡性能试验。

这次热平衡试验的主要任务是：(1) 确定锅炉的热效率；(2) 确定锅炉的各项热损失；(3) 确定不同运行工况下的各项经济指标，制定合理的运行操作守则。

2 试验方法首先组织参与试验的相关人员熟悉锅炉设备的技术条件，运行特性，确认锅炉的主要及辅助设备运行完好。

同时，检查相关试验设备是否符合技术条件，以及保证参加试验人员熟练运用试验设备，防止由于人为因素造成的误差。

按照国标10184-88编制试验大纲。

由于确定输入热量时燃料量的测量相当困难，而且在输入热量以及有效利用热量的测量上常常会引入比较大的误差；另外，由于本次试验的主要任务之一是确定锅炉的各项热损失，因此，在锅炉的试验中，倾向于用反平衡方法计算锅炉热效率所需要的数据。

本次试验在锅炉的以下4种负荷下进行：①满负荷（及100 MW）工况下；②90 MW工况；③70 MW工况；④50 MW 工况；每种工况试验两次，如果前后两次试验数据相差较大，重新试验该工况。

本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：热力发电厂热管空气预热器的热力计算学院：电气工程学院专业：热能与动力工程班级：热能111学号： **********学生姓名：**指导教师：**2015年03 月30 日贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。

毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。

特此声明。

论文（设计）作者签名：日期：贵州大学毕业论文（设计）第 I 页目录摘要 ........................................................................................................................................... I II Abstract...................................................................................................................................... I V 第一章绪论 (1)1.1 背景和意义 (1)1.2 国内外热管研究进展 (2)1.3 热管的分类 (4)1.4 热管的工作原理及方式 (4)1.4.1虹吸式热管工作原理 (4)1.4.2重力热管工作原理 (5)1.4.3离心热管工作原理 (5)1.5 热管特性 (5)1.6 热管用途 (7)1.7 本文的主要内容及计算方法 (8)第二章热管空预器与传统空预器对比分析 (10)2.1 回转式空预器 (10)2.1.1 工作原理 (10)2.1.2 结构特点 (10)2.2 热管空预器 (11)2.2.1 工作原理 (12)2.2.2 结构特点 (12)2.3 管式空气预热器 (13)2.3.1 工作原理 (14)2.3.2 结构特点 (14)2.4 分析与小结 (15)贵州大学毕业论文（设计）第 II 页第三章空预器常规热力计算 (16)3.1 常规计算类型简介 (16)3.2 热管空气预热器理论基础 (16)3.3 常规计算基本参数 (19)3.4 传热计算 (20)3.4.1 常规计算步骤 (20)3.4.2 传热量、对数平均温差计算 (22)3.4.3 迎风面积、排数 (24)3.4.4 热侧、冷测及总传热系数计算 (25)3.4.5 热端传热面积 (29)3.4.6 管数计算 (29)3.4.7 热管压降计算 (29)3.5 热管强度计算 (31)3.6 本章小结 (32)第四章分析与结论 (33)参考文献： (35)致谢 (36)附录 (37)贵州大学毕业论文（设计）第 III 页热力发电厂热管空气预热器的热力计算摘要目前我国燃煤电站锅炉较常采用受热面回转式空气预热器，但是回转式空气预热器性能很容易受到漏风、腐蚀和堵灰的影响。

回转式空气预热器冷段结构特性名称符号单位计算公式及数据结果转子内径D n m按结构图纸10.32芯轴外径d w m按结构图纸 2.948预热器台数n—按锅炉整体设计2分隔仓数量n1—烟、风仓个11个，密封仓2个24烟气冲刷面积份额x y—按结构设计0.4583空气冲刷面积份额x k—按结构设计0.4583受热元件当量直径d dl m0.0076考虑传热元件占据面积的有效流通面积系数K yj—制造厂给定0.901考虑隔板、横挡板占据面积的有效流通面积系K gb—制造厂给定0.96装载受热元件的环形面积S m2π/4(D n2-d w2)76.8211烟气流通截面积F y m2nx y K yj K gb S60.91空气流通截面积F k m2nx k K yj K gb S60.91冷段高度h l m按结构设计0.3单位体积内受热面积C l m2/m3制造厂给定400冷段受热面积H l m20.95h1C1SK gb n16814.59回转式空气预热器热段结构特性名称符号单位计算公式及数据结果转子内径D n m按结构图纸10.32芯轴外径d w m按结构图纸 2.948预热器台数n—按锅炉整体设计2分隔仓数量n1—烟、风仓个11个，密封仓2个24烟气冲刷面积份额x y—按结构设计0.4583空气冲刷面积份额x k—按结构设计0.4583受热元件当量直径d dl m强化型蓄热板0.00932考虑传热元件占据面积的有效流通面积系数K yj—制造厂给定0.901考虑隔板、横挡板占据面积的有效流通面积系K gb—制造厂给定0.96装载受热元件的环形面积S m2π/4(D n2-d w2)76.8211烟气流通截面积F y m2nx y K yj K gb S60.91空气流通截面积F k m2nx k K yj K gb S60.91热段高度h r m按结构设计 1.9单位体积内受热面积C r m2/m3制造厂给定395热段受热面积H r m20.95h1C1SK gb n########计算用数据计算燃料消耗量B j kg/s B-(1-Q4/100)47.63炉膛出口过量空气系数a"1—给定 1.2尾部出口过量空气系数a py—给定 1.4炉膛漏风系数Δa1—见制粉系统计算0.05制粉系统漏风系数Δa zf—0.1空气预热器漏风系数Δa ky—0.12空气预热器冷段漏风系数Δa ky·l—0.06空气预热器热段漏风系数Δa ky·r—0.06保热系数φ%1-q5/(η+q5)0.998烟气总容积（标态）V y Nm3/kg a=1.34 6.6021理论空气量V 0Nm 3/kg4.5434水蒸气份额r H20a=1.340.101排烟温度θpy ℃按热平衡计算，159排烟焓I py kJ/kg 按θpy =159℃,a py =1.4查温焓表1542.5冷段入口空气温度（暖风器出口风温）t'℃按锅炉整体设计60冷段入口风量比β'—a"l-Δal-Δazf+Δaky=1.2-0.05-0.1-0.1 1.17冷段入口理论空气焓I 0k 'kJ/kg 按t'=60℃,查温焓表359.58冷段出口空气温度t"℃假定120冷段出口理论空气焓I 0k "kJ/kg 按t“=120℃,查温焓表721冷段出口风量比β"—β'-1/2Δa ky1.11冷段对流吸热量Q dk kJ/kg (β"+1/2*Δa k·l )(I 0k "-I 0k ')412.0188烟气入口焓I'y kJ/kg Q dx /φ+I py -Δa ky·l (I 0k "+I 0k ')/21922.93入口烟气温度θ'℃按a=1.34,I'y=1992.9kJ/kg查温焓表205θpj ℃1/2(θ'+θpy )182Θpj k θpj +273455平均空气温度t pj ℃1/2(t'+t")90T pj k t pj +273363大温差Δt d ℃θpy -t'99小温差Δt x ℃θ'-t"85传热温压Δt ℃因为Δtd/Δtx＝1.16＞1.7,为Δt=θpj -t pj 92烟气流速ωy m/s B j V y Θpj /273F y8.61空气流速ωk m/s B j V 0(β"+1/2Δaky·l)T pj /273F k 5.39t b ℃(xyθpj+xktpj)/(xy+xk)136Tb ktb+273409烟气对壁面放热系数a y W/(m 2·℃查图1.6×1.14×1.02×0.041290.07682受热面对空气放热系数a k W/(m2·℃查图1.6×1.12×1.02×0.027910.05102利用系数ξ—参考《原理》式13-271考虑非稳定换热的影响系数c —转速n=1.14r/min0.9传热系数K W/(m2·℃ξc/(1/xkak+1/xyay)0.012645冷段传热量Q ct kJ/kg KH1Δt/Bj 410.683偏差ΔQ%(Qct-Qdx)/Qdx×100-0.32421出口烟气温度（冷段入口烟温）θ"℃由预热器冷段热力计算205出口烟气焓I"y kJ/kg a=1.341922.9入口空气温度t'℃由预热器冷段热力计算120入口理论空气焓I 0k 'kJ/kg 按t“=120℃,查温焓表721出口空气温度t"℃第一次假定310出口理论空气焓I 0k "kJ/kg 按t“=310℃,查温焓表1892.9热段出口风量比β"—a"l -Δa 1-Δa zf 1.05热段漏风系数Δa hy·r —1/2Δa ky0.06热段空气对流吸热量Q dx kJ/kg (β"+1/2*Δa k·r )(I 0k "-I 0k ')1265.7烟气入口焓I'y kJ/kg I"y +Q dx /φ-Δa ky·r (I 0K "+I o k ')/23112.67入口烟气温度θ'℃按a=1.28,查温焓表338.7空气平均温度θpj℃1/2(t'+t")215回转式空气预热器热段校核热力计算回转式空气预热器冷段校核热力计算平均烟气温度传热元件平均壁温烟气平均温度t pj℃1/2(θ'+θ")271.85大温差Δt d℃θ"-t'85小温差Δt x℃θ'-t"28.7温压Δt℃(Δt d-Δt x)/ln(Δt d/Δt x)51.9烟气平均流速ωy m/s B j V j(θpj+273)/273F y10.30空气平均流速ωk m/s B j V0(β"+1/2Δaky·r)(t pj+273)/273F y 6.86传热元件平均壁温t b℃(x yθpj+x k t pj)/(x y+x k)243.425烟气对壁面的放热系数a y W/(m2·℃查图：1.6×1.05×1.0×0.046640.078355受热元件对空气的放热系数a k W/(m2·℃查图：1.6×0.95×1.0×0.033840.051437利用系数ξ—转速n=1.14r/min0.85考虑非稳定换热的影响系数c—参考《原理》式13-271传热系数K W/(m2·℃ξc/(1/x k a k+1/x y a y)0.012097热段传热量Q cr kJ/kg KH1Δt/B j1384.888偏差ΔQ%(Q cr-Q dx)/Q dx×1009.420947要求ΔQ≤2%，需重新假定出口空气温度第二次计算出口空气温度t"℃第二次假定330出口理论空气焓I0k"kJ/kg按t“=330℃,查温焓表2019.1热段空气对流吸热量Q dx kJ/kg(β"+1/2*Δa k·r)(I0k"-I0k')1401.9烟气入口焓I'y kJ/kg I"y+Q dx/φ-Δa ky·r(I0K"+I o k')/23245.455入口烟气温度θ'℃按a=1.28,查温焓表352.4空气平均温度θpj℃1/2(t'+t")225烟气平均温度t pj℃1/2(θ'+θ")278.7大温差Δt d℃θ"-t'85小温差Δt x℃θ'-t"22.4传热温差Δt℃(Δt d-Δt x)/ln(Δt d/Δt x)46.94热段传热量Q cr kJ/kg KH1Δt/B j1253.689偏差ΔQ%(Q cr-Q dx)/Q dx×100-10.5752第二次计算仍不合格，利用图解法确定t"值第三次计算出口空气温度t"℃第三次假定319出口理论空气焓I0k"kJ/kg按t“=330℃,查温焓表1949.7热段空气对流吸热量Q dx kJ/kg(β"+1/2*Δa k·r)(I0k"-I0k')1327.0烟气入口焓I'y kJ/kg I"y+Q dx/φ-Δa ky·r(I0K"+I o k')/23172.434入口烟气温度θ'℃按a=1.28,查温焓表344.9空气平均温度θpj℃1/2(t'+t")219.5烟气平均温度t pj℃1/2(θ'+θ")274.95大温差Δt d℃θ"-t'85小温差Δt x℃θ'-t"25.9传热温差Δt℃(Δt d-Δt x)/ln(Δt d/Δt x)49.73热段传热量Q cr kJ/kg KH1Δt/B j1328.188偏差ΔQ%(Q cr-Q dx)/Q dx×1000.089858计算合格。