摘要：鍋爐不同位置的漏風(fēng)對(duì)于鍋爐各個(gè)受熱面的傳熱影響是不同的，對(duì)整個(gè)鍋爐熱效率的影響也是不同的。本文通過(guò)對(duì)一臺(tái)400t/h再熱煤粉鍋爐的熱力計(jì)算分析，定量定性地給出漏風(fēng)在各種受熱面中的具體影響及與熱效率的關(guān)系。為減輕鍋爐漏風(fēng)的危害提供理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞：鍋爐；漏風(fēng)；熱力計(jì)算 ；熱效率
前言
鍋爐漏風(fēng)是鍋爐機(jī)組常見(jiàn)現(xiàn)象，它影響著鍋爐機(jī)組經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。鍋爐的漏風(fēng)按照漏風(fēng)部位可劃分為爐膛漏風(fēng)、爐膛出口以后的煙道漏風(fēng)和制粉系統(tǒng)的漏風(fēng)。一般鍋爐在運(yùn)行中爐內(nèi)處于微負(fù)壓狀態(tài)（10－20Pa），爐膛和煙道內(nèi)保持略低于爐外環(huán)境的大氣壓力，以避免向爐外噴火、冒煙、吐灰，因此在爐門(mén)、看火孔、爐墻、煙道的不嚴(yán)密部位就會(huì)有空氣自爐外漏入爐膛和煙道中。鍋爐漏風(fēng)影響著傳熱和熱效率，特別是對(duì)流煙道的漏風(fēng)，完全無(wú)助于燃燒，只能增加煙氣帶走的熱損失，同時(shí)增大風(fēng)機(jī)的電耗。減少和消除鍋爐漏風(fēng)對(duì)提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性及提高電廠企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有重大意義。本文以400t/h鍋爐為例分析了鍋爐漏風(fēng)對(duì)受熱面的傳熱性能和鍋爐熱效率的影響。
1 漏風(fēng)對(duì)受熱面?zhèn)鳠嵝阅艿挠绊?/P>
以400t/h再熱煤粉鍋爐為例,燃料為淮北洗中煤；鍋爐蒸發(fā)量為420t/h；再熱蒸發(fā)量為350t/h；給水溫度為235℃，給水壓力為15.6MPa；過(guò)熱蒸汽溫度為540℃，過(guò)熱蒸汽壓力為13.7MPa；再熱蒸汽進(jìn)入鍋爐溫度330℃、壓力2.5MPa，離開(kāi)時(shí)溫度540℃、壓力2.3MPa；環(huán)境溫度為20℃。高溫過(guò)熱器為順列布置橫向沖刷光管管束。以下涉及的算例均是采用鍋爐標(biāo)準(zhǔn)熱力計(jì)算方法[1]，以鍋爐100％蒸汽負(fù)荷作為計(jì)算的基準(zhǔn)工況。
1.1 漏風(fēng)對(duì)高溫過(guò)熱器傳熱的影響
高溫過(guò)熱器一般布置在最靠近爐膛出口的煙道內(nèi)，它的漏風(fēng)主要是由于鍋爐本體負(fù)壓運(yùn)行使外界空氣漏入其中，漏入的空氣大幅度地降低煙氣焓，使傳熱溫差變小，從而降低傳熱效率，即傳熱性能變差；但空氣的漏入又增加了煙氣的單位容積，使單位流量增加，從而增加了對(duì)流傳熱系數(shù)。那么，傳熱性能到底如何變化呢？由于高溫過(guò)熱器處在爐膛出口附近，煙氣溫度很高，傳熱要考慮到煙氣對(duì)過(guò)熱器的輻射傳熱。
1.1.1 具體算例
在基準(zhǔn)工況下，當(dāng)漏風(fēng)系數(shù)Δα為0.03時(shí)，計(jì)算得到煙氣側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)、煙氣側(cè)輻射傳熱系數(shù)、煙氣側(cè)放熱系數(shù)、蒸汽側(cè)放熱系數(shù)、傳熱系數(shù)及對(duì)流傳熱量分別為：
W/（m2·℃）；W/（m2·℃）；
W/（m2·℃）；W/（m2·℃）；
W/（m2·℃）；kJ/kg。
改變漏風(fēng)系數(shù)，則上述各個(gè)參數(shù)都會(huì)隨之變化，結(jié)果如圖1～4所示，圖中橫坐標(biāo)為漏風(fēng)系數(shù)。
1.1.2 結(jié)果分析
漏風(fēng)量越大，高溫過(guò)熱器的傳熱溫差越小，而煙氣流速卻越大。從圖4看，隨著煙氣流速的增大，煙氣側(cè)對(duì)流放熱系數(shù)增大，但是由于漏進(jìn)的是冷空氣，降低了煙氣的平均溫度，從而煙氣側(cè)輻射傳熱系數(shù)在減小。由于過(guò)熱器正處在爐膛出口處，其輻射傳熱系數(shù)和對(duì)流傳熱系數(shù)處于同一個(gè)數(shù)量級(jí)，并且由于輻射傳熱系數(shù)下降的幅度比對(duì)流傳熱系數(shù)上升的幅度大，所以煙氣側(cè)放熱系數(shù)仍然下降了。輻射傳熱系數(shù)的下降和對(duì)流傳熱系數(shù)的上升致使煙氣側(cè)放熱系數(shù)下降幅度不是很大；蒸汽出口溫度的減小，導(dǎo)致蒸汽速度減小，但蒸汽平均溫度的減小抑制了蒸汽側(cè)放熱系數(shù)的減小速度，所以蒸汽側(cè)放熱系數(shù)是緩慢下降。煙氣側(cè)放熱系數(shù)和蒸汽側(cè)放熱系數(shù)都在減小，所以傳熱系數(shù)也就下降了，但下降的幅度不是很大。
由以上分析可知盡管煙氣流速增加了，但傳熱系數(shù)仍在減小，并且傳熱溫差也在減小，兩者共同作用致使對(duì)流傳熱量下降。其下降的幅度主要取決于傳熱溫差下降的速度。
1.2 漏風(fēng)對(duì)省煤器傳熱的影響
省煤器中的對(duì)流傳熱與高溫過(guò)熱器的對(duì)流傳熱是相同的，差異之處僅是煙氣側(cè)溫度較低，煙氣側(cè)的輻射放熱很小，另外工質(zhì)側(cè)是液體，放熱系數(shù)比較大。
1.2.1 具體算例
在基準(zhǔn)工況下，當(dāng)漏風(fēng)系數(shù)Δα為0.03時(shí)，計(jì)算得到煙氣側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)、煙氣側(cè)輻射傳熱系數(shù)、煙氣側(cè)放熱系數(shù)、傳熱系數(shù)及對(duì)流傳熱量分別為：
W/（m2·℃）； W/（m2·℃）； W/（m2·℃）；
W/（m2·℃）； kJ/kg。
改變漏風(fēng)系數(shù)，則上述各個(gè)參數(shù)都會(huì)隨之變化，結(jié)果如圖5～8所示，圖中橫坐標(biāo)為漏風(fēng)系數(shù)。
1.2.2 結(jié)果分析
漏風(fēng)量越大，省煤器的平均傳熱溫差越來(lái)越小，煙氣流速是越來(lái)越大，這與高溫過(guò)熱器的現(xiàn)象是一致的。但是從圖8可以看出，省煤器的傳熱系數(shù)是增大的，這與高溫過(guò)熱器正好相反。產(chǎn)生如此的結(jié)果是由兩個(gè)原因造成的：一是煙氣流速增大使煙氣側(cè)對(duì)流放熱系數(shù)增大，煙氣溫度降低使煙氣側(cè)輻射放熱系數(shù)減小。但是由于省煤器處在接近鍋爐尾部，煙氣的平均溫度很低致使整個(gè)煙氣側(cè)輻射放熱程度很小，與對(duì)流放熱不在一個(gè)數(shù)量級(jí)上，因此整個(gè)煙氣側(cè)放熱系數(shù)是增大的。二是由于工質(zhì)是水，工質(zhì)側(cè)的放熱系數(shù)與煙氣側(cè)的放熱系數(shù)不在相同水平上，對(duì)整個(gè)放熱系數(shù)的影響不大。兩者綜合，則省煤器的放熱系數(shù)是增加的。
隨著漏風(fēng)量的增加，省煤器的對(duì)流傳熱量還是減小的。這是因?yàn)槭∶浩鱾鳠釡夭顪p小的幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳熱系數(shù)增大的幅度。從此可看出省煤器漏風(fēng)導(dǎo)致傳熱性能變差，這與高溫過(guò)熱器的結(jié)果是一樣的，但其中的機(jī)理還是有所不同，其傳熱性能變差幅度沒(méi)有高溫過(guò)熱器大。
2 空氣預(yù)熱器漏風(fēng)對(duì)鍋爐效率的影響
空氣預(yù)熱器與省煤器都布置在鍋爐的尾部，漏風(fēng)對(duì)傳熱的影響基本相同。但空氣預(yù)熱器漏風(fēng)來(lái)源于空氣側(cè)，漏風(fēng)的溫度高于環(huán)境溫度，此外空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)直接影響排煙溫度。故這里主要分析漏風(fēng)對(duì)鍋爐效率的影響。
本文所選鍋爐的空氣預(yù)熱器分熱端和冷端，冷端的傳熱面積約為熱端的三分之一。以下對(duì)冷端和熱端分別進(jìn)行計(jì)算，前者的漏風(fēng)焓比較低，后者的比較高。
2.1 空氣預(yù)熱器熱段漏風(fēng)系數(shù)變化
基準(zhǔn)工況下空氣預(yù)熱器的熱端空氣進(jìn)口溫度為315℃，煙氣出口溫度為362℃。當(dāng)熱段漏風(fēng)系數(shù)增加0.1時(shí)，計(jì)算得出口煙氣溫度、煙氣熱端溫度的下降幅度、排煙溫度、排煙所帶熱量及鍋爐排煙損失分別為：
℃； ℃； ℃； kJ/kg； 。
當(dāng)空氣預(yù)熱器熱端漏風(fēng)系數(shù)分別增加0.05、0.10、0.15、0.20時(shí)其排煙溫度及鍋爐熱效率值見(jiàn)圖9、10，圖中橫坐標(biāo)為漏風(fēng)系數(shù)。
2.2 空氣預(yù)熱器冷段漏風(fēng)系數(shù)變化
基準(zhǔn)工況下空氣預(yù)熱器的冷段漏風(fēng)系數(shù)增加0.1時(shí)，計(jì)算得排煙溫度、排煙所帶熱量及鍋爐排煙損失分別為：℃;kJ/kg； 。
當(dāng)空氣預(yù)熱器冷端漏風(fēng)系數(shù)分別增加0.05、0.10、0.15、0.20時(shí)其排煙溫度及鍋爐熱效率值見(jiàn)圖9、10，圖中橫坐標(biāo)為漏風(fēng)系數(shù)。
2.3 分析
冷端漏風(fēng)使排煙溫度下降的幅度比熱端漏風(fēng)使排煙溫度下降的幅度大得多。冷端漏風(fēng)使鍋爐效率下降的幅度很小，甚至幾乎不變，但熱端漏風(fēng)使鍋爐效率下降的幅度很大�？諝忸A(yù)熱器熱端漏風(fēng)對(duì)鍋爐熱效率的影響程度大于空氣預(yù)熱器冷端漏風(fēng)的影響。
當(dāng)空氣預(yù)熱器的熱端漏風(fēng)時(shí)，漏入的空氣溫度雖然較高，但與煙氣的溫度相比，溫差比較大。所以降低了煙氣的平均煙溫，使傳熱性能變差，傳熱量降低，熱端的出口煙焓增加，出口煙溫降低不大。煙氣進(jìn)入冷端后盡管傳熱系數(shù)增加了，但因進(jìn)口煙溫略有下降，且傳熱面積較小，故總的煙氣放熱量增加不多，冷端出口煙溫就降低得很小，熱端減少的放熱量幾乎全部被排煙帶走，所以排煙損失大幅度增大，鍋爐效率就降低得很多。
當(dāng)冷端漏風(fēng)時(shí)，漏入的空氣溫度雖然較低，但煙氣與冷風(fēng)的溫差比熱端小得多。因而，冷端傳熱溫差的減小不如熱端大，且傳熱面積較小，導(dǎo)致總傳熱量減小的幅度也明顯小于熱端，排煙損失的增加和鍋爐效率的降低均小于熱端漏風(fēng)的影響。
3 結(jié)論
鍋爐各處受熱面漏風(fēng)影響的機(jī)理不完全相同，對(duì)傳熱量減少的影響也不完全一樣。漏風(fēng)一方面降低了受熱面的傳熱溫差，另一方面使對(duì)流傳熱系數(shù)增加，但總的傳熱量是減少的。在高溫?zé)煔馓幋嬖谝欢ǚ蓊~的煙氣輻射放熱量，漏風(fēng)后這部分熱量將減少；隨煙溫降低，受熱面煙氣輻射放熱系數(shù)逐漸減��；在低溫?zé)煔馓帲缥膊繜煹�，煙氣輻射放熱量非常小，漏風(fēng)對(duì)此的影響完全可以忽略不計(jì)。因此，漏風(fēng)后高溫受熱面?zhèn)鳠嵯禂?shù)會(huì)減小，隨煙溫降低，受熱面?zhèn)鳠嵯禂?shù)減小的幅度變小，在鍋爐尾部傳熱系數(shù)會(huì)增大。同樣，隨煙溫降低，漏風(fēng)后相應(yīng)受熱面?zhèn)鳠崃繙p少的幅度逐步降低。在實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)盡量減少爐膛出口處受熱面的漏風(fēng)，防止傳熱量減少引起出口煙溫升高，避免后續(xù)受熱面金屬超溫。
空氣預(yù)熱器漏風(fēng)會(huì)使鍋爐效率下降，但熱端漏風(fēng)的影響比冷端大，主要原因是熱端漏風(fēng)溫度與煙溫的差值比較大，傳熱溫差下降的幅度大，且熱端的傳熱面積大于冷端。所以，在設(shè)計(jì)制造和運(yùn)行中，特別要嚴(yán)格控制空氣預(yù)熱器熱端的漏風(fēng)。
漏風(fēng)不僅會(huì)引起排煙熱損失，影響傳熱性能，還會(huì)使漏風(fēng)以后的受熱面磨損加劇，引風(fēng)機(jī)電耗增加以及因漏風(fēng)過(guò)大而迫使鍋爐降低出力運(yùn)行，所以應(yīng)努力設(shè)法把漏風(fēng)減少到最低限度。
參考文獻(xiàn)
[1] 北京鍋爐廠譯，蘇聯(lián)《鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法》[M]，機(jī)械工業(yè)出版社，1976.
[2] 范從振 鍋爐原理[M] 北京：中國(guó)電力出版社 1986.
[3] 趙 翔、任有中 鍋爐課程設(shè)計(jì)[M] 北京：水利電力出版社 1991.
[4] 徐通模 鍋爐燃燒設(shè)備[M] 西安：西安交通大學(xué)出版社 1996.
[5] 呂 寧 漏風(fēng)對(duì)鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響[J] 雁北師范學(xué)院學(xué)報(bào) Vol19 No.2 2003.4.
[6] 李靖安鍋爐排煙煙氣量對(duì)排煙熱損失的影響分析[J] 中氮肥 No.3 2004.5.
[7] 徐尚義鍋爐爐墻密封與提高熱效率的關(guān)系[J] 電子節(jié)能 No.3 1998.
[8] 施青麗預(yù)熱器漏風(fēng)及其對(duì)鍋爐效率的影響[J] 青海電力 No.3 2002.
[9] 王 琳淺談鍋爐漏風(fēng)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失[J] 應(yīng)用能源技術(shù) No.2 2002.
[10] 王廣軍、陳 紅、何祖威 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的鍋爐系統(tǒng)漏風(fēng)狀況監(jiān)測(cè)與診斷[J] 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào) Vol22 No.11 2002.11.
[11] 翟培強(qiáng) 鍋爐漏風(fēng)變化對(duì)其熱效率的影響[J] 機(jī)電信息 No.22 2004
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