电站锅炉漏风问题的分析

第 1期 2 0 1 1年 1 月 锅炉制造 BOI LER MANUF ACTURI NG No 1 J a n 2 01 1 文章编 号 ： C N 2 31 2 4 9 ( 2 0 1 1 ) 0 1 0 0 1 1 0 4 电站锅 炉 漏 风 问题 的分 析 程 健 ， 张 斌 ( 兰州电力学校 ， 甘 肃 兰州 7 3 0 0 7 0 ) 摘要 ： 本 文对 电站锅炉运行 中存 在的漏风问题进行 了全面分析 。对漏风地点不 同对 电站锅 炉运行的安全性 和经济性的影响 、 漏风率定义 的准 确涵义进 行 了深 入分 析 ； 对某 台 3 0 0 MW 锅炉 的空气 预热器 进行 了热力计 算 ， 得 出了不 同漏风率下对应 的出口烟 气和空气温度 的变化规律 ； 总结 了对 于不同位置的漏风的防治措施 ， 对 电站锅炉的安全运行及节 能降耗具 有指导意义 。 关键词 ： 漏风 ； 漏风率 ； 空气预热器 中图分类号 ： T K 2 2 8 文献标识码 ： A An a l y s i s o f Ai r Le a k i n Po we r Pl a n t Bo i l e r C h e n gj i a n ， Z h a n g b i n ( L a n z h o u E l e c t r i c a l S c h o o l ， L a n z h o u 7 3 0 0 7 0， C h i n a ) Abs t r a c t ： I n t h i s p a p e r t h e a i r l e a k i n g p r o b l e ms i n po we r p l a n t a r e f u l l y a n a l y z e dDi f f e r e n t a i r l e a - k i n g p l a c e h a s d i f f e r e n t i n flu e n c e t o b o i l e r S s a f e t y a nd e c o n o mi c s T h e a i r l e a k i ng r a t i n g a r e e x a c t l y d e fin e dBa s e d o n t h e moc a l c u l a t i o n t o a i r p r e h e a t e r ， t h e r u l e o f t h e s mo k e a n d a i r S t e mpe r a t u r e f r o m t h e e x i t o f a i r p r e h e a t e r a r e c o n c l u d e d At l a s t ，t h e me t h o d s t o p r e v e n t a n d a l l e v i a t e t h e l e a k i ng a r e s u mme d u pTh i s p a p e r i s me a n i n g f u l t o g u i d e t h e r u n n i n g o f t h e p o we r p l a n t Ke y wor ds ： a i r l e a k i n g；a i r l e a k i n g r a t e；a i r p r e h e a t e r 0 引 言 电站锅炉的漏风一直是电厂运行 中一个不可 忽视的问题。由于锅炉制造水平 以及运行操作不 当使锅炉漏风问题对经济性的影响越来越大。锅 炉漏风是指温度低于炉膛温度 的冷空气漏人锅炉 内。电站锅炉一般都是负压运行 ， 以免煤粉或烟 气喷出锅炉 ， 因此冷空气可能通过各种“ 间隙” 漏 入炉膛。冷空气漏入炉膛会影响锅 炉的温度场 ， 而且 漏风严 重 时还 会影 响锅炉 运行 的安 全性 和 经 济性 。因 此 在 运 行 中 应 尽 量 减 少 锅 炉 的 漏 风 一 。 1 电站锅炉漏风 的分 类及 对锅 炉燃 烧 的影响 电站锅炉漏风按照漏风地点的不同可分为炉 膛漏风 ， 烟道漏风 ， 制粉系统漏风和空气预热器漏 风。不同位 置的漏风对 锅炉运行 的影 响是不 同 的 。 1 1 炉膛 漏风 炉膛漏风又分为炉膛下部漏风和炉膛上部漏 风 。 当外界冷空气 由炉膛下部漏人时， 冷空气的 进入导致炉膛平均温度降低 ， 使煤粉着火推迟 ， 火 收稿 日期 ： 2 0 1 01 11 5 作者简介 ： 程 健 ( 1 9 7 3一) ， 男， 毕业于华北 电力大学 ， 热能动力工程专业 ， 兰州 电力学校实训部技能鉴定办公 室主任。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2 锅炉制造 总第 2 2 5 期 焰中 12 , 上移 ， 导致排烟温度升高， 排烟热损失 q ： 增大。而且当炉膛火焰 中心上移距离过大时 ， 排 烟温度大幅度升高可能导致过热蒸汽超温 ， 减温 水量增大， 影响锅炉的安全性 。炉膛平均温度 的 降低也导致煤粉燃尽性差 ， 飞灰含碳量升高 ， 物理 不完全燃烧损失 q 升高 ， 锅炉效率下降。 当漏风量过大 ， 炉膛平均温度大幅降低 ， 会影 响到煤粉的引燃及煤粉火炬的稳定燃烧 。炉膛漏 风比例的增大使一二次风量 比值例降低 ， 进一步 降低了炉温 ， 使燃烧情况恶化。 当冷空气从炉膛上部漏人时对锅炉燃烧影响 不大 ， 因为此时煤粉燃烧 已接近结束 。但漏风导 致炉膛出口处的烟气容积增加， 烟温下降， 对流受 热面各受热面的出口烟温都将随之下降 ， 距离炉 膛出口处越近的受热面就下降的越多 ， 到排烟处 烟气的温度差不多又恢复到原工况 的数值 ， 上部 漏风对排烟温度的影响不大 ， 对锅炉效率影响不 大。但漏风量 的增大导致引风机 电耗增 大， 厂用 电率升高。 1 2烟道漏风 炉 膛 出 口后 的烟道漏 风对锅 炉热 力工况 的影 响与炉膛上部漏风类似。在某级受热面之前或该 受热面区域的漏风将对该级受热面及以后受热面 发生影响。距离漏风点较近的受热面烟温下降较 多， 较远的受热面烟温下降较少。距离炉膛 出口 越远， 烟气温度恢复程度越好 ， 烟气温度下降幅度 越少 。 炉顶主要漏风部位在炉顶管的金属密封处 ， 因为炉顶管范围内是穿顶管最集中的区域 ， 并且 是各部件的膨胀方 向复杂 的组合体 ， 所 以容易漏 风 ， 烟道的漏风也多出于此。对流烟道 的漏风完 全无助于燃烧 ， 只能增加烟气带走的热损失 ， 同时 增大风机的电耗。烟道内漏入的冷空气大幅度地 降低烟气焓值 ， 使传热温差变小 ， 从而降低传热效 率 ， 传热性能变差； 但增加了烟气的单位容积 ， 使 单位流量增加 ， 从而增加了对流传热系数； 但是烟 气 总 的传热量 是减少 的 。 由于烟道的漏风使空气预热器入 口烟温降 低 ， 导致空气预热器的传热温差减小 ， 对冷空气的 加热能力降低 ， 使得一二次风温度降低 ， 使煤粉着 火热增大 ， 对煤粉的引燃和燃烧有一定的影响。 1 3制粉 系统 漏风 制粉系统漏风包括磨煤机人 口、 磨煤 机出口漏风 和锁气器漏风。制粉系统漏风对于制粉系统和锅 炉的安全经济性运行均有影响。 磨煤机入 口漏风使进入磨煤机的风量增大， 磨煤机出口风温下降。由于通风量增加 ， 煤粉变 粗 ， 通风电耗增大 ， 制粉系统单位 电耗增加。此外 还将使煤粉水分增大、 一次风温降低 ， 影响燃烧稳 定性 。磨煤机出 口漏风 同样也使通风量增加 ， 后 果与入 口漏风相 同。 粗粉分离器上的锁气器漏风将破坏粗粉分离 器的工作 ， 使分离器 的分离效率下降。旋风分离 器下的锁气器漏风会破坏旋风分离器的工作， 而 使分离效果恶化 ， 导致旋风分离器的气体中含粉 量增加 ， 增大了三次风 的带粉量 和再循 环风的带 粉量 ， 前者使未完全燃烧损失增加 ， 后者使煤粉重 复研磨而变得更细， 增加 了磨煤机电耗 ， 还将使排 粉风机 的磨损加剧 。 1 4空气预 热器 漏风 空气预热器的漏风是不可避免。电站锅炉中 漏风最严重的部位就位于空气预热器 。目前 电站 锅炉普遍采用 回转式空气预热器。回转式空气预 热器相对于风罩式空气预热器结构更合理， 漏风 量更小。设计 良好的回转式空气预热器漏风率能 达到 8 以下， 漏风严重时可 以达到 3 0 或更高。 回转式空气预热器热端温度高 ， 膨胀量大， 而 冷端温度低 ， 相应的膨胀量小 ， 使转子沿径向向下 发生蘑菇状变形； 为保证转子与静子构架之 间相 对较小的间隙 ， 转子密封片与静子密封板会相互 接触产生磨损 ， 随着设备磨合 ， 漏风率将增大 ； 如 果转子水平度不达标 ， 各 向( 轴 向、 径 向、 环向、 旁 路) 密封会在某些 固定部位严重磨损 ， 致使磨损 部位转至其反向位置后， 间隙增大， 漏风率更大 ， 产生恶性互动结果 ， 导致漏风率越来越大。但是 随着负荷 的降低 ， 送风机出力降低 ， 空气与烟气压 差降低 ， 漏风量显著降低。 空气预热器冷空气漏人烟气侧 后， 可以造成 送风机 、 一次风机 、 引风机的电耗增加 ； 当漏风超 过送风机的负荷能力时 ， 会使燃烧风量不足 ， 导致 锅炉 的固体不完全燃烧损失增加 ， 严重时会导致 一 次风的送粉能力下降 ， 降低机组 出力 ； 当漏风超 过引风机的负荷能力时， 会使炉膛负压维持不住， 迫使锅炉降负荷运行 ； 空气预热器的漏风也使锅 炉排烟中过剩空气系数增大 ， 使排炯损失增加 ， 锅 炉效率降低 ， 带来低温腐蚀 ， 到达一定程度时会造 成叶轮积灰 ， 威胁机组安全。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 程健 ， 等 ： 电站锅 炉漏风问题 的分析 1 3 2 漏风 系数、 漏风率 的定义分析 2 1 漏风 系数 的定义 燃煤 电站锅炉技术 条件 S D 2 6 8 8 8和电 站锅炉性能试验规程 G B 1 0 1 8 4 -8 8中规定 漏风 系数为测点前后的过量空气系数的差值 ， 即 ： A a = ”一 ( 1 ) 根据燃烧方程可以得出锅炉过量空气系数为 ： 1 ， 、 _ _ = z 将 ( 2 ) 式带人 ( 1 ) 式可得漏风率的计算公式为 ： A a 一 ( 3 ) 由式( 3 ) 可 以看 出， 只要测 出某受 热面进 出 口的 烟气含氧量 ， 就可以得到漏风系数 。 2 2漏风 率 的定 义 漏风率指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， 即： AL Amy ， 一 1 0 0 ： 旦 1 0 0 ( 4 ) my m y m y 、 m y 一空气预热器出 口、 进 口烟气质量 燃煤 电站锅 炉技术条件 S D 2 6 88 8中定 义空气预热器漏风率为： A ： 1 0 0 ( 5) 电站锅 炉性能试验规程 G B 1 0 1 8 4 -8 8中 定义空气预热器漏风率为 ： A ： _一 旦 9 0 ( 6 ) 两个标准之间有 1 0 的差别 。 1 k g 燃 料燃 烧 产生 烟气 质量 为 ： m = v y P Y ( 7 ) 为烟气体积 ， _p y为烟气密度 。 P Y ： ( 8 ) 一 L J 为理论空气量 ， O L 为过量空气系数。 将 ( 8 ) 式带人( 9 ) 式中 ： my =10 O I A a r 4 - 1 3 0 6 a V O ( 9 ) A ： my = 士1 0 0 1 A a t“ 1 3 0 6 a ( 1 0 ) 一 + 阳 、 ： 旦 _ _ = R 式 中 ： 1 R ( ) +_ i 丽 由于 R 1， 因此 A L 旦_ _ 二 。确切 的 R 值与煤质特性 和空气预 热器 的过量空气 系数有 关 。按 国内典 型煤 质资料所计算得 到的 R值大 体在 0 8 7 0 9 3范 围内， 其 中间值为 0 9 ， 这也 验证了 电站锅 炉性 能试 验规 程 G B 1 0 1 8 4 -8 8 规范 中 对 R 取 9 0 这 个 经 验 值 是 基 本 可 信 的 一 。 3 空气预热器漏风的热力计算 电站锅炉炉膛漏风的漏风量很少 ， 制粉系统 漏风和烟道漏风对锅炉效率影响较小 ， 对锅炉效 率影响最大的就是空气预热器漏风 。空气预热器 的漏风使空气和烟气的 比例发生变化 ， 不仅有传 热过程 ， 还有传质过程。在空气预热器烟气进 口 温度和冷空气进 口温度不变的条件下 ， 不 同漏风 率下烟气 出口温度和空气出 口温度也是不同的。 对某 台 D G 1 0 2 5 1 7 7 2型 锅 炉 在 1 0 0 和 7 0 负荷下的空气预热器进行了热力计算。当进 入空气预热器热端的烟气温度和进入空气预热器 冷端的空气温度不变 时 ， 不同漏 风率下烟气 出口 温度和空气 出口温度如表 1所示。 表 1 不 同漏风率 下的烟气 和空气 温度 从表 1中看 出， 空气预热器漏风率越大 ， 烟气 出口温度越低 ， 空气预热器 的出 口空气 温度也越 低 。因为 随着漏风率 的增大 ， 空气预热器 的换热 温差变小 ， 换热量降低 ， 导致被加热的空气吸热量 减少 ， 空气预热器出口空气温度降低 ； 由于换热的 减少 ， 烟气被 冷却 的程度也 降低 ， 烟气 温度应 升 高 ， 但 由于冷空气的掺人 ， 使得烟气出口温度也降 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 锅炉制造 总第 2 2 5期 低 。 4 锅 炉漏风 的防治 由于锅炉漏风对锅炉的安全经济运行是不利 的， 因此需要对漏风问题加以预防和治理 ， 根据漏 风位置的不同， 主要防治的措施如下 ： 电站锅炉普遍采用整体焊接的膜式水冷壁， 密封 性能较好 ， 所 以炉膛 的漏风量很小。炉膛 的漏风 主要是 由于炉膛门孔未关闭导致冷空气的漏入。 因此需要对各个门孔加强监视以防止炉膛漏风对 锅炉燃烧的直接影响。 制粉系统漏风和烟道漏风主要由于锅炉结构 设计的原因所导致。此类漏 风不可避免 ， 但 降低 锅炉运行负压能降低烟道的漏风。如果制粉系统 漏风严重则必须对制粉系统及其设备进行检查 以 降低 漏风 。 空气预热器 的漏风是锅炉运行 中危害最大， 范围最广的。减小空气预热器的漏风主要措施有 以下几点 ： 控制空气预热器空气侧与烟气侧 的压 差 ； 防止空气预热器人 口集灰斗的输灰管路堵塞 ； 控制径 向密封间隙、 轴向密封间隙、 旁路密封间隙 并对中心桶密封进行改造 ； 适当增加蓄热元件 ； 对 空气预热器的转子及时找正并对密封结构进行改 造 ； 运行 中加强 中间放灰并采用低氧燃烧技术， 改 变配风方式 ， 提高空气预热器人 口二次风温等方 法均 可 以有效 降低漏 风 。 。 5 总 结 通过对电站锅炉的漏风分析可知不同地点的 漏风对运行锅炉的安全性和经济性的影响是不同 的。对于漏风问题最严重的空气预热器 ， 漏风率 的增大空气预热器出口烟气温度和空气温度都是 降低的。对于电站锅炉的运行 ， 应根据不同漏风 位置采取相应的运行措施和改造措施及时降低漏 风， 以进一步降低发电成本 ， 提高锅炉运行的安全 性和经济性。 参考文献 1 中华人民共和国国家标准电站锅炉性能试验规程 G B 1 0 1 8