锅炉漏风对传热及热效率影响分析.doc

锅炉漏风对传热和热效率的影响分析
0前言
锅炉漏风'>锅炉漏风是锅炉机组常见现象，它影响着锅炉机组经济地运行。锅炉的漏风按照漏风部位可划分为炉膛漏风、炉膛出口以后的烟道漏风和制粉系统的漏风。一般锅炉在运行中炉内处于微负压状态（10－20Pa），炉膛和烟道内保持略低于炉外环境的大气压力，以避免向炉外喷火、冒烟、吐灰，因此在炉门、看火孔、炉墙、烟道的不严密部位就会有空气自炉外漏入炉膛和烟道中。锅炉漏风'>锅炉漏风影响着传热和热效率，特别是对流烟道的漏风，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。减少和消除锅炉漏风'>锅炉漏风对提高机组运行的经济性及提高电厂企业的经济效益具有重大意义。本文以400t/h锅炉为例分析了锅炉漏风'>锅炉漏风对受热面的传热性能和锅炉热效率的影响。
1漏风对受热面传热性能的影响
以400t/h再热煤粉锅炉为例,燃料为淮北洗中煤；锅炉蒸发量为420t/h；再热蒸发量为350t/h；给水温度为235℃，给水压力为15.6MPa；过热蒸汽温度为540℃，过热蒸汽压力为13.7MPa；再热蒸汽进入锅炉温度330℃、压力2.5MPa，离开时温度540℃、压力2.3MPa；环境温度为20℃。高温过热器为顺列布置横向冲刷光管管束。以下涉及的算例均是采用锅炉标准热力计算方法[1]，以锅炉100％蒸汽负荷作为计算的基准工况。
1.1漏风对高温过热器传热的影响
高温过热器一般布置在最靠近炉膛出口的烟道内，它的漏风主要是由于锅炉本体负压运行使外界空气漏入其中，漏入的空气大幅度地降低烟气焓，使传热温差变小，从而降低传热效率，即传热性能变差；但空气的漏入又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。那么，传热性能到底如何变化呢？由于高温过热器处在炉膛出口附近，烟气温度很高，传热要考虑到烟气对过热器的辐射传热。
1.1.1具体算例
在基准工况下，当漏风系数Δα为0.03时，计算得到烟气侧对流传热系数、烟气侧辐射传热系数、烟气侧放热系数、蒸汽侧放热系数、传热系数及对流传热量分别为：
W/（m2·℃）；W/（m2·℃）；
W/（m2·℃）；W/（m2·℃）；
W/（m2·℃）；kJ/kg。
改变漏风系数，则上述各个参数都会随之变化，结果如图1～4所示，图中横坐标为漏风系数。
1.1.2结果分析
从图1、2可以看出，漏风量越大，高温过热器的传热温差越小，而烟气流速却越大。从图4看，随着烟气流速的增大，烟气侧对流放热系数增大，但是由于漏进的是冷空气，降低了烟气的平均温度，从而烟气侧辐射传热系数在减小。由于过热器正处在炉膛出口处，其辐射传热系数和对流传热系数处于同一个数量级，并且由于辐射传热系数下降的幅度比对流传热系数上升的幅度大，所以烟气侧放热系数仍然下降了。辐射传热系数的下降和对流传热系数的上升致使烟气侧放热系数下降幅度不是很大；蒸汽出口温度的减小，导致蒸汽速度减小，但蒸汽平均温度的减小抑制了蒸汽侧放热系数的减小速度，所以蒸汽侧放热系数是缓慢下降。烟气侧放热系数和蒸汽侧放热系数都在减小，所以传热系数也就下降了，但下降的幅度不是很大。
由以上分析可知尽管烟气流速增加了，但传热系数仍在减小，并且传热温差也在减小，两者共同作用致使对流传热量下降。其下降的幅度主要取决于传热温差下降的速度。
1.2漏风对省煤器传热的影响
省煤器中的对流传热与高温过热器的对流传热是相同的，差异之处仅是烟气侧温度较低，烟气侧的辐射放热很小，另外工质侧是液体，放热系数比较大。
1.2.1具体算例
在基准工况下，当漏风系数Δα为0.03时，计算得到烟气侧对流传热系数、烟气侧辐射传热系数、烟气侧放热系数、传热系数及对流传热量分别为：
W/（m2·℃）；W/（m2·℃）；W/（m2·℃）；
W/（m2·℃）；kJ/kg。
改变漏风系数，则上述各个参数都会随之变化，结果如图5～8所示，图中横坐标为漏风系数。
2.2空气预热器冷段漏风系数变化
基准工况下空气预热器的冷段漏风系数增加0.1时，计算得排烟温度、排烟所带热量及锅炉排烟损失分别为：℃；kJ/kg；。
当空气预热器冷端漏风系数分别增加0.05、0.10、0.15、0.20时其排烟温度及锅炉热效率值见图9、10，图中横坐标为漏风系数。
2.3分析
从图9、10可以看出，冷端漏风使排烟温度下降的幅度比热端漏风使排烟温度下降的幅度大得多。冷端漏风使锅炉效率下降的幅度很小，甚至几乎不变，但热端漏风使锅炉效率下降的幅度很大。空气预热器热端漏风对锅炉热效率的影响程度大于空气预热器冷端漏风的影响。
当空气预热器的热端漏风时，漏入的空气温度虽然较高，但与烟气的温度相比，温差比较大。所以降低了烟气的平均烟温，使传热性能变差，传热量降低，热端的出口烟焓增加，出口烟温降低不大。烟气进入冷端后尽管传热系数增加了，但因进口烟温略有下降，且传热面积较小，故总的烟气放热量增加不多，冷端出口烟温就降低得很小，热端减少的放热量几乎全部被排烟带走，所以排烟损失大幅度增大，锅炉效率就降低得很多。
当冷端漏风时，漏入的空气温度虽然较低，但烟气与冷风的温差比热端小得多。因而，冷端传热温差的减小不如热端大，且传热面积较小，导致总传热量减小的幅度也明显小于热端，排烟损失的增加和锅炉效率的降低均小于热端漏风的影响。
3结论
锅炉各处受热面漏风影响的机理不完全相同，对传热量减少的影响也不完全一样。漏风一方面降低了受热面的传热温差，另一方面使对流传热系数增加，但总的传热量是减少的。在高温烟气处存在一定份额的烟气辐射放热量，漏风后这部分热量将减少；随烟温降低，受热面烟气辐射放热系数逐渐减小；在低温烟气处，如尾部烟道，烟气辐射放热量非常小，漏风对此的影响完全可以忽略不计。因此，漏风后高温受热面传热系数会减小，随烟温降低，受热面传热系数减小的幅度变小，在锅炉尾部传热系数会增大。同样，随烟温降低，漏风后相应受热面传热量减少的幅度逐步降低。在实际运行中，应尽量减少炉膛出口处受热面的漏风，防止传热量减少引起出口烟温升高，避免后续受热面金属超温。
空气预热器漏风会使锅炉效率下降，但热端漏风的影响比冷端大，主要原因是热端漏风温度与烟温的差值比较大，传热温差下降的幅度大，且热端的传热面积大于冷端。所以，在设计制造和运行中，特别要严格控制空气预热器热端的漏风。
漏风不仅会引起排烟热损失，影响传热性能，还会使漏风以后的受热面磨损加剧，引风机电耗增加以及因漏风过大而迫使锅炉降低出力运行，所以应努力设法把漏风减少到最低限度。