摘要：鍋爐不同位置的漏風對于鍋爐各個受熱面的傳熱影響是不同的，對整個鍋爐熱效率的影響也是不同的。本文通過對一臺400t/h再熱煤粉鍋爐的熱力計算分析，定量定性地給出漏風在各種受熱面中的具體影響及與熱效率的關(guān)系。為減輕鍋爐漏風的危害提供理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞：鍋爐；漏風；熱力計算 ；熱效率
前言
鍋爐漏風是鍋爐機組常見現(xiàn)象，它影響著鍋爐機組經(jīng)濟地運行。鍋爐的漏風按照漏風部位可劃分為爐膛漏風、爐膛出口以后的煙道漏風和制粉系統(tǒng)的漏風。一般鍋爐在運行中爐內(nèi)處于微負壓狀態(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、看火孔、爐墻、煙道的不嚴密部位就會有空氣自爐外漏入爐膛和煙道中。鍋爐漏風影響著傳熱和熱效率，特別是對流煙道的漏風，完全無助于燃燒，只能增加煙氣帶走的熱損失，同時增大風機的電耗。減少和消除鍋爐漏風對提高機組運行的經(jīng)濟性及提高電廠企業(yè)的經(jīng)濟效益具有重大意義。本文以400t/h鍋爐為例分析了鍋爐漏風對受熱面的傳熱性能和鍋爐熱效率的影響。
1 漏風對受熱面?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；過熱蒸汽溫度為540℃，過熱蒸汽壓力為13.7MPa；再熱蒸汽進入鍋爐溫度330℃、壓力2.5MPa，離開時溫度540℃、壓力2.3MPa；環(huán)境溫度為20℃。高溫過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準熱力計算方法[1]，以鍋爐100％蒸汽負荷作為計算的基準工況。
1.1 漏風對高溫過熱器傳熱的影響
高溫過熱器一般布置在最靠近爐膛出口的煙道內(nèi)，它的漏風主要是由于鍋爐本體負壓運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，從而增加了對流傳熱系數(shù)。那么，傳熱性能到底如何變化呢？由于高溫過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過熱器的輻射傳熱。
1.1.1 具體算例
在基準工況下，當漏風系數(shù)Δα為0.03時，計算得到煙氣側(cè)對流傳熱系數(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)及對流傳熱量分別為：
W/（m2·℃）；W/（m2·℃）；
W/（m2·℃）；W/（m2·℃）；
W/（m2·℃）；kJ/kg。
改變漏風系數(shù)，則上述各個參數(shù)都會隨之變化，結(jié)果如圖1～4所示，圖中橫坐標為漏風系數(shù)。
1.1.2 結(jié)果分析
漏風量越大，高溫過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)對流放熱系數(shù)增大，但是由于漏進的是冷空氣，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。由于過熱器正處在爐膛出口處，其輻射傳熱系數(shù)和對流傳熱系數(shù)處于同一個數(shù)量級，并且由于輻射傳熱系數(shù)下降的幅度比對流傳熱系數(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 漏風對省煤器傳熱的影響
省煤器中的對流傳熱與高溫過熱器的對流傳熱是相同的，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
在基準工況下，當漏風系數(shù)Δα為0.03時，計算得到煙氣側(cè)對流傳熱系數(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)及對流傳熱量分別為：
W/（m2·℃）； W/（m2·℃）； W/（m2·℃）；
W/（m2·℃）； kJ/kg。
改變漏風系數(shù)，則上述各個參數(shù)都會隨之變化，結(jié)果如圖5～8所示，圖中橫坐標為漏風系數(shù)。
1.2.2 結(jié)果分析
漏風量越大，省煤器的平均傳熱溫差越來越小，煙氣流速是越來越大，這與高溫過熱器的現(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，這與高溫過熱器正好相反。產(chǎn)生如此的結(jié)果是由兩個原因造成的：一是煙氣流速增大使煙氣側(cè)對流放熱系數(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煙氣側(cè)輻射放熱程度很小，與對流放熱不在一個數(shù)量級上，因此整個煙氣側(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，對整個放熱系數(shù)的影響不大。兩者綜合，則省煤器的放熱系數(shù)是增加的。
隨著漏風量的增加，省煤器的對流傳熱量還是減小的。這是因為省煤器傳熱溫差減小的幅度遠遠大于傳熱系數(shù)增大的幅度。從此可看出省煤器漏風導致傳熱性能變差，這與高溫過熱器的結(jié)果是一樣的，但其中的機理還是有所不同，其傳熱性能變差幅度沒有高溫過熱器大。
2 空氣預(yù)熱器漏風對鍋爐效率的影響
空氣預(yù)熱器與省煤器都布置在鍋爐的尾部，漏風對傳熱的影響基本相同。但空氣預(yù)熱器漏風來源于空氣側(cè)，漏風的溫度高于環(huán)境溫度，此外空氣預(yù)熱器的漏風直接影響排煙溫度。故這里主要分析漏風對鍋爐效率的影響。
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。以下對冷端和熱端分別進行計算，前者的漏風焓比較低，后者的比較高。
2.1 空氣預(yù)熱器熱段漏風系數(shù)變化
基準工況下空氣預(yù)熱器的熱端空氣進口溫度為315℃，煙氣出口溫度為362℃。當熱段漏風系數(shù)增加0.1時，計算得出口煙氣溫度、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； 。
當空氣預(yù)熱器熱端漏風系數(shù)分別增加0.05、0.10、0.15、0.20時其排煙溫度及鍋爐熱效率值見圖9、10，圖中橫坐標為漏風系數(shù)。
2.2 空氣預(yù)熱器冷段漏風系數(shù)變化
基準工況下空氣預(yù)熱器的冷段漏風系數(shù)增加0.1時，計算得排煙溫度、排煙所帶熱量及鍋爐排煙損失分別為：℃;kJ/kg； 。
當空氣預(yù)熱器冷端漏風系數(shù)分別增加0.05、0.10、0.15、0.20時其排煙溫度及鍋爐熱效率值見圖9、10，圖中橫坐標為漏風系數(shù)。
2.3 分析
冷端漏風使排煙溫度下降的幅度比熱端漏風使排煙溫度下降的幅度大得多。冷端漏風使鍋爐效率下降的幅度很小，甚至幾乎不變，但熱端漏風使鍋爐效率下降的幅度很大。空氣預(yù)熱器熱端漏風對鍋爐熱效率的影響程度大于空氣預(yù)熱器冷端漏風的影響。
當空氣預(yù)熱器的熱端漏風時，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。煙氣進入冷端后盡管傳熱系數(shù)增加了，但因進口煙溫略有下降，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。
當冷端漏風時，漏入的空氣溫度雖然較低，但煙氣與冷風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的影響。
3 結(jié)論
鍋爐各處受熱面漏風影響的機理不完全相同，對傳熱量減少的影響也不完全一樣。漏風一方面降低了受熱面的傳熱溫差，另一方面使對流傳熱系數(shù)增加，但總的傳熱量是減少的。在高溫煙氣處存在一定份額的煙氣輻射放熱量，漏風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)逐漸減小；在低溫煙氣處，如尾部煙道，煙氣輻射放熱量非常小，漏風對此的影響完全可以忽略不計。因此，漏風后高溫受熱面?zhèn)鳠嵯禂?shù)會減小，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)會增大。同樣，隨煙溫降低，漏風后相應(yīng)受熱面?zhèn)鳠崃繙p少的幅度逐步降低。在實際運行中，應(yīng)盡量減少爐膛出口處受熱面的漏風，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)熱器漏風會使鍋爐效率下降，但熱端漏風的影響比冷端大，主要原因是熱端漏風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)計制造和運行中，特別要嚴格控制空氣預(yù)熱器熱端的漏風。
漏風不僅會引起排煙熱損失，影響傳熱性能，還會使漏風以后的受熱面磨損加劇，引風機電耗增加以及因漏風過大而迫使鍋爐降低出力運行，所以應(yīng)努力設(shè)法把漏風減少到最低限度。
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日常使用家用燃氣鍋爐需注意的事項
