电站锅炉空气预热器性能计算及编程

汤连飞

（辽宁大唐国际锦州热电有限责任公司，辽宁 锦州 121000）

【摘要】本文以三分仓回转式空气预热器为研究对象，以ASME PTC 4.3-1968为基础，首先介绍空气预热器性能试验的各种算法，然后通过Borland C++ Builder 6.0编写成易操作型软件。程序中包括以下计算模块：漏风率计算、热力性能计算以及阻力性能计算。该程序可以根据空气预热器的现场运行数据对该空气预热器进行性能评价，还可以用于分析某个参数的变化对空气预热器的影响，预测空气预热器不正常运行状态的出现以及分析其原因。

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关键词 回转式空气预热器；漏风率；热力性能；阻力性能

0　引言

我国以煤炭为主的能源结构短期内难以根本改变。火力发电是我国煤炭消费大户，因此，火电能源消耗基数较大，即使有百分之零点几的改进，都可以为节能减排作出重大贡献。空气预热器是锅炉尾部烟道中重要的受热面，用于提高锅炉的热交换性能，降低能量消耗。它是整个锅炉沿烟气流程的最后一个热交换设备，其排烟温度的高低反映了整个锅炉的热效率的高低，而空气预热器的出口风量、风温直接影响炉膛的燃烧和制粉系统的运行，所以空气预热器在整个锅炉设备中的作用是十分重要的。截至1996年年底已投产的大容量锅炉机组，无论是进口还是国产设备，几乎全部采用回转式空气预热器。作者根据ASME PTC 4.3-1968标准对空预器的性能进行计算，并编写了空气预热器热力性能计算程序。

1　实验模型

　　本文以某电厂的300MW机组为研究对象，分析计算了空气预热器的热力学运行性能并编制了计算程序。电站锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的HG1025/540型亚临界、一次中间再热自然循环汽包炉，单炉膛∏型，燃烧器布置于炉膛四角，切园燃烧，尾部双烟道结构，采用挡板调节再热汽温，固态排渣，全钢架悬吊结构，平衡通风，半露天岛式布置。锅炉主要额定参数如下：主蒸汽流量：1025t/h；过热蒸汽出口温度：540℃；过热蒸汽出口压力：17.35MPa；机组额定发电功率：300MW；给水温度：280℃。

电站锅炉燃煤的煤质将直接影响锅炉空预器中烟气的组成成分，从而影响空预器的换热以及空预器出口热空气的温度，并且最终会影响机组的运行性能。本文选用的煤种为义马烟煤，关于义马烟煤的相关运行参数可以从一些设计手册中查出。

2　空气预热器漏风性能计算

2.1　漏风率的定义

由于回转式空气预热器自身的特点，空气预热器的烟气侧与空气侧并不是绝对隔离的，二者之间存在缝隙，由于这个缝隙的存在，难免就会造成空气预热器中空气侧的空气漏入压力较低的烟气侧。为了分析空预器的这个特点，我们定义了一个空气漏风率的概念。空气漏风率是指在空气预热器中由空气侧漏入烟气侧的空气质量占空气预热器入口烟气质量百分比。即：

式中：AL——空气预热器的漏风率，%；MrFgEn——进入空气预热器的烟气量，kg/h；MrFgLv——离开空气预热器的烟气量，kg/h。

2.2　漏风率修正

空气预热器的漏风最主要的原因是一次风、二次风侧的烟气压力远大于烟气侧压力所致的直接漏风。这些参数对于空气预热器漏风的影响非常大，且远大于对锅炉的影响。由于存在这么大的影响，如果空气预热器运行的条件发生严重改变，对空气预热器漏风率的修正就显得十分重要。

修正的计算公式可按相对量与绝对量分为两类，两类计算公式分别从漏风的绝对量和相对量的角度修正了一二次风等对漏风量大的影响，具体公式可以参看锅炉设计手册。

3　空气预热器热力计算

3.1　主要计算参数

对于空气预热器来说有很多的参数可以反映空气预热器的运行性能，这些指标往往可以从不同的方面反映空气预热器的运行效果和设计的合理性。首先就是空气预热器的烟气侧的传热效率，烟气侧传热效率可以反映烟气侧热量的利用程度，它可以很好的反映空气预热器烟气侧设计的合理性。然后就是无漏风下空气预热器出口烟气温度，显然出口烟气的温度越低，说明空气预热器的效果越好，锅炉的热利用率比较高，合理的设计空气预热器降低排烟温度可以从一定程度上实现锅炉排烟的余热利用。最后需要考虑的就是通过空气预热器的空气热容量与通过空气预热器的烟气热容量的比值，这个参数可以直接体现空气预热器烟气侧与空气侧换热的换热效果。

3.2　计算结果修正

基于实际工况下空气预热器的性能试验，至少考虑漏风、入口空气温度、入口烟气流量、入口烟温等参数改变造成的影响。所以本文考虑到对以上计算结果进行如下几方面的修正：1）入口空气温度的修正；2）空气预热器入口烟气温度为设计值，且存在漏风的情况下，需要考虑漏风影响进行修正。

4　阻力特性修正

烟气与空气在流过空气预热器的过程中都会存在压降，这部分压降是由于空气预热器中流过烟气和空气时存在阻力造成的，而以前的文献在分析过程中未考虑这不分压力和换热过程中的阻力，这会对计算结果的准确性造成一定的影响，本文通过一定的计算方案对烟气侧以及空气侧的阻力进行了修正。

5　空预器热力计算软件设计

根据上述理论分析及计算准则，采用面向对象语言BCB（Borland C++ Builder 6.0）以窗体为分隔对象，编写合适的空气预热器性能计算程序来实现。

C++ Builder是由Borland公司推出的一款可视化集成开发工具。该软件具有快速的可视化开发环境，只要简单地把控件（Component）拖到窗体（Form）上，定义一下它的属性，设置一下它的外观，就可以快速地建立应用程序界面，与我们用的比较多的编程软件Visual Basic有很大的相似点，正是由于该软件的易用性，该软件在工程领域得到了很多的应用；C++ Builder内置了100多个完全封装了Windows公用特性且具有完全可扩展性（包括全面支持ActiveX控件）的可重用控件；C++ Builder具有一个专业C++开发环境所能提供的全部功能：快速、高效、灵活的编译器优化，逐步连接，CPU透视，命令行工具等。它实现了可视化的编程环境和功能强大的编程语言（C++）的完美结合。

本文就是在该软件的基础上实现的空预器热力计算软件的设计的，利用软件的可视化功能建立了空气预热器热力计算的整个过程，通过该软件只要输入一些工程中已知的参数变量就可以得到空气预热器一些热力学参数，如烟气侧传热效率、排烟温度以及烟气侧与空气侧热容量的比值等，将一些复杂的计算交给计算机来完成的缩短了空气预热器热力计算周期，减少了热力计算的工作量，具有很大的应用价值。本文利用该软件对某锅炉的一个空气预热器进行了理论计算研究，并且与实际锅炉空气预热器的一些参数进行了对比，计算值与实际值相差极小，具有一定的计算精度，验证该软件对空气预热器的热力计算是正确的，可以应用于其他空气预热器的热力计算。

6　结论

本文基于ASME PTC 4.3—1968中的算法，建立了三分仓回转式空气预热器运行性能计算模型，提出了关于空气预热器运行中的一些主要的计算参数，并且从主要影响因素角度对这些计算参数的计算结果进行了修正，使其达到实际应用的需求。根据所确立的空气预热器的热力计算方法，基于可视化编程语言Borland C++ Builder 6.0编写空气预热器热力性能计算软件。现将本文的主要成果和结论总结如下：

1）本文编制的空气预热器热力性能计算软件可以实现以下功能：

（1）根据电厂提供的相关数据，对空气预热器的漏风率、热力性能、阻力特性进行了计算及修正，尤其是对于空气预热器的漏风程度、排烟温度的异常可以进行实时判断;

（2）对空气预热器的漏风率进行监测，及时发现是否存在漏风严重的现象;

（3）实现空气预热器的变工况热力计算分析和多变量综合计算分析，定量分析各个运行参数（包括煤质分析、系统漏风率、烟气侧空气侧阻力、排烟温度等）对空气预热器性能的影响。

2）根据本软件的计算结果和预测结果与电厂所提供数据基本符合，表明本计算程序是正确的。可以达到实际应用中应有的精度。

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参考文献

［1］钱家麟，等.管式加热炉[M].中国石化工出版社，1987.

［2］郑体宽,杨晨.热力发电厂[M].中国电力出版社，2008.

［3］林旭.空气预热器漏风率测试要点及计算方法分析[J].电力与电工，2009，29（3）：25-27.

［责任编辑：薛俊歌］