分析锅炉本体漏风对锅炉热效率的影响

摘 要：针对锅炉系统运行时的热效率受锅炉本体漏风因素的影响，本文根据并采用现行ASME PTC 4.1标准对漏风量和烟气量、基准温度、排烟温度间的关系进行分析计算，并结合运行经验提出锅炉本体产生漏风的原因与改进措施，以此为锅炉本体漏风防治提供理论参考。

关键词：锅炉本体漏风；锅炉热效率

锅炉系统是火力发电机组重要组成部分，如果其发生漏风等问题，则必然影响系统热效率，导致机组运行不经济。因此，有必要对这一问题及其造成的影响进行深入分析，并探讨有效的防治对策。

1 锅炉排烟中热损失的分析计算

现阶段我国新建大规模火力发电机组在投入使用之前必须实施系统的热效率检测与考核，一般都将现行ASME PTC 4.1标准作为热效率检测与考核依据。基于此，本次研究也采用这套标准对锅炉排烟当中的热损失进行分析计算，相关计算方法如下。

对于干烟气热损失（可表示为LG"），主要用以下公式進行计算：

LG"=WG"×CPG"（tG-tRA）（1）

式（1）中，LG"表示干烟气热损失；WG"表示燃料充分燃烧后释放的干烟气总量，单位：kg/kg；CpG"表示释放出的干烟气比热，一般取平均值，单位：kJ/（m3·K）；tG表示与机组脱离之后烟气的实际温度，单位：℃；tRA表示基准温度，单位：℃。

释放出的干烟气比热CpG"，在锅炉当中燃烧煤质的实际变化相对较小时，其数值将与1.0十分接近，且不会产生太大的变化，所以它的热损失实际上是由燃料充分燃烧后释放的干烟气总量WG"、与机组脱离之后烟气的实际温度tG与基准温度tRA三者决定的。如果锅炉的密封不严，发生漏风，则以上三者都会受到一定程度的影响，导致排烟热损失增加，减小热效率，而为了不影响正常发电，只能增大燃料的实际投入量。由此可见，在实际的生产运行过程中，必须对漏风率予以严格、有效的控制。

1.1 烟气量和漏风量之间的关系

燃料充分燃烧后释放的干烟气总量WG"一般采用以下公式进行计算：

（2）

式（2）中，[CO2]表示二氧化碳在释放出的烟气中的体积百分比，单位：%；[O2]表示氧气在释放出的烟气中的体积百分比，单位：%；[CO]表示表示一氧化碳在释放出的烟气中的体积百分比，单位：%；[N2]表示表示氮气在释放出的烟气中的体积百分比，单位：%；Cb表示燃料充分燃烧碳的质量，单位：kg/kg；[S]表示硫质量百分比，单位：%。

从上式中可以看出，燃料充分燃烧后释放的干烟气总量WG"取决于烟气成分。如果锅炉系统的过量空气系数等于或大于设计标准，则燃料将进行充分燃烧，基本不产生一氧化碳，在这种条件下，燃料充分燃烧碳的质量Cb将与二氧化碳总量恒定，锅炉的漏风量随之增加，连通二氧化碳被排除机组之外，采用单位质量燃料进行计算得出的烟气总量必然明显增加。

1.2 基准温度和漏风量之间的关系

对于基准温度而言，它主要是指对热损失进行对比需要用到的基础温度。对锅炉系统热效率实施考核的过程中，这一温度实际上是进入系统所有部位空气温度的加权平均值，原则上仅可以进入一、二次风，并且还要有一定组织性。如果锅炉本体有漏风的问题，则进入到锅炉中的空气将不再是要求的一、二次风，具体组分将变成一、二次风以及各部位漏风，对此可以使用以下公式进行表达：

G=G1+G2+ΣGl（3）

式（3）中，G表示锅炉系统的通风总量，单位：t/h；G1表示锅炉系统一次风的实际通风量，单位：t/h；G2表示锅炉系统二次风的实际通风量，单位：t/h；∑Gl表示漏风总量，单位：t/h。

在对锅炉系统的热效率进行计算时，若系统并未出现较大漏风，则∑Gl基本可以忽略；而系统存在相对严重的漏风现象时，则系统中进入的漏风总量将明显增大，不可忽略∑Gl及其带来的影响。

在系统发生相对严重的漏风现象时，在对基准温度进行计算的过程中，必须充分漏风及其影响，采用下列计算公式：

（4）

式（4）中，t1表示系统中进入的一次风的实际温度，单位：℃；t2表示系统中进入的二次风的实际温度，单位：℃；tl表示系统中进入的漏风的温度，一般取各部位平均值，单位：℃。

按照现行ASME PTC 4.1标准针对锅炉系统边界作出的规范划分，在对锅炉系统效率实施标准试验的过程中，一、二次进风的实际温度可选对应风机出口处温度。在风机叶片的作用下，空气自身能量有所增加，表现为一方面是动能的直接增加，另一方面温度也将出现提高，一般在10℃-20℃之间，这也就是说系统中进入的风，其温度势必高于环境温度，而高出的大小即空气在风机中的温升。

由此可见，如果锅炉本体有漏风的问题，则进入到系统中的风，将有一部分温度和环境温度十分接近，在使用上式对基准温度实施计算时，所得结果将低于没有漏风的实际情况。总结后还可得出，如果锅炉本体实际漏风量超过总量10%，则通过计算得出的基准温度数值将比没有漏风低约2℃。

1.3 排烟温度和漏风量之间的关系

对锅炉系统而言，排烟温度将直接影响系统排烟热损失，而系统效率又被燃烧消失和包括结构（下转第199页）（上接第197页）损失在内的所有损失决定，所以可将锅炉本体漏风视作结构损失。如果锅炉本体有漏风的问题，则炉膛原有配风方式将遭到破坏，导致空气动力场出现不同程度的变形，使火焰的中心位置发生变化，提高排烟的实际温度，严重时还会造成结焦。进一步研究表明，锅炉系统炉膛漏风系统每增加0.1-0.2，则排烟实际温度将提高3℃-5℃，导致锅炉系统效率降低0.2%-0.5%。

2 锅炉本体产生漏风的原因与改进措施

2.1 炉底漏风

炉底漏风现象在干式除渣锅炉中最为常见。对于干式除渣而言，它是现阶段大规模锅炉系统常用技术手段，依靠炉膛内的负压使炉底冷风进入炉内对炉渣进行快速冷却，其最大的优势在于可以大量减少水资源消耗，但也存在容易发生漏风的缺陷，特别是在燃烧容易发生结焦的燃料时，为充分冷却燃烧产生的炉渣与焦块，往往要开大除渣系统冷风进门，以此增加进入系统的冷风量，但这些增加的冷风本质上属于漏风，或以漏风形式从外界进入系统，致使基准温度明显降低，导致空气动力场出现不同程度的变形，使火焰的中心位置发生变化，提高排烟的实际温度，最终降低系统效率。

通过以上分析可知，干式除渣锅炉以其独特的炉渣冷却方式为漏风的产生提供了相对良好的条件，是漏风问题的重点防范对象之一。因此，在实际的生产运行过程中，一方面要认识到这种锅炉的特点，另一方面则要在确保炉渣得以正确冷却的前提下，严格控制除渣系统风门实际开度，尽可能将其控制在最小的程度。

2.2 因人孔门、窥视孔等没有严密关闭造成的漏风

人孔门的作用在于为系统检修提供方便，而窥视孔则是为了方便人员时刻观察炉内燃烧情况，这两者在系统正常运行过程中都不允许长时间开启，而且在使用结束以后还要严密关闭，否则将在这些部位出现漏风，对系统正常运行及运行效率造成影响。对于现场运行人员，一方面要对人孔门、窥视孔进行及时关闭，另一方面要随时检查关闭能够达到严密。

3 结束语

综上所述，锅炉本体一旦发生漏风将使基准温度明显降低，增大排烟温度和烟气总量，受这三项因素影响后，系统干烟气热损失开始升高，导致系统热效率下降，而为了不影响正常发电，只能通过燃料投入量的增加来弥补。可见，减少或从根本上避免漏风，对提高锅炉系统热效率有重要作用。

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作者简介：

曾勇，男，本科，目前从事锅炉本体检修维护工作。