CN104458149B - 一种空气预热器漏风计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空气预热器漏风计算方法，通过一氧化氮中氮质量守恒，推导出空气预热器进出口烟气体积之间的比值关系，并根据相关的关联公式，计算出空气预热器漏风率。通过测量一氧化氮浓度变化来推导空气预热器漏风率，该方法从定义上对空气预热器漏风率进行推导测量，相比于当前的氧量法经验公式计算更加精确，相比于直接从定义测量烟气质量来推导漏风率更加简便、精度更高。

Description

一种空气预热器漏风计算方法

技术领域

本发明属于锅炉测试技术，尤其是适用于空气预热器漏风在线计算方法或空气预热器性能检测技术领域。

技术背景

空气预热器漏风大小是空气预热器整体性能的一个重要指标，空气预热器漏风率定义为漏入空气预热器烟气侧的空气质量与进入空气预热器的烟气质量之比，见式(1)：

$A_L=\frac{\mathrm{\Δ}{m}_k}{m_y^{\′}}\×100=\frac{m_y^{\′\′}-m_y^{\′}}{m_y^{\′}}\×100---\left(1\right)$

式中：A_L——空气预热器漏风率，％；

Δm_k——漏入空气预热器烟气侧的空气质量，kg/kg,kg/m³；

m'_y、m″_y——分别为烟道进、出口处烟气质量，kg/kg,kg/m³。

直接测量烟气的质量不仅需要消耗大量的时间和人力物力，而且由于烟气成分、烟气截面流速等因素影响，测量的误差较大。

当前空气预热器漏风计算常采用以下两种方法，一种方法为GB10184标准提出的通过测量空气预热器进、出口烟气氧量，计算后得出，具体如下：

同时测定相应烟道进出口烟气的三原子气体(RO₂)体积含量百分率，并按经验公式(2)：

$\mathrm{AL}=\frac{{\mathrm{RO}}_2^{\′}-{\mathrm{RO}}_2^{\′\′}}{{\mathrm{RO}}_2^{\′\′}}\×90---\left(2\right)$

式中：RO'₂——相应烟道反应段进口烟气三原子气体(RO₂)体积含量百分率，％；

RO″₂——相应烟道反应段出口烟气三原子气体(RO₂)体积含量百分率，％。

通常根据漏风率与漏风系数的关系按照下式(3)进行测量计算：

$\mathrm{AL}=\frac{{\mathrm{\α}}^{\′\′}-{\mathrm{\α}}^{\′}}{{\mathrm{\α}}^{\′\′}}\×90---\left(3\right)$

式中：α″、α'——分别为烟道进、出口处烟气过量空气系数。

由于过量空气系数为式(4)：

$\mathrm{\α}=\frac{21}{21-O_2}---\left(4\right)$

简化计算为式(5)：

$\mathrm{AL}=\frac{O_2^{\′\′}-O_2^{\′}}{{21-O}_2^{\′\′}}\×90\%---\left(5\right)$

式中：O₂″——空气预热器入口烟气含氧量，％；

O₂'——空气预热器进口烟气含氧量，％。

另一种方法为ASME PTC标准中提到的通过测量空气预热器进出口烟气二氧化碳含量，计算后得出，见式(6)。

式中：——空气预热器进口CO₂体积含量百分率，％；

——空气预热器出口CO₂体积含量百分率，％。

很明显两种方法都是基于漏风后烟气中的氧量或二氧化碳含量变化，而由于氧量或二氧化碳含量本来浓度就高(相比于其他组分，除氮气外)，这些组分的单位都是“％”，相比于NO测量的ppm单位来说，精度较差，尤其是在性能考核这样高精度要求的试验中，而测量烟气中的NO含量，由于通常在几百ppm，因此其测量精度可达0.001％，相比于氧量和二氧化碳的0.1％要高得多。

根据相关的试验研究证明，炉型一定的机组，当氧量发生变化时，二氧化碳含量也会发生变化(其中包含燃烧充分性因素)，NO也会发生相应变化，但是相比于前两者的幅度，NO的波动幅度远小于上述两种参数。

发明内容

本发明的目的正是为了克服上述现有方法存在的缺陷，通过测量烟气成分提供一种空气预热器漏风计算方法，这种计算方法提高了空气预热器漏风测量精度、减小了测量误差。

本发明的技术方案如下：

一种空气预热器漏风计算方法，本发明特征是：

(1)根据一氧化氮中氮质量守恒的原理，将空气预热器进出口烟气的体积比转化至烟气中氮氧化物的质量分数比，即有

V′_y、V″_y、——分别为空气预热器进、出口烟气体积，m³/kg；

NO′_y、NO″_y——分别为空气预热器进、出口烟气中一氧化氮质量分数，kg/m³；

(2)由空气预热器漏风率定义推导出漏风率与一氧化氮浓度的关联公式；

其计算方法为：

根据漏风率定义，有式(7)：

$\begin{array}{c}{A}_L=\frac{{\mathrm{\Δm}}_k}{m_y^{\′}}\×100=\frac{m_y^{\′\′}-m_y^{\′}}{m_y^{\′}}\×100\\ =\frac{V_y^{\′\′}{\mathrm{\ρ}}_y^{\′\′}-V_y^{\′}{\mathrm{\ρ}}_y^{\′}}{V_y^{\′}{\mathrm{\ρ}}_y^{\′}}\×100\end{array}---\left(7\right)$

式中：

A_L——漏风率，％；

V′_y、V″_y、——分别为空气预热器进、出口烟气体积，m³/kg；

ρ′_y、ρ″_y——分别为空气预热器进、出口烟气密度，kg/m³。

根据进出空气预热器NO质量守恒，可得出式(8)

NO'_yV'_y+NO_LV_L＝NO″_yV_y″ (8)

上式中：

V_L——漏入空气预热器烟气侧的一、二次风体积，m³/kg；

NO_L——漏入空气预热器烟气侧一、二次风中的一氧化氮质量分数，kg/m³；

NO′_y、NO″_y——分别为空气预热器进、出口烟气中一氧化氮质量分数，kg/m³。由于空气中一氧化氮几乎为零，因此可视为NO_L＝0。

据此式(8)可以简化为式(9)：

NO'_yV'_y＝NO″_yV_y″ (9)

即 $\frac{V_y^{\′\′}}{V_y^{\′}}=\frac{{\mathrm{NO}}_y^{\′}}{{\mathrm{NO}}_y^{\′\′}}---\left(10\right)$

将该式代入漏风率定义式中可得式(11)：

$A_L=100\×(\frac{{\mathrm{NO}}_y^{\′}}{{\mathrm{NO}}_y^{\′\′}}\×\frac{{\mathrm{\ρ}}_y^{\′\′}}{{\mathrm{\ρ}}_y^{\′}}-1)---\left(11\right)$

上式中：

烟气密度ρ′_y、ρ″_y可根据式(12)计算：

$\mathrm{\ρ}={\mathrm{\ρ}}_n\×\frac{273}{273+t}\×\frac{\mathrm{Ba}+P_s}{101325}---\left(12\right)$

式中：ρ_n——标准状态下湿烟气密度，kg/Nm³，一般取1.34。

t——测量断面内烟气平均温度，℃；

P_s——测量断面内烟气静压，Pa；

Ba——大气压力，Pa。

则有：

$\frac{{\mathrm{\ρ}}_y^{\′\′}}{{\mathrm{\ρ}}_y^{\′}}=\frac{273+t^{\′}}{273+t^{\′\′}}\×\frac{\mathrm{Ba}+P_s^{\′\′}}{\mathrm{Ba}+P_s^{\′}}---\left(13\right)$

式中：

t′、t″——分别为空气预热器进、出口测量断面烟气平均温度，℃；

P′_s、P″_s——分别为空气预热器进、出口测量断面烟气静压，Pa。

通常烟气分析仪器测量的一氧化氮单位均为ppm，假设烟气中一氧化氮浓度分别为NO'_yv、NO″_yv则有：

${\mathrm{NO}}_y^{\′}=(M/22.4)\×{\mathrm{NO}}_{\mathrm{yv}}^{\′}\×\frac{273}{273+t^{\′}}\×\frac{\mathrm{Ba}+P_s^{\′}}{101325}\×{10}^{-6}---\left(14\right)$

${\mathrm{NO}}_y^{\′\′}=(M/22.4)\×{\mathrm{NO}}_{\mathrm{yv}}^{\′\′}\×\frac{273}{273+t^{\′\′}}\×\frac{\mathrm{Ba}+P_s^{\′\′}}{101325}\×{10}^{-6}---\left(15\right)$

式中：

M——为一氧化氮分子量，取28。

由此可推导出：

$\frac{{\mathrm{NO}}_y^{\′}}{{\mathrm{NO}}_y^{\′\′}}=\frac{{\mathrm{NO}}_{\mathrm{yv}}^{\′}}{{\mathrm{NO}}_{\mathrm{yv}}^{\′\′}}\×\frac{273+t^{\′\′}}{273+t^{\′}}\×\frac{\mathrm{Ba}+P_s^{\′}}{\mathrm{Ba}+P_s^{\′\′}}---\left(16\right)$

根据式(13)和式(16)可得出：

$\frac{{\mathrm{NO}}_y^{\′}}{{\mathrm{NO}}_y^{\′\′}}\×\frac{{\mathrm{\ρ}}_y^{\′\′}}{{\mathrm{\ρ}}_y^{\′}}=\frac{{\mathrm{NO}}_{\mathrm{yv}}^{\′}}{{\mathrm{NO}}_{\mathrm{yv}}^{\′\′}}---\left(17\right)$

即空预器漏风率为：

$A_L=100\×(\frac{{\mathrm{NO}}_{\mathrm{yv}}^{\′}}{{\mathrm{NO}}_{\mathrm{yv}}^{\′\′}}-1)---\left(18\right)$

本发明的有益效果是，通过测量烟气中一氧化氮的浓度提供一种空气预热器漏风计算方法，提高了空气预热器漏风测量精度、减小了测量误差。

具体实施方式

该方法的具体实施方式为：

(1)测量前的机组运行条件及烟气采样测点布置依据GB10184标准执行。

(2)同时测量空气预热器进出口截面烟气中的NO浓度(ppm)，即得出NO'_yv、NO″_yv数值。

(3)根据式(18)计算空气预热器漏风率A_L。

Claims (1)

1.一种空气预热器漏风计算方法，其特征是：

(1)根据一氧化氮中氮质量守恒的原理，将空气预热器进出口烟气的体积比转化至烟气中氮氧化物的质量分数比，即有

V′_y、V″_y、——分别为空气预热器进、出口烟气体积，m³/kg；

NO′_y、NO″_y——分别为空气预热器进、出口烟气中一氧化氮质量分数，kg/m³；

(2)由空气预热器漏风率定义推导出漏风率与一氧化氮浓度的关联公式，即漏风率A_L：

$A_L=100\×(\frac{{\mathrm{NO}}_{yv}^{\′}}{{\mathrm{NO}}_{yv}^{\′\′}}-1);$

其计算方法为：

根据漏风率定义，有式(1)：

$\begin{array}{c}{A}_L=\frac{{\mathrm{\Δm}}_k}{m_y^{\′}}\×100=\frac{m_y^{\′\′}-m_y^{\′}}{m_y^{\′}}\×100\\ =\frac{V_y^{\′\′}{\mathrm{\ρ}}_y^{\′\′}-V_y^{\′}{\mathrm{\ρ}}_y^{\′}}{V_y^{\′}{\mathrm{\ρ}}_y^{\′}}\×100\end{array}---\left(1\right)$

式中：

A_L——漏风率，％；

V′_y、V″_y、——分别为空气预热器进、出口烟气体积，m³/kg；

ρ′_y、ρ″_y——分别为空气预热器进、出口烟气密度，kg/m³；

根据进出空气预热器NO质量守恒，可得出式(2)

NO′_yV′_y+NO_LV_L＝NO″_yV″_y (2)

上式中：

V_L——漏入空气预热器烟气侧的一、二次风体积，m³/kg；

NO_L——漏入空气预热器烟气侧一、二次风中的一氧化氮质量分数，kg/m³；

NO′_y、NO″_y——分别为空气预热器进、出口烟气中一氧化氮质量分数，kg/m³；

由于空气中一氧化氮几乎为零，因此可视为NO_L＝0；

据此式(2)可以简化为式(3)：

NO′_yV′_y＝NO″_yV″_y (3)

将该式代入漏风率定义式中可得式(4)：

$A_L=100\×(\frac{{\mathrm{NO}}_y^{\′}}{{\mathrm{NO}}_y^{\′\′}}\×\frac{{\mathrm{\ρ}}_y^{\′\′}}{{\mathrm{\ρ}}_y^{\′}}-1)---\left(4\right)$

上式中：

烟气密度ρ′_y、ρ″_y可根据式(5)计算：

$\mathrm{\ρ}={\mathrm{\ρ}}_n\×\frac{273}{273+t}\×\frac{Ba+P_s}{101325}---\left(5\right)$

式中：ρ_n——标准状态下湿烟气密度，kg/Nm³，一般取1.34；

t——测量断面内烟气平均温度，℃；

P_s——测量断面内烟气静压，Pa；

Ba——大气压力，Pa；

则有：

$\frac{{\mathrm{\ρ}}_y^{\′\′}}{{\mathrm{\ρ}}_y^{\′}}=\frac{273+t^{\′}}{273+t^{\′\′}}\×\frac{Ba+P_s^{\′\′}}{Ba+P_s^{\′}}---\left(6\right)$

式中：

t′、t″——分别为空气预热器进、出口测量断面烟气平均温度，℃；

P′_s、P″_s——分别为空气预热器进、出口测量断面烟气静压，Pa；

通常烟气分析仪器测量的一氧化氮单位均为ppm，假设烟气中一氧化氮浓度分别为NO′_yv、NO″_yv则有：

${\mathrm{NO}}_y^{\′}=(M/22.4)\×{\mathrm{NO}}_{yv}^{\′}\×\frac{273}{273+t^{\′}}\×\frac{Ba+P_s^{\′}}{101325}\×{10}^{-6}---\left(7\right)$

${\mathrm{NO}}_y^{\′\′}=(M/22.4)\×{\mathrm{NO}}_{yv}^{\′\′}\×\frac{273}{273+t^{\′\′}}\×\frac{Ba+P_s^{\′\′}}{101325}\×{10}^{-6}---\left(8\right)$

式中：

M——为一氧化氮分子量，取28；

由此可推导出：

$\frac{{\mathrm{NO}}_y^{\′}}{{\mathrm{NO}}_y^{\′\′}}=\frac{{\mathrm{NO}}_{yv}^{\′}}{{\mathrm{NO}}_{yv}^{\′\′}}\×\frac{273+t^{\′\′}}{273+t^{\′}}\×\frac{Ba+P_s^{\′}}{Ba+P_s^{\′\′}}---\left(9\right)$

根据式(6)和式(9)可得出：

$\frac{{\mathrm{NO}}_y^{\′}}{{\mathrm{NO}}_y^{\′\′}}\×\frac{{\mathrm{\ρ}}_y^{\′\′}}{{\mathrm{\ρ}}_y^{\′}}=\frac{{\mathrm{NO}}_{yv}^{\′}}{{\mathrm{NO}}_{yv}^{\′\′}}---\left(10\right)$

即漏风率为：

$A_L=100\×(\frac{{\mathrm{NO}}_{yv}^{\′}}{{\mathrm{NO}}_{yv}^{\′\′}}-1).$