CN104615895A - 煤粉与高炉煤气混烧锅炉空气预热器漏风率的测算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤粉与高炉煤气混烧锅炉空气预热器漏风率的测算方法，主要为了精确求解煤粉与高炉煤气混烧锅炉的空气预热器漏风率而设计。本发明煤粉与高炉煤气混烧锅炉空气预热器漏风率的测算方法，包括获取计算漏风率所需的基础数据；获取标准状态下的高炉煤气密度；将所述高炉煤气成分数据转化为以收到基质量含量百分率表示的成分数据；获取混合燃料特性数据；通过计算分别获取单位质量混合燃料燃烧需要的理论干空气量、空气预热器进口和出口处分别对应的实际干烟气量、空气预热器进口和出口处分别对应的过量空气系数以及煤粉与高炉煤气混烧锅炉空气预热器漏风率。本发明能够精确分析测算煤粉与高炉煤气混烧锅炉的空气预热器的漏风率。

Description

煤粉与高炉煤气混烧锅炉空气预热器漏风率的测算方法

技术领域

本发明涉及热能工程的锅炉领域，尤其涉及一种煤粉与高炉煤气混烧锅炉空气预热器漏风率的测算方法。

背景技术

钢铁企业在冶炼过程中产生了大量的副产煤气，包括高炉煤气、焦炉煤气及转炉煤气，其中高炉煤气的产量最大，每冶炼1t生铁可相应产生3500-4000m³高炉煤气。高炉煤气中的不可燃成分(包括N₂和CO₂)含量高达80％左右，造成了高炉煤气的低热值、不易燃烧等缺点，导致目前许多钢铁厂对高炉煤气的利用都不够充分。如何利用好钢铁生产工艺中副产的高炉煤气资源，是相关技术人员普遍关心的问题。

近年来，煤粉与高炉煤气混烧锅炉在一些钢铁厂取得成功应用并得到逐步推广。通过高炉煤气与煤粉混烧的方式，有效地解决了高炉煤气单独燃烧较为困难的缺陷。而从钢铁厂的角度来看，采用混烧锅炉能较好地利用高炉煤气，降低高炉煤气的放散率，且有助于实现煤气管网的平衡。此外，锅炉混烧煤气后，SO₂、NOx和粉尘颗粒物的排放量与传统的煤粉锅炉相比均有较大幅度的降低。因此，煤粉与高炉煤气混烧锅炉在钢铁行业具有广阔的应用前景，尤其是在当前资源日益紧张和环保要求越来越高的形势下，更能凸显其经济效益和社会效益。

空气预热器漏风属于锅炉运行过程中出现的常见问题，也是影响锅炉运行经济性的主要因素之一。空气预热器的漏风率测试是锅炉机组大小修前后必须进行的项目，许多电厂还会在运行过程中定期组织进行空气预热器漏风率的自测。目前，工程上主要依据GB 10184-88《电站锅炉性能试验规程》对空气预热器的漏风率进行测算，国标GB 10184-88在附录K中提供了空气预热器漏风率的测算方法，因其简便易行，故得到广泛的应用。即通过同时测定空气预热器进口烟气中三原子气体RO₂的体积含量百分率RO′₂和空气预热器出口烟气中三原子气体RO₂的体积含量百分率RO″₂，然后按公式计算得到空气预热器的漏风率。该方法只需要测试两个参数即可求得漏风率，简便易行，故得到广泛的应用。然而，该方法是针对常规的燃煤锅炉推导出来的经验方法，适用于常规燃煤锅炉，对于煤粉与高炉煤气混烧锅炉却不适用(这主要是因为高炉煤气的燃料成分与煤有很大区别，导致煤粉与高炉煤气混烧锅炉空气预热器漏风率的求解过程与常规燃煤锅炉有很大不同，较常规锅炉要复杂很多)，如果仍然套用国标GB10184-88中的方法必然会导致结果大大偏离真实值，从而失去有效性。

因此，构建一个适用于煤粉与高炉煤气混烧锅炉的空气预热器漏风率的测算方法，以精确分析煤粉与高炉煤气混烧锅炉的空气预热器的漏风率，为煤粉与高炉煤气混烧锅炉空气预热器的性能考核、设备维护和改造提供依据，具有重要的实用意义。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种能够精确分析出煤粉与高炉煤气混烧锅炉的空气预热器漏风率的煤粉与高炉煤气混烧锅炉空气预热器漏风率的测算方法。

为达到上述目的，本发明煤粉与高炉煤气混烧锅炉空气预热器漏风率的测算方法，所述的测算方法包括：

分别获取燃煤成分数据、高炉煤气成分数据、灰渣取样分析数据、烟气成分测量数据以及大气参数测量数据；其中所述灰渣取样分析数据包括飞灰含碳量和炉渣含碳量；所述烟气成分测量数据包括空气预热器进口处的干烟气成分数据和空气预热器出口处的干烟气成分数据；所述大气参数测量数据包括当地大气压力、大气相对湿度和环境温度；

根据所述高炉煤气成分数据获得标准状态下的高炉煤气密度；

根据所述高炉煤气密度将所述高炉煤气成分数据转化为以收到基质量含量百分率表示的成分数据；

根据所述烟气成分测量数据，采用迭代法获得混合燃料特性数据；

根据第一计算公式计算单位质量混合燃料燃烧需要的理论干空气量，所述第一计算公式为：

$V_{\mathrm{gk}}^0=0.0889(C_{\mathrm{ar}}^r+0.375S_{\mathrm{ar}})+0.265H_{\mathrm{ar}}-0.0333O_{\mathrm{ar}}$

其中，为所述单位质量混合燃料燃烧需要的理论干空气量；

为混合燃料收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率；

S_ar、H_ar、O_ar分别为混合燃料收到基硫元素质量含量百分率、混合燃料收到基氢元素质量含量百分率、混合燃料收到基氧元素质量含量百分率；

根据第二计算公式计算空气预热器进口处对应的实际干烟气量，所述第二计算公式为：

$V_{\mathrm{gy}}^{\′}=\frac{{1.866C}_{\mathrm{ar}}^r+0.7S_{\mathrm{ar}}+4.385H_{\mathrm{ar}}-0.553O_{\mathrm{ar}}+0.167N_{\mathrm{ar}}}{21-{\mathrm{\φ}}^{\′}\left(O_2\right)+0.395{\mathrm{\φ}}^{\′}\left(\mathrm{CO}\right)}$

其中，V′_gy为空气预热器进口处对应的单位质量混合燃料燃烧产生的实际干烟气量；

φ′(CO)、φ′(O₂)分别为空气预热器进口处的干烟气成分数据中CO、O₂的容积含量百分率实测值；

N_ar为混合燃料收到基氮元素质量含量百分率；

根据第三计算公式计算空气预热器出口处对应的实际干烟气量，所述第三计算公式为：

$V_{\mathrm{gy}}^{\′\′}=\frac{1.866C_{\mathrm{ar}}^r+0.7S_{\mathrm{ar}}+4.385H_{\mathrm{ar}}-0.553O_{\mathrm{ar}}+0.167N_{\mathrm{ar}}}{21-{\mathrm{\φ}}^{\′\′}\left(O_2\right)+0.395{\mathrm{\φ}}^{\′\′}\left(\mathrm{CO}\right)}$

其中，V″_gy为空气预热器出口处对应的单位质量混合燃料燃烧产生的实际干烟气量；

φ″(CO)和φ″(O₂)分别为所述空气预热器出口处的干烟气成分数据中CO和O₂的容积含量百分率实测值；

根据第四计算公式计算空气预热器进口处对应的过量空气系数，所述第四计算公式为：

${\mathrm{\α}}^{\′}=\frac{21}{21-79\frac{{\mathrm{\φ}}^{\′}\left(O_2\right)-0.5{\mathrm{\φ}}^{\′}\left(\mathrm{CO}\right)}{{\mathrm{\φ}}^{\′}\left(N_2\right)-\frac{0.8N_{\mathrm{ar}}}{V_{\mathrm{gy}}^{\′}}}}$

其中，α′为所述空气预热器进口处对应的过量空气系数；

φ′(O₂)、φ′(CO)、φ′(N₂)分别为所述空气预热器进口处的干烟气成分数据中O₂、CO、N₂的容积含量百分率实测值；

根据第五计算公式计算空气预热器出口处对应的过量空气系数，所述第五计算公式为：

${\mathrm{\α}}^{\′\′}=\frac{21}{21-79\frac{{\mathrm{\φ}}^{\′\′}\left(O_2\right)-0.5{\mathrm{\φ}}^{\′\′}\left(\mathrm{CO}\right)}{{\mathrm{\φ}}^{\′\′}\left(N_2\right)-\frac{0.8N_{\mathrm{ar}}}{V_{\mathrm{gy}}^{\′\′}}}}$

其中，α″为所述空气预热器出口处对应的过量空气系数；

φ″(O₂)、φ″(CO)、φ″(N₂)分别为所述空气预热器出口处的干烟气成分数据中O₂、CO、N₂的容积含量百分率实测值；

根据第六计算公式计算空气绝对湿度，所述第六计算公式为：

$d_k=0.622\frac{\mathrm{\φ}{p}_s}{100p_a-\mathrm{\φ}{p}_s}$

其中，d_k为所述空气绝对湿度；

p_a为所述当地大气压力；

φ为所述大气相对湿度；

p_s为所述环境温度下的水蒸气饱和压力；

根据第七计算公式计算煤粉与高炉煤气混烧锅炉空气预热器漏风率：

$A_L=\frac{1.293\left({1+d}_k\right)({\mathrm{\α}}^{\′\′}-{\mathrm{\α}}^{\′})V_{\mathrm{gk}}^0}{1-0.01A_{\mathrm{ar}}+1.293\left({1+d}_k\right){\mathrm{\α}}^{\′}{V}_{\mathrm{gk}}^0}\×100$

其中，A_L为所述空气预热器漏风率；

A_ar为混合燃料收到基灰分质量含量百分率。

本发明的有益效果：

本发明用于煤粉与高炉煤气混烧锅炉的空气预热器漏风率的测算，能够精确分析出煤粉与高炉煤气混烧锅炉的空气预热器的漏风率，为煤粉与高炉煤气混烧锅炉空气预热器的性能考核、设备维护和改造提供依据，具有重要的实用意义。

附图说明

图1是本发明煤粉与高炉煤气混烧锅炉空气预热器漏风率的测算方法中步骤2.3的流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。

本发明煤粉与高炉煤气混烧锅炉空气预热器漏风率的测算方法的具体步骤如下：

1、通过仪表测量和取样分析得到煤粉与高炉煤气混烧锅炉空气预热器计算所需的基础数据，所述基础数据具体包括：

燃煤成分数据

分别在给煤机和取粉管上进行原煤取样和煤粉取样，然后进行化验分析和计算处理得到燃煤成分数据，所述燃煤成分数据包括燃煤收到基工业分析数据和元素分析数据；其中所述燃煤收到基工业分析数据包括燃煤收到基灰分质量含量百分率，所述元素分析数据包括燃煤收到基碳元素质量含量百分率、燃煤收到基氢元素质量含量百分率、燃煤收到基氧元素质量含量百分率、燃煤收到基氮元素质量含量百分率、燃煤收到基硫元素质量含量百分率。

高炉煤气成分数据

在炉前高炉煤气总管上进行煤气取样，然后进行化验分析得到高炉煤气成分数据，所述高炉煤气成分数据包括高炉煤气中CO、CO₂、N₂、H₂、H₂S、H₂O、碳氢化合物C_mH_n的容积含量百分率φ(CO)、φ(CO₂)、φ(N₂)、φ(H₂)、φ(H₂S)、φ(H₂O)、φ(C_mH_n)。

灰渣取样分析数据

在空气预热器出口烟道内进行飞灰取样，在除渣机出口处进行炉渣取样，取样结束后进行飞灰可燃物含量和炉渣可燃物含量分析，分别得到飞灰含碳量和炉渣含碳量

烟气成分测量数据

在空气预热器进口烟道内按等截面网格法的原则，对烟气取样并通过烟气分析仪测试得到空气预热器进口处的干烟气成分数据，所述空气预热器进口处的干烟气成分数据包括空气预热器进口处干烟气中O₂、CO、N₂、三原子气体RO₂的容积含量百分率φ′(O₂)、φ′(CO)、φ′(N₂)、φ′(RO₂)；

在空气预热器出口烟道内按等截面网格法的原则，对烟气取样并通过烟气分析仪测试得到空气预热器出口处的干烟气成分数据，所述空气预热器出口处的干烟气成分数据包括空气预热器出口处干烟气中O₂、CO、N₂的容积含量百分率φ″(O₂)、φ″(CO)、φ″(N₂)。

大气参数测量数据

在送风机入口处，采用大气压力计测量得到当地大气压力p_a，采用湿度计测量得到大气相对湿度φ，采用温度计测量得到环境温度t₀。

2、根据步骤1获得的基础数据进行煤粉与高炉煤气混烧锅炉空气预热器漏风率计算，具体包括如下步骤：

2.1计算标准状态下的高炉煤气密度：

ρ_gas＝0.0125φ(CO)+0.0009φ(H₂)+Σ(0.0054m+0.00045n)φ(C_mH_n)+

                               (1)0.0152φ(H₂S)+0.0196φ(CO₂)+0.0125φ(N₂)+0.008φ(H₂O)

式中，ρ_gas为所述标准状态下的高炉煤气密度，kg/m³；

φ(CO)、φ(CO₂)、φ(N₂)、φ(H₂)、φ(H₂S)、φ(H₂O)、φ(C_mH_n)分别为高炉煤气中CO、CO₂、N₂、H₂、H₂S、H₂O、碳氢化合物C_mH_n的容积含量百分率，％。

2.2将所述高炉煤气成分数据换算为以收到基质量含量百分率表示的成分数据，具体换算公式如下：

${\left(C_{\mathrm{ar}}\right)}_{\mathrm{gas}}=\frac{0.54}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{gas}}}[\mathrm{\φ}\left(\mathrm{CO}\right)+\mathrm{\φ}\left({\mathrm{CO}}_2\right)+\mathrm{\Σm\φ}\left(C_m{H}_n\right)]---\left(2\right)$

${\left(H_{\mathrm{ar}}\right)}_{\mathrm{gas}}=\frac{0.045}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{gas}}}[2\mathrm{\φ}\left(H_2\right)+\mathrm{\Σn\φ}\left(C_m{H}_n\right)]---\left(3\right)$

${\left(O_{\mathrm{ar}}\right)}_{\mathrm{gas}}=\frac{0.715}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{gas}}}[\mathrm{\φ}\left(\mathrm{CO}\right)+2\mathrm{\φ}\left({\mathrm{CO}}_2\right)]---\left(4\right)$

${\left(N_{\mathrm{ar}}\right)}_{\mathrm{gas}}=\frac{1.25}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{gas}}}\mathrm{\φ}\left(N_2\right)---\left(5\right)$

${\left(S_{\mathrm{ar}}\right)}_{\mathrm{gas}}=\frac{1.43}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{gas}}}\mathrm{\φ}\left(H_{2}S\right)---\left(6\right)$

上述(2)至(6)式中，(C_ar)_gas、(H_ar)_gas、(O_ar)_gas、(N_ar)_gas、(S_ar)_gas分别为高炉煤气收到基碳元素质量含量百分率、高炉煤气收到基氢元素质量含量百分率、高炉煤气收到基氧元素质量含量百分率、高炉煤气收到基氮元素质量含量百分率、高炉煤气收到基硫元素质量含量百分率，％。

2.3如图1所示，结合烟气成分测量数据，采用迭代法计算得到混合燃料特性数据，具体包括如下步骤：

2.3.1设定初始的入炉煤量占总燃料量的比重系数k。

2.3.2根据设定的比重系数k，通过获取的所述燃煤成分数据(图1中的燃煤特性)和步骤2.2换算后得到的高炉煤气成分数据(图1中的煤气特性)计算得到混合燃料成分数据(图1中的混合燃料特性)，所述混合燃料成分数据包括混合燃料收到基碳元素质量含量百分率C_ar、混合燃料收到基氢元素质量含量百分率H_ar、混合燃料收到基氧元素质量含量百分率O_ar、混合燃料收到基氮元素质量含量百分率N_ar、混合燃料收到基硫元素质量含量百分率S_ar以及混合燃料收到基灰分质量含量百分率A_ar，采用的计算通式如下：

y＝kx_coal+(1-k)x_gas   (7)

计算通式中，y为混合燃料的某项特性数据；x_coal、x_gas分别为燃煤的对应特性数据、高炉煤气的对应特性数据。

假设以混合燃料收到基碳元素质量含量百分率C_ar为例，则其计算公式为：

C_ar＝k(C_ar)_coal+(1-k)(C_ar)_gas   (8)

式中，C_ar为混合燃料收到基碳元素质量含量百分率，％；

(C_ar)_coal、(C_ar)_gas分别为燃煤收到基碳元素质量含量百分率、高炉煤气收到基碳元素质量含量百分率，％；

同理分别计算出混合燃料收到基氢元素质量含量百分率H_ar、混合燃料收到基氧元素质量含量百分率O_ar、混合燃料收到基氮元素质量含量百分率N_ar、混合燃料收到基硫元素质量含量百分率S_ar以及混合燃料收到基灰分质量含量百分率A_ar。

2.3.3根据获得的混合燃料成分数据、炉渣含碳量和飞灰含碳量计算混合燃料收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率：

$C_{\mathrm{ar}}^r=C_{\mathrm{ar}}-\frac{A_{\mathrm{ar}}}{100}[\frac{r_{\mathrm{lz}}{C}_{\mathrm{lz}}^C}{100-C_{\mathrm{lz}}^C}+\frac{r_{\mathrm{fh}}{C}_{\mathrm{fh}}^C}{100-C_{\mathrm{fh}}^C}]---\left(9\right)$

式中，为混合燃料收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率，％；

C_ar、A_ar分别为混合燃料收到基碳元素质量含量百分率、混合燃料收到基灰分质量含量百分率，％；

分别为炉渣含碳量、飞灰含碳量，％；

r_lz、r_fh分别为炉渣中灰量占燃煤总灰量的份额、飞灰中灰量占燃煤总灰量的份额，％，可分别取为10％和90％。

2.3.4根据获得的混合燃料成分数据和实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率计算得到实际燃烧条件下的燃料特性系数：

$\mathrm{\β}=2.35\frac{H_{\mathrm{ar}}-0.126O_{\mathrm{ar}}+0.038N_{\mathrm{ar}}}{C_{\mathrm{ar}}^r+0.375S_{\mathrm{ar}}}---\left(10\right)$

式中，β为实际燃烧条件下的燃料特性系数；

H_ar、O_ar、N_ar、S_ar分别为所述混合燃料收到基氢元素质量含量百分率、所述混合燃料收到基氧元素质量含量百分率、所述混合燃料收到基氮元素质量含量百分率、所述混合燃料收到基硫元素质量含量百分率，％。

2.3.5根据干烟气中O₂和CO的容积含量百分率以及实际燃烧条件下的燃料特性系数β获取空气预热器进口处干烟气中三原子气体RO₂的容积含量百分率计算值：

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{js}}^{\′}\left({\mathrm{RO}}_2\right)=\frac{21-{\mathrm{\φ}}^{\′}\left(O_2\right)-(0.605+\mathrm{\β}){\mathrm{\φ}}^{\′}\left(\mathrm{CO}\right)}{1+\mathrm{\β}}---\left(11\right)$

式中，φ′_js(RO₂)为空气预热器进口处干烟气中三原子气体RO₂的容积含量百分率计算值，％；

φ′(O₂)、φ′(CO)分别为空气预热器进口处干烟气中O₂、CO的容积含量百分率(实测值)，％。

2.3.6将步骤2.3.5获得的空气预热器进口处干烟气中三原子气体RO₂的容积含量百分率计算值φ′_js(RO₂)与步骤1获得的空气预热器进口处干烟气中三原子气体RO₂的容积含量百分率实测值φ′(RO₂)进行比较，判断φ′(RO₂)与φ′_js(RO₂)的差值是否在设定的误差范围内；

若差值在设定的误差范围内，则分别输出混合燃料收到基实际燃料掉的碳元素质量含量百分率、混合燃料收到基氢元素质量含量百分率、混合燃料收到基氧元素质量含量百分率、混合燃料收到基氮元素质量含量百分率、混合燃料收到基硫元素质量含量百分率和混合燃料收到基灰分质量含量百分率作为最终的混合燃料特性数据。

若差值不在设定的误差范围内，则将作为新的设定入炉煤量占总燃料量的比重系数返回步骤2.3.1重新执行上述步骤获取空气预热器进口处干烟气中三原子气体RO₂的容积含量百分率计算值，直至φ′(RO₂)与φ′_js(RO₂)的差值满足设定的误差范围。

2.4计算单位质量混合燃料燃烧需要的理论干空气量：

$V_{\mathrm{gk}}^0=0.0889(C_{\mathrm{ar}}^r+0.375S_{\mathrm{ar}})+0.265H_{\mathrm{ar}}-0.0333O_{\mathrm{ar}}---\left(12\right)$

式中，为单位质量混合燃料燃烧需要的理论干空气量，m³/kg。

2.5计算空气预热器进口处对应的实际干烟气量：

$V_{\mathrm{gy}}^{\′}=\frac{{1.866C}_{\mathrm{ar}}^r+0.7S_{\mathrm{ar}}+4.385H_{\mathrm{ar}}-0.553O_{\mathrm{ar}}+0.167N_{\mathrm{ar}}}{21-{\mathrm{\φ}}^{\′}\left(O_2\right)+0.395{\mathrm{\φ}}^{\′}\left(\mathrm{CO}\right)}---\left(13\right)$

式中，V′_gy为空气预热器进口处对应的单位质量混合燃料燃烧产生的实际干烟气量，m³/kg；

φ′(O₂)和φ′(CO)分别为空气预热器进口处干烟气中O₂和CO的容积含量百分率，％。

2.6计算空气预热器出口处对应的实际干烟气量：

$V_{\mathrm{gy}}^{\′\′}=\frac{1.866C_{\mathrm{ar}}^r+0.7S_{\mathrm{ar}}+4.385H_{\mathrm{ar}}-0.553O_{\mathrm{ar}}+0.167N_{\mathrm{ar}}}{21-{\mathrm{\φ}}^{\′\′}\left(O_2\right)+0.395{\mathrm{\φ}}^{\′\′}\left(\mathrm{CO}\right)}---\left(14\right)$

式中，V″_gy为空气预热器出口处对应的单位质量混合燃料燃烧产生的实际干烟气量，m³/kg；

φ″(O₂)和φ″(CO)分别为空气预热器出口处干烟气中O₂和CO的容积含量百分率，％。

2.7计算空气预热器进口处对应的过量空气系数：

${\mathrm{\α}}^{\′}=\frac{21}{21-79\frac{{\mathrm{\φ}}^{\′}\left(O_2\right)-0.5{\mathrm{\φ}}^{\′}\left(\mathrm{CO}\right)}{{\mathrm{\φ}}^{\′}\left(N_2\right)-\frac{0.8N_{\mathrm{ar}}}{V_{\mathrm{gy}}^{\′}}}}---\left(15\right)$

式中，α′为空气预热器进口处对应的过量空气系数；

φ′(O₂)、φ′(CO)、φ′(N₂)分别为空气预热器进口处干烟气中O₂、CO、N₂的容积含量百分率，％；

N_ar为混合燃料收到基氮元素质量含量百分率，％；

V′_gy为空气预热器进口处对应的单位质量混合燃料燃烧产生的实际干烟气量，m³/kg。

2.8计算空气预热器出口处对应的过量空气系数：

${\mathrm{\α}}^{\′\′}=\frac{21}{21-79\frac{{\mathrm{\φ}}^{\′\′}\left(O_2\right)-0.5{\mathrm{\φ}}^{\′\′}\left(\mathrm{CO}\right)}{{\mathrm{\φ}}^{\′\′}\left(N_2\right)-\frac{0.8N_{\mathrm{ar}}}{V_{\mathrm{gy}}^{\′\′}}}}---\left(16\right)$

式中，α″为空气预热器出口处对应的过量空气系数；

φ″(O₂)、φ″(CO)、φ″(N₂)分别为空气预热器出口处干烟气中O₂、CO、N₂的容积含量百分率，％；

N_ar为混合燃料收到基氮元素的质量含量百分率，％；

V″_gy为空气预热器出口处对应的单位质量混合燃料燃烧产生的实际干烟气量，m³/kg。

2.9计算空气绝对湿度：

$d_k=0.622\frac{\mathrm{\φ}{p}_s}{100p_a-\mathrm{\φ}{p}_s}---\left(17\right)$

式中，d_k为空气绝对湿度，kg/kg(干空气)；

p_a为当地大气压力，Pa；

φ为大气相对湿度，％；

p_s为环境温度t₀下的水蒸气饱和压力，Pa，取值根据环境温度t₀查水蒸气表得到。

2.10结合步骤2.3至2.9的计算结果获取煤粉与高炉煤气混烧锅炉空气预热器漏风率：

$A_L=\frac{1.293\left({1+d}_k\right)({\mathrm{\α}}^{\′\′}-{\mathrm{\α}}^{\′})V_{\mathrm{gk}}^0}{1-0.01A_{\mathrm{ar}}+1.293\left({1+d}_k\right){\mathrm{\α}}^{\′}{V}_{\mathrm{gk}}^0}\×100---\left(18\right)$

式中，A_L为所述的空气预热器漏风率，％；

α′、α″分别为空气预热器进口对应的过量空气系数、空气预热器出口处对应的过量空气系数；

d_k为空气绝对湿度，kg/kg(干空气)；

为单位质量混合燃料燃烧需要的理论干空气量，m³/kg；

A_ar为混合燃料收到基灰分质量含量百分率，％。

以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种煤粉与高炉煤气混烧锅炉空气预热器漏风率的测算方法，其特征在于，所述的测算方法包括：

分别获取燃煤成分数据、高炉煤气成分数据、灰渣取样分析数据、烟气成分测量数据以及大气参数测量数据；其中所述灰渣取样分析数据包括飞灰含碳量和炉渣含碳量；所述烟气成分测量数据包括空气预热器进口处的干烟气成分数据和空气预热器出口处的干烟气成分数据；所述大气参数测量数据包括当地大气压力、大气相对湿度和环境温度；

根据所述高炉煤气成分数据获得标准状态下的高炉煤气密度；

根据所述高炉煤气密度将所述高炉煤气成分数据转化为以收到基质量含量百分率表示的成分数据；

根据所述烟气成分测量数据，采用迭代法获得混合燃料特性数据；

根据第一计算公式计算单位质量混合燃料燃烧需要的理论干空气量，所述第一计算公式为：

$V_{\mathrm{gk}}^0=0.0889(C_{\mathrm{ar}}^r+{0.375S}_{\mathrm{ar}})+{0.265H}_{\mathrm{ar}}-{0.333O}_{\mathrm{ar}}$

其中，为所述单位质量混合燃料燃烧需要的理论干空气量；

为混合燃料收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率；

S_ar、H_ar、O_ar分别为混合燃料收到基硫元素质量含量百分率、混合燃料收到基氢元素质量含量百分率、混合燃料收到基氧元素质量含量百分率；

根据第二计算公式计算空气预热器进口处对应的实际干烟气量，所述第二计算公式为：

$V_{\mathrm{gy}}^{\′}=\frac{{1.866C}_{\mathrm{ar}}^r+{0.7S}_{\mathrm{ar}}+{4.385H}_{\mathrm{ar}}-{0.553O}_{\mathrm{ar}}+{0.167N}_{\mathrm{ar}}}{21-{\mathrm{\φ}}^{\′}\left(O_2\right)+{0.395\mathrm{\φ}}^{\′}\left(\mathrm{CO}\right)}$

其中，V′_gy为空气预热器进口处对应的单位质量混合燃料燃烧产生的实际干烟气量；

φ′(CO)、φ′(O₂)分别为所述空气预热器进口处的干烟气成分数据中CO、O₂的容积含量百分率实测值；

N_ar为混合燃料收到基氮元素质量含量百分率；

根据第三计算公式计算空气预热器出口处对应的实际干烟气量，所述第三计算公式为：

$V_{\mathrm{gy}}^{\′\′}=\frac{{1.866C}_{\mathrm{ar}}^r+{0.7S}_{\mathrm{ar}}+{4.385H}_{\mathrm{ar}}-{0.553O}_{\mathrm{ar}}+{0.167N}_{\mathrm{ar}}}{21-{\mathrm{\φ}}^{\′\′}\left(O_2\right)+{0.395\mathrm{\φ}}^{\′\′}\left(\mathrm{CO}\right)}$

其中，V″_gy为空气预热器出口处对应的单位质量混合燃料燃烧产生的实际干烟气量；

φ″(CO)和分别为所述空气预热器出口处的干烟气成分数据中CO和O₂的容积含量百分率实测值；

根据第四计算公式计算空气预热器进口处对应的过量空气系数，所述第四计算公式为：

${\mathrm{\α}}^{\′}=\frac{21}{21-79\frac{{\mathrm{\φ}}^{\′}\left(O_2\right)-0.5{\mathrm{\φ}}^{\′}\left(\mathrm{CO}\right)}{{\mathrm{\φ}}^{\′}\left(N_2\right)-\frac{0.8N_{\mathrm{ar}}}{V_{\mathrm{gy}}^{\′}}}}$

其中，α′为所述空气预热器进口处对应的过量空气系数；

φ′(O₂)、φ′(CO)、φ′(N₂)分别为所述空气预热器进口处的干烟气成分数据中O₂、CO、N₂的容积含量百分率实测值；

根据第五计算公式计算空气预热器出口处对应的过量空气系数，所述第五计算公式为：

${\mathrm{\α}}^{\′\′}=\frac{21}{21-79\frac{{\mathrm{\φ}}^{\′\′}\left(O_2\right)-0.5{\mathrm{\φ}}^{\′\′}\left(\mathrm{CO}\right)}{{\mathrm{\φ}}^{\′\′}\left(N_2\right)-\frac{{0.8N}_{\mathrm{ar}}}{V_{\mathrm{gy}}^{\′\′}}}}$

其中，α″为所述空气预热器出口处对应的过量空气系数；

φ″(O₂)、φ″(CO)、φ″(N₂)分别为所述空气预热器出口处的干烟气成分数据中O₂、CO、N₂的容积含量百分率实测值；

根据第六计算公式计算空气绝对湿度，所述第六计算公式为：

$d_k=0.622\frac{{\mathrm{\φp}}_s}{{100p}_a-{\mathrm{\φp}}_s}$

其中，d_k为所述空气绝对湿度；

p_a为所述当地大气压力；

φ为所述大气相对湿度；

p_s为所述环境温度下的水蒸气饱和压力；

根据第七计算公式计算煤粉与高炉煤气混烧锅炉空气预热器漏风率：

$A_L=\frac{1.293(1+d_k)({\mathrm{\α}}^{\′\′}-{\mathrm{\α}}^{\′})V_{\mathrm{gk}}^0}{1-{0.01A}_{\mathrm{ar}}+1.293(1+d_k){\mathrm{\α}}^{\′}{V}_{\mathrm{gk}}^0}\×100$

其中，A_L为所述空气预热器漏风率；

A_ar为混合燃料收到基灰分质量含量百分率。

2.根据权利要求1所述的煤粉与高炉煤气混烧锅炉空气预热器漏风率的测算方法，其特征在于，所述高炉煤气成分数据包括高炉煤气中CO、CO₂、N₂、H₂、H₂S、H₂O、碳氢化合物C_mH_n的容积含量百分率；

所述标准状态下的高炉煤气密度通过下列计算公式计算获得：

ρ_gas＝0.0125φ(CO)+0.0009φ(H₂)⁺Σ(0.0054m+0.00045n)φ(C_mH_n)+

0.0152φ(H₂S)+0.0196φ(CO₂)+0.0125φ(N₂)+0.008φ(H₂O)

其中，ρ_gas为所述标准状态下的高炉煤气密度；

φ(CO)、φ(CO₂)、φ(N₂)、φ(H₂)、φ(H₂S)、φ(H₂O)、φ(C_mH_n)分别为高炉煤气中CO、CO₂、N₂、H₂、H₂S、H₂O、碳氢化合物C_mH_n的容积含量百分率。

3.根据权利要求2所述的煤粉与高炉煤气混烧锅炉空气预热器漏风率的测算方法，其特征在于，将所述高炉煤气成分数据转化为以收到基质量含量百分率表示的成分数据具体包括：

${\left(C_{\mathrm{ar}}\right)}_{\mathrm{gas}}=\frac{0.54}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{gas}}}[\mathrm{\φ}\left(\mathrm{CO}\right)+\mathrm{\φ}\left({\mathrm{CO}}_2\right)+\mathrm{\Σm\φ}\left(C_m{H}_n\right)]$

${\left(H_{\mathrm{ar}}\right)}_{\mathrm{gas}}=\frac{0.045}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{gas}}}[2\mathrm{\φ}\left(H_2\right)+\mathrm{\Σn\φ}\left(C_m{H}_n\right)]$

${\left(O_{\mathrm{ar}}\right)}_{\mathrm{gas}}=\frac{0.715}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{gas}}}[\mathrm{\φ}\left(\mathrm{CO}\right)+2\mathrm{\φ}\left({\mathrm{CO}}_2\right)]$

${\left(N_{\mathrm{ar}}\right)}_{\mathrm{gas}}=\frac{1.25}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{gas}}}\mathrm{\φ}\left(N_2\right)$

${\left(S_{\mathrm{ar}}\right)}_{\mathrm{gas}}=\frac{1.43}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{gas}}}\mathrm{\φ}\left(H_{2}S\right)$

其中，(C_ar)_gas、(H_ar)_gas、(O_ar)_gas、(N_ar)_gas、(S_ar)_gas分别为高炉煤气收到基碳元素质量含量百分率、高炉煤气收到基氢元素质量含量百分率、高炉煤气收到基氧元素质量含量百分率、高炉煤气收到基氮元素质量含量百分率、高炉煤气收到基硫元素质量含量百分率；

ρ_gas为所述标准状态下的高炉煤气密度；

φ(CO)、φ(CO₂)、φ(N₂)、φ(H₂)、φ(H₂S)、φ(C_mH_n)分别为高炉煤气中CO、CO₂、N₂、H₂、H₂S、碳氢化合物C_mH_n的容积含量百分率。

4.根据权利要求3所述的煤粉与高炉煤气混烧锅炉空气预热器漏风率的测算方法，其特征在于，获得混合燃料特性数据具体包括：

4.1设定初始的入炉煤量占总燃料量的比重系数k；

4.2根据设定的比重系数k，通过所述燃煤成分数据以及转化后的高炉煤气成分数据计算获取混合燃料成分数据，所述混合燃料成分数据包括混合燃料收到基碳元素质量含量百分率、混合燃料收到基氢元素质量含量百分率、混合燃料收到基氧元素质量含量百分率、混合燃料收到基氮元素质量含量百分率、混合燃料收到基硫元素质量含量百分率以及混合燃料收到基灰分质量含量百分率；

4.3根据第八计算公式计算实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率，所述第八计算公式为：

$C_{\mathrm{ar}}^r=C_{\mathrm{ar}}-\frac{A_{\mathrm{ar}}}{100}[\frac{r_{\mathrm{lz}}{C}_{\mathrm{lz}}^C}{100-C_{\mathrm{lz}}^C}+\frac{r_{\mathrm{fh}}{C}_{\mathrm{th}}^C}{100-C_{\mathrm{fh}}^C}]$

其中，为混合燃料收到基实际燃烧掉的碳元素质量含量百分率；

C_ar、A_ar分别为所述混合燃料收到基碳元素含量百分率、所述混合燃料收到基灰分质量含量百分率；

分别为所述炉渣含碳量、所述飞灰含碳量；

r_lz、r_fh分别为炉渣中灰量占燃煤总灰量的份额、飞灰中灰量占燃煤总灰量的份额；

4.4根据第九计算公式计算实际燃烧条件下的燃料特性系数，所述第九计算公式为：

$\mathrm{\β}=2.35\frac{H_{\mathrm{ar}}-{0.126O}_{\mathrm{ar}}+{0.038N}_{\mathrm{ar}}}{C_{\mathrm{ar}}^r+{0.375S}_{\mathrm{ar}}}$

其中，β为所述实际燃烧条件下的燃料特性系数；

H_ar、O_ar、N_ar、S_ar分别为所述混合燃料收到基氢元素质量含量百分率、所述混合燃料收到基氧元素质量含量百分率、所述混合燃料收到基氮元素质量含量百分率、所述混合燃料收到基硫元素质量含量百分率；

4.5根据第十计算公式获取空气预热器进口处干烟气中三原子气体RO₂的容积含量百分率计算值，所述第十计算公式为：

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{js}}^{\′}\left({\mathrm{RO}}_2\right)=\frac{21-{\mathrm{\φ}}^{\′}\left(O_2\right)-(0.605+\mathrm{\β}){\mathrm{\φ}}^{\′}\left(\mathrm{CO}\right)}{1+\mathrm{\β}}$

其中，φ′_js(RO₂)为所述空气预热器进口处的干烟气中三原子气体RO₂的容积含量百分率计算值；

φ′(CO)、φ′(O₂)分别为所述空气预热器进口处的干烟气成分数据中CO、O₂的容积含量百分率实测值；

4.6将步骤4.5获取的空气预热器进口处干烟气中三原子气体RO₂的容积含量百分率计算值φ′_js(RO₂)与实际测量得到的所述空气预热器进口处的干烟气成分数据中三原子气体RO₂的容积含量百分率实测值φ′(RO₂)进行比较，判断φ′(RO₂)与φ′_js(RO₂)的差值是否在设定的误差范围内；

若差值在设定的误差范围内，则分别输出混合燃料收到基实际燃料掉的碳元素质量含量百分率、混合燃料收到基氢元素质量含量百分率、混合燃料收到基氧元素质量含量百分率、混合燃料收到基氮元素质量含量百分率、混合燃料收到基硫元素质量含量百分率和混合燃料收到基灰分质量含量百分率作为最终的混合燃料特性数据；

若差值不在设定的误差范围内，则将k作为新的设定入炉煤量占总燃料量的比重系数，重新执行步骤4.1至步骤4.6，直至φ′(RO₂)与φ′_js(RO₂)的差值满足设定的误差范围。