CN104615899B - 冶金煤气锅炉空气预热器漏风率测算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种冶金煤气锅炉空气预热器漏风率测算方法，主要为了精确分析冶金煤气锅炉空气预热器的漏风率而设计。本发明冶金煤气锅炉空气预热器漏风率测算方法包括：分别获取煤气成分取样分析数据、烟气成分测量数据和大气参数测量数据；分别通过计算获得干煤气的密度、单位体积干煤气燃烧需要的理论干空气量、空气预热器进口处对应的实际干烟气量、空气预热器出口处对应的实际干烟气量、空气预热器进口处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、空气绝对湿度和冶金煤气锅炉空气预热器漏风率。本发明能够精确分析出冶金煤气锅炉的空气预热器的漏风率，为冶金煤气锅炉空气预热器的性能考核、设备维护和改造提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及热能工程的锅炉领域，尤其涉及一种冶金煤气锅炉空气预热器漏风率测算方法。
背景技术
钢铁企业在冶炼过程中产生大量的副产煤气，包括高炉煤气、焦炉煤气及转炉煤气。作为煤气资源回收与利用的主要用户，煤气锅炉在钢铁企业得到了大量应用，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GB10184-1988《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，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获得漏风率，简便易行，故得到了广泛的应用。
然而，该方法是针对常规的燃煤锅炉制定的简化方法，适用于常规燃煤锅炉和大多数燃气锅炉，对于冶金煤气锅炉却不适用，这主要是因为冶金煤气的燃料特性与煤和常规气体燃料有很大区别，导致冶金煤气锅炉空气预热器漏风率的求解与常规锅炉有很大不同，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，构建一个适用于冶金煤气锅炉的空气预热器漏风率测算方法，用以精确分析冶金煤气锅炉的空气预热器的漏风率，为冶金煤气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冶金煤气锅炉的空气预热器的漏风率的冶金煤气锅炉空气预热器漏风率测算方法。
为达到上述目的，本发明冶金煤气锅炉空气预热器漏风率测算方法，所述的测算方法包括：
分别获取煤气成分取样分析数据、烟气成分测量数据和大气参数测量数据，其中所述煤气成分取样分析数据包括煤气含湿量以及干煤气中CO、H2、H2S、CO2、N2、O2、碳氢化合物CmHn的容积含量百分率；所述烟气成分测量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的容积含量百分率以及空气预热器出口处干烟气中O2、CO、N2、三原子气体RO2的容积含量百分率；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；
通过第一计算公式计算干煤气的密度，所述第一计算公式为：
ρg＝0.0125φ(CO)+0.0009φ(H2)+Σ(0.0054m+0.00045n)φ(CmHn)
+0.0152φ(H2S)+0.0196φ(CO2)+0.0125φ(N2)+0.0143φ(O2)
其中，ρg为干煤气的密度；
φ(CO)、φ(H2)、φ(CmHn)、φ(H2S)、φ(CO2)、φ(N2)、φ(O2)分别为所述的干煤气中CO、H2、CmHn、H2S、CO2、N2、O2的容积含量百分率；
通过第二计算公式计算单位体积干煤气燃烧需要的理论干空气量，所述第二计算公式为：
其中，为所述单位体积干煤气燃烧需要的理论干空气量；
通过第三计算公式计算空气预热器进口处对应的单位体积干煤气燃烧产生的实际干烟气量，所述第三计算公式为：
其中，V′gy为空气预热器进口处对应的单位体积干煤气燃烧产生的实际干烟气量；
φ′(CO)、φ′(RO2)分别为所述的空气预热器进口处干烟气中CO、三原子气体RO2的容积含量百分率；
通过第四计算公式计算空气预热器出口处对应的单位体积干煤气燃烧产生的实际干烟气量，所述第四计算公式为：
其中，V″gy为空气预热器出口处对应的单位体积干煤气燃烧产生的实际干烟气量；
φ″(CO)和φ″(RO2)分别为所述的空气预热器出口处干烟气中CO、三原子气体RO2的容积含量百分率；
通过第五计算公式计算空气预热器进口处对应的过量空气系数，所述第五计算公式为：
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)分别为所述的空气预热器进口处干烟气中O2、CO、N2的容积含量百分率；
φ(N2)为所述的干煤气中N2的容积含量百分率；
通过第六计算公式计算空气预热器出口处对应的过量空气系数，所述第六计算公式为：
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)分别为所述的空气预热器出口处干烟气中O2、CO、N2的容积含量百分率；
φ(N2)为所述的干煤气中N2的容积含量百分率；
通过第七计算公式计算空气绝对湿度，所述第七计算公式为：
其中，dk为所述空气绝对湿度；
pa为所述当地大气压力；
φ为所述大气相对湿度；
ps为环境温度下的水蒸气饱和压力；
通过第八计算公式计算冶金煤气锅炉空气预热器漏风率，所述第八计算公式为：
其中，AL为所述空气预热器漏风率；
dg为所述煤气含湿量。
本发明冶金煤气锅炉空气预热器漏风率测算方法的有益效果：
本发明用于冶金煤气锅炉的空气预热器漏风率的测算，能够精确分析出冶金煤气锅炉的空气预热器的漏风率，为冶金煤气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。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的描述。
本发明冶金煤气锅炉空气预热器漏风率测算方法的具体步骤如下：
通过仪表测量和取样分析得到冶金煤气锅炉空气预热器计算所需的基础数据，具体包括：
进行煤气取样及分析
在炉前煤气总管上进行煤气取样，然后进行化验分析，分别得到煤气含湿量dg、煤气干基成分数据，所述煤气干基成分数据包括干煤气中CO、H2、H2S、CO2、N2、O2、各碳氢化合物CmHn的容积含量百分率φ(CO)、φ(H2)、φ(H2S)、φ(CO2)、φ(N2)、φ(O2)、φ(CmHn)。
进行烟气成分测量
在空气预热器进口烟道内按等截面网格法的原则，对烟气取样并分析得到空气预热器进口处的干烟气成分数据，所述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，对烟气取样并分析得到空气预热器出口处的干烟气成分数据，所述干烟气成分数据包括空气预热器出口处干烟气中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)。
进行大气参数测量
在送风机入口处，采用大气压力计测量得到当地大气压力pa，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。
根据上述获取的基础数据进行空气预热器漏风率计算，具体包括如下计算步骤：
计算干煤气的密度：
式中，ρg为干煤气的密度，kg/m3(干煤气)；
φ(CO)、φ(H2)、φ(CmHn)、φ(H2S)、φ(CO2)、φ(N2)、φ(O2)分别为干煤气中CO、H2、CmHn、H2S、CO2、N2、O2的容积含量百分率，％。
计算单位体积干煤气燃烧需要的理论干空气量：
式中，为单位体积干煤气燃烧需要的理论干空气量，m3/m3(干煤气)。
计算空气预热器进口处对应的实际干烟气量：
式中，V′gy为空气预热器进口处对应的单位体积干煤气燃烧产生的实际干烟气量，m3/m3(干煤气)；
φ′(CO)和φ′(RO2)分别为空气预热器进口处干烟气中CO和三原子气体RO2的容积含量百分率，％。
计算空气预热器出口处对应的实际干烟气量：
式中，V″gy为空气预热器出口处对应的单位体积干煤气燃烧产生的实际干烟气量，m3/m3(干煤气)；
φ″(CO)和φ″(RO2)分别为空气预热器出口处干烟气中CO和三原子气体RO2的容积含量百分率，％。
计算空气预热器进口处对应的过量空气系数：
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，％；
φ(N2)为干煤气中N2的容积含量百分率，％；
V′gy为空气预热器进口处对应的单位体积干煤气燃烧产生的实际干烟气量，m3/m3(干煤气)。
计算空气预热器出口处对应的过量空气系数：
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，％；
φ(N2)为干煤气中N2的容积含量百分率，％；
V″gy为空气预热器出口处对应的单位体积干煤气燃烧产生的实际干烟气量，m3/m3(干煤气)。
计算空气绝对湿度dk：
式中，dk为空气绝对湿度，kg/kg(干空气)；
pa为当地大气压力，Pa；
φ为大气相对湿度，％；
ps为环境温度t0下的水蒸气饱和压力，Pa，根据环境温度t0查水蒸气表得到；
根据上述计算公式(1)至(7)的结果计算冶金煤气锅炉空气预热器漏风率：
式中，AL为所述空气预热器漏风率，％。
dg为所述煤气含湿量，kg/m3(干煤气)。
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 (1)
1.一种冶金煤气锅炉空气预热器漏风率测算方法，其特征在于，所述的测算方法包括：
分别获取煤气成分取样分析数据、烟气成分测量数据和大气参数测量数据；
其中所述煤气成分取样分析数据包括：煤气含湿量以及干煤气中CO、H2、H2S、CO2、N2、O2和碳氢化合物CmHn的容积含量百分率；
所述烟气成分测量数据包括：空气预热器进口处干烟气中O2、CO、N2和三原子气体RO2的容积含量百分率以及空气预热器出口处干烟气中O2、CO、N2和三原子气体RO2的容积含量百分率；
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；
通过第一计算公式计算干煤气的密度，所述第一计算公式为：
ρg＝0.0125φ(CO)+0.0009φ(H2)+∑(0.0054m+0.00045n)φ(CmHn)+0.0152φ(H2S)+0.0196φ(CO2)+0.0125φ(N2)+0.0143φ(O2)
其中，ρg为干煤气的密度；
φ(CO)、φ(H2)、φ(CmHn)、φ(H2S)、φ(CO2)、φ(N2)、φ(O2)分别为所述的干煤气中CO、H2、CmHn、H2S、CO2、N2、O2的容积含量百分率；
通过第二计算公式计算单位体积干煤气燃烧需要的理论干空气量，所述第二计算公式为：
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其中，为所述单位体积干煤气燃烧需要的理论干空气量；
通过第三计算公式计算空气预热器进口处对应的单位体积干煤气燃烧产生的实际干烟气量，所述第三计算公式为：
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其中，V′gy为空气预热器进口处对应的单位体积干煤气燃烧产生的实际干烟气量；
φ′(CO)、φ′(RO2)分别为所述的空气预热器进口处干烟气中CO、三原子气体RO2的容积含量百分率；
通过第四计算公式计算空气预热器出口处对应的单位体积干煤气燃烧产生的实际干烟气量，所述第四计算公式为：
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其中，V″gy为空气预热器出口处对应的单位体积干煤气燃烧产生的实际干烟气量；
φ″(CO)和φ″(RO2)分别为所述的空气预热器出口处干烟气中CO、三原子气体RO2的容积含量百分率；
通过第五计算公式计算空气预热器进口处对应的过量空气系数，所述第五计算公式为：
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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)分别为所述的空气预热器进口处干烟气中O2、CO、N2的容积含量百分率；
φ(N2)为所述的干煤气中N2的容积含量百分率；
通过第六计算公式计算空气预热器出口处对应的过量空气系数，所述第六计算公式为：
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<mrow>
<mo>&prime;</mo>
<mo>&prime;</mo>
</mrow>
</msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
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<mi>N</mi>
<mn>2</mn>
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<mrow>
<mo>&prime;</mo>
<mo>&prime;</mo>
</mrow>
</msubsup>
</mfrac>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
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)分别为所述的空气预热器出口处干烟气中O2、CO、N2的容积含量百分率；
φ(N2)为所述的干煤气中N2的容积含量百分率；
通过第七计算公式计算空气绝对湿度，所述第七计算公式为：
<mrow>
<msub>
<mi>d</mi>
<mi>k</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mn>0.622</mn>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
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<mi>s</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mn>100</mn>
<msub>
<mi>p</mi>
<mi>a</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>&phi;p</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
其中，dk为所述空气绝对湿度；
pa为所述当地大气压力；
φ为所述大气相对湿度；
ps为环境温度下的水蒸气饱和压力；
通过第八计算公式计算冶金煤气锅炉空气预热器漏风率，所述第八计算公式为：
<mrow>
<msub>
<mi>A</mi>
<mi>L</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mn>1.293</mn>
<mrow>
<mo>(</mo>
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<mo>+</mo>
<msub>
<mi>d</mi>
<mi>k</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mrow>
<mo>(</mo>
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<mi>&alpha;</mi>
<mrow>
<mo>&prime;</mo>
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</mrow>
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<mo>-</mo>
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<mi>&alpha;</mi>
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<mo>)</mo>
</mrow>
<msubsup>
<mi>V</mi>
<mrow>
<mi>g</mi>
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<mn>0</mn>
</msubsup>
</mrow>
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</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>d</mi>
<mi>g</mi>
</msub>
<mo>+</mo>
<mn>1.293</mn>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>d</mi>
<mi>k</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<msup>
<mi>&alpha;</mi>
<mo>&prime;</mo>
</msup>
<msubsup>
<mi>V</mi>
<mrow>
<mi>g</mi>
<mi>k</mi>
</mrow>
<mn>0</mn>
</msubsup>
</mrow>
</mfrac>
<mo>&times;</mo>
<mn>100</mn>
</mrow>
其中，AL为所述空气预热器漏风率；
dg为所述煤气含湿量。
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