一种三分仓回转式空气预热器换热性能在线诊断方法

摘要

本发明是一种三分仓回转式空气预热器换热性能在线诊断方法,其特点是，包括数据采集、空气预热器漏风率分配、空气预热器进出口烟气温度修正与烟气侧换热效率、空气热容量与烟气热容量之比的计算和修正、空气预热器烟气侧换热效率、空气热容量与烟气热容量之比应达值的计算、空气预热器换热性能诊断等步骤。本发明通过将实测回转式空气预热器空气热容量和烟气热容量之比、烟气侧换热效率、空气进出温差与应达值进行比较，如果温差和换热效率低于应达值，而热容量是大于应达值即可诊断为性能下降。达到对三分仓回转式空气预热器换热性能在线精确诊断的目的，解决了三分仓回转式空气预热器换热性能计算方法误差大和换热性能无法准确诊断的问题。

主权项

1.一种三分仓回转式空气预热器换热性能在线诊断方法，其特征在于，它包括:(a)数据采集环节：通过数据采集系统采集三分仓回转式空气预热器进出口烟气温度和压力、一次风进出口温度和压力、二次风进出口温度和压力、一次风率和二次风率及进出口烟气含氧量数据以便对三分仓回转式空气预热器漏风率的计算和空气预热器进口烟气温度、出口烟气温度的修正计算；三分仓回转式空气预热器总漏风率计算式为$A_L=\frac{90(O_2^{\prime \prime }-O_2^{\prime })}{21-O_2^{\prime \prime }}---\left(1\right)$其中，A_L为空气预热器总漏风率，％；O₂″为空气预热器烟气出口含氧量平均值，％；O₂′为空气预热器烟气进口含氧量平均值，％；(b)漏风率分配环节：由三分仓回转式空气预热器进出口含氧量计算空气预热器总的漏风率，按照对空气预热器漏风实际试验情况确定上端面和下端面的漏风分配系数，将总的漏风率分配到空气预热器的上端面和下端面，采用三分仓回转式空气预热器进出口烟气和一、二次风的压力、温度及一、二次风率的数值把上下端面的漏风率分配到一次风和二次风；三分仓回转式空气预热器上端面的漏风率为$A_{L\left(S\right)}=\frac{90(O_2^{\prime \prime }-O_2^{\prime })X_S}{21-O_2^{\prime \prime }}---\left(2\right)$其中，A_L(S)为空气预热器上端面的漏风率，％；X_S为空气预热器上端面的漏风分配系数；O₂″为空气预热器烟气出口含氧量平均值，％；O₂′为空气预热器烟气进口含氧量平均值，％；三分仓回转式空气预热器下端面的漏风率为$A_{L\left(X\right)}=\frac{A_L(1-X_S)}{1+\frac{X_S(O_2^{\prime \prime }-Q_2^{\prime })}{21-Q_2^{\prime \prime }}}---\left(3\right)$其中，A_L(X)为空气预热器下端面的漏风率，％；A_L为空气预热器总漏风率，％；X_S为空气预热器上端面的漏风分配系数；O₂″为空气预热器烟气出口含氧量平均值，％；O₂′为空气预热器烟气进口含氧量平均值，％；定义空气预热器上端面一次漏风量和二次漏风量之比为一、二次漏风分配比，并采用式(4)确定，即其中，K_S为空气预热器上端面一二次漏风分配比；M_S(一)为空气预热器上端面一次风漏风量，kg/h；M_S(二)为空气预热器上端面二次风漏风量，kg/h；X₁为一次风率，％；X₂为二次风率，％；A_S(1)为空气预热器一次风上端面漏风间隙面积，m²；A_S(2)为空气预热器二次风上端面漏风间隙面积，m²；P_S(1)为空气预热器出口一次风压力，kPa；P_S(2)为空气预热器出口二次风压力，kPa；T_S(1)为空气预热器出口一次风温度，K；T_S(2)为空气预热器出口二次风温度，K；P_S(烟气)为空气预热器上端面烟气进口压力，kPa；空气预热器下端面一二次漏风分配比为其中，K_X为空气预热器下端面一二次漏风分配比；M_X(一)为空气预热器下端面一次风漏风量，kg/h；M_X(二)为空气预热器下端面二次风漏风量，kg/h；X₁为一次风率，％；X₂为二次风率，％；A_X(1)为空气预热器一次风下端面漏风间隙面积，m²；A_X(2)为空气预热器二次风下端面漏风间隙面积，m²；P_X(1)为空气预热器进口一次风压力，kPa；P_X(2)为空气预热器进口二次风压力，kPa；T_X(1)为空气预热器进口一次风温度，K；T_X(2)为空气预热器进口二次风温度，K；P_X(烟气)为空气预热器下端面烟气出口压力，kPa；(c)进出口烟气温度修正与烟气侧换热效率、空气热容量和烟气热容量之比的计算环节：将运行中三分仓回转式空气预热器进口烟气温度修正到实际参与换热的进口烟温；将运行中三分仓回转式空气预热器出口烟气温度修正到实际参与换热的出口烟温；定义新的适合三分仓回转式空气预热器烟气侧换热效率、空气热容量和烟气热容量之比的计算式，并计算出当前空气预热器烟气侧换热效率、空气热容量和烟气热容量之比；依据热平衡方程得到修正后的实际参与换热的空气预热器进口烟温为${\theta }_{\mathrm{ky}}^{\prime S}=\frac{100{\theta }_{\mathrm{ky}}^{\prime }(K_S+1)+A_{L\left(S\right)}{K}_S{t}_{S\left(1\right)}+A_{L\left(S\right)}{t}_{S\left(2\right)}}{(K_S+1)(A_{L\left(S\right)}+100)}---\left(6\right)$其中，为空气预热器实际参与换热的进口烟气温度，℃；A_L(S)为空气预热器上端面的漏风率，％；K_S为空气预热器上端面一二次漏风分配比；θ_ky′为空气预热器进口实测烟气温度，℃；t_S(1)为空气预热器出口一次风温度，℃；t_S(2)为空气预热器出口二次风温度，℃；对于三分仓回转式空气预热器下端面，认为漏风只是起到冷却烟气的效果，并没有参与换热，应将实测排烟温度修正到实际参与换热的空气预热器出口烟气温度${\theta }_{\mathrm{py}}^S=\frac{(K_X+1)(A_L+100){\theta }_{\mathrm{py}}-A_{L\left(X\right)}(K_X{t}_{X\left(1\right)}+t_{X\left(2\right)})}{(100+A_{L\left(S\right)})(K_X+1)}---\left(7\right)$其中，为空气预热器实际参与换热的出口烟气温度，℃；θ_py为空气预热器出口实测烟气温度，℃；t_X(1)为空气预热器进口一次风温度，℃；t_X(2)为空气预热器进口二次风温度，℃；A_L为空气预热器总漏风率，％；K_X为空气预热器下端面一二次漏风分配比；A_L(X)为空气预热器下端面的漏风率，％；A_L(S)为空气预热器上端面的漏风率，％；对原有空气预热器换热效率的计算表达式进行修正，定义新的适合回转式空气预热器的烟气侧换热效率、空气热容量和烟气热容量之比的计算表达式为式(8)和式(9)，并计算出当前实际运行中空气预热器烟气侧换热效率、空气热容量和烟气热容量之比；$\eta =\frac{{\theta }_{\mathrm{ky}}^{\prime S}-{\theta }_{\mathrm{py}}^S}{{\theta }_{\mathrm{ky}}^{\prime S}-t_X}---\left(8\right)$$X_R=\frac{{\theta }_{\mathrm{ky}}^{\prime S}-{\theta }_{\mathrm{py}}^S}{t_S-t_X}---\left(9\right)$其中，η为当前实际烟气侧换热效率；X_R为当前实际空气热容量和烟气热容量之比；为空气预热器实际参加换热的进口烟气温度，℃；为空气预热器实际参与换热的出口烟气温度，℃；t_S为空气预热器上端面的出口加权平均空气温度t_S＝X₁t_S(1)+X₂t_S(2)，℃；t_X为空气预热器的进口加权平均空气温度t_X＝X₁t_X(1)+X₂t_X(2)，℃；(d)烟气侧换热效率、空气热容量和烟气热容量之比应达值的确定环节：对三分仓回转式空气预热器设计进口烟温和设计出口烟温分别修正到实际参与换热的进出口烟温，并由烟气侧换热效率、空气热容量和烟气热容量之比新定义的计算式计算得到设计条件下空气预热器的烟气侧换热效率、空气热容量和烟气热容量之比，即为空气预热器烟气侧换热效率、空气热容量和烟气热容量之比的应达值；三分仓回转式空气预热器真实换热性能应对设计进口烟气温度和设计出口烟气温度作如下修正计算，对于三分仓回转式空气预热器上端面，只要将设计进口烟温修正到实际参与换热的设计进口烟温即可，即${}^b\theta _{\mathrm{ky}}^{\prime S}=\frac{100{}^b\theta _{\mathrm{ky}}^{\prime }({}^{b}K_S+1)+{}^{b}A_{L\left(S\right)}{}^{b}K_S{}^{b}t_{S\left(1\right)}+{}^{b}A_{L\left(S\right)}{}^{b}t_{S\left(2\right)}}{({}^{b}K_S+1)({}^{b}A_{L\left(S\right)}+100)}---\left(10\right)$其中，为设计空气预热器实际参与换热的进口烟气温度，℃；为设计空气预热器进口烟气温度，℃；^bt_S(1)为设计空气预热器出口一次风温度，℃；^bt_S(2)为设计空气预热器出口二次风温度，℃；^bK_S为设计空气预热器上端面一二次漏风分配比；^bA_L(S)为设计回转式空气预热器上端面的漏风率，％；对于三分仓回转式空气预热器下端面，应将空气预热器出口排烟温度修正到实际参与换热的出口烟气温度，即${}^b\theta _{\mathrm{py}}^S=\frac{({}^{b}K_X+1)({}^{b}A_L+100){}^b\theta _{\mathrm{py}}-{}^{b}A_{L\left(X\right)}({}^{b}K_X{}^{b}t_{X\left(1\right)}+{}^{b}t_{X\left(2\right)})}{(100+{}^{b}A_{L\left(S\right)})({}^{b}K_X+1)}---\left(11\right)$其中，为设计空气预热器实际参与换热的出口烟气温度，℃；^bθ_py为设计空气预热器出口烟气温度，℃；^bt_X(1)为设计空气预热器进口一次风温度，℃；^bt_X(2)为设计空气预热器进口二次风温度，℃；^bK_X为设计空气预热器下端面一二次漏风分配比；^bA_L为设计空气预热器漏风率，％；^bA_L(S)为设计回转式空气预热器上端面的漏风率，％；^bA_L(X)为设计回转式空气预热器下端面的漏风率，％；由此得到三分仓回转式空气预热器烟气侧换热效率、空气热容量和烟气热容量之比的应达值${\eta }^b=\frac{{}^b\theta _{\mathrm{ky}}^{\prime S}-{}^b\theta _{\mathrm{py}}^S}{{}^b\theta _{\mathrm{ky}}^{\prime S}-{}^{b}t_X}---\left(12\right)$其中，η^b为回转式空气预热器烟气侧换热效率应达值；为设计空气预热器实际参与换热的进口烟气温度，℃；为设计空气预热器实际参与换热的出口烟气温度，℃；^bt_X为设计空气预热器的进口加权平均空气温度^bt_X＝^bX₁^bt_X(1)+^bX₂^bt_X(2)，℃；$X_R^b=\frac{{}^b\theta _{\mathrm{ky}}^{\prime S}-{}^b\theta _{\mathrm{py}}^S}{{}^{b}t_S-{}^{b}t_X}---\left(13\right)$其中，为回转式空气预热器空气热容量与烟气热容量之比应达值；为设计空气预热器实际参与换热的进口烟气温度，℃；为设计空气预热器实际参与换热的出口烟气温度，℃；^bt_S为设计空气预热器的出口加权平均空气温度^bt_S＝^bX₁^bt_S(1)+^bX₂^bt_S(2)，℃；^bt_X为设计空气预热器的进口加权平均空气温度^bt_X＝^bX₁^bt_X(1)+^bX₂^bt_X(2)，℃；(e)实际烟气侧换热效率、空气热容量和烟气热容量之比的修正环节：将计算得到的当前实际烟气侧换热效率、空气热容量和烟气热容量之比修正到设计空气预热器实际参与换热进口烟温和设计进口空气温度条件下，以便和应达值进行比较；实际参与换热的空气预热器出口烟气温度修正到设计实际参与换热进口烟温和设计进口空气温度下，即${}^X\theta _{\mathrm{py}}^S={\theta }_{\mathrm{py}}^S+\frac{({\theta }_{\mathrm{ky}}^{\prime S}-{\theta }_{\mathrm{py}}^S)({}^{b}t_X-t_X)+({}^b\theta _{\mathrm{ky}}^{\prime S}-{\theta }_{\mathrm{ky}}^{\prime S})({\theta }_{\mathrm{py}}^S-t_X)}{{\theta }_{\mathrm{ky}}^{\prime S}-t_X}---\left(14\right)$其中，为修正到设计实际参与换热进口烟温和设计进口空气温度下的实际空气预热器出口烟温，℃；为空气预热器实际参与换热的出口烟气温度，℃；为空气预热器实际参加换热的进口烟气温度，℃；^bt_X为设计空气预热器的进口加权平均空气温度^bt_X＝^bX₁^bt_X(1)+^bX₂^bt_X(2)，℃；t_X为空气预热器的进口加权平均空气温度t_X＝X₁t_X(1)+X₂t_X(2)，℃；为设计空气预热器实际参与换热的进口烟气温度，℃；修正到设计实际参与换热进口烟温和设计进口空气温度下的空气预热器出口空气温度为${}^{X}t_s=t_s+\frac{({\theta }_{\mathrm{ky}}^{\prime S}-t_s)({}^{b}t_X-t_X)+({}^b\theta _{\mathrm{ky}}^{\prime S}-{\theta }_{\mathrm{ky}}^{\prime S})(t_S-t_X)}{{\theta }_{\mathrm{ky}}^{\prime S}-t_X}---\left(15\right)$其中，^Xt_S为修正到设计实际参与换热进口烟温和设计进口空气温度下的实际空气预热器出口风温，℃；t_S为空气预热器上端面的出口加权平均空气温度t_S＝X₁t_S(1)+X₂t_S(2)，℃；为空气预热器实际参加换热的进口烟气温度，℃；^bt_X为设计空气预热器的进口加权平均空气温度^bt_X＝^bX₁^bt_X(1)+^bX₂^bt_X(2)，℃；t_X为空气预热器的进口加权平均空气温度t_X＝X₁t_X(1)+X₂t_X(2)，℃；为设计空气预热器实际参与换热的进口烟气温度，℃；计算修正后的烟气侧换热效率、空气热容量和烟气热容量之比${}^X\eta =\frac{{}^b\theta _{\mathrm{ky}}^{\prime S}-{}^X\theta _{\mathrm{py}}^S}{{}^b\theta _{\mathrm{ky}}^{\prime S}-{}^{b}t_X}---\left(16\right)$其中，^Xη为修正后的烟气侧换热效率；为设计空气预热器实际参与换热的进口烟气温度，℃；^bt_X为设计空气预热器的进口加权平均空气温度^bt_X＝^bX₁^bt_X(1)+^bX₂^bt_X(2)，℃；为修正到设计实际参与换热进口烟温和设计进口空气温度下的实际空气预热器出口烟温，℃；${}^{X}X_R=\frac{{}^b\theta _{\mathrm{ky}}^{\prime S}-{}^X\theta _{\mathrm{py}}^S}{{}^{X}t_S-{}^{b}t_X}---\left(17\right)$其中，^XX_R为修正后的空气热容量和烟气热容量之比；为设计空气预热器实际参与换热的进口烟气温度，℃；为修正到设计实际参与换热进口烟温和设计进口空气温度下的实际空气预热器出口烟温，℃；^bt_X为设计空气预热器的进口加权平均空气温度^bt_X＝^bX₁^bt_X(1)+^bX₂^bt_X(2)，℃；^Xt_S为修正到设计实际参与换热进口烟温和设计进口空气温度下的实际空气预热器出口风温，℃；(f)换热性能诊断环节：将当前实际烟气侧换热效率、空气热容量和烟气热容量之比与相应的应达值做比较，若当前实际烟气侧换热效率值小于应达值，而空气热容量和烟气热容量之比大于应达值，且空气进出口温差小于设计值，即可判断当前空气预热器换热性能已经下降，即回转式空气预热器换热性能诊断的关系式为^Xη＜η^b                             (18)${}^{X}X_R>X_R^b---\left(19\right)$^Xt_S-^bt_X＜^bt_S-^bt_X                        (20)其中，^Xη为修正后的烟气侧换热效率；η^b为回转式空气预热器烟气侧换热效率应达值；^XX_R为修正后的空气热容量和烟气热容量之比；为回转式空气预热器空气热容量与烟气热容量之比应达值；^Xt_S为修正到设计实际参与换热进口烟温和设计进口空气温度下的实际空气预热器出口风温，℃；^bt_X为设计空气预热器的进口加权平均空气温度^bt_X＝^bX₁^bt_X(1)+^bX₂^bt_X(2)，℃；^bt_S为设计空气预热器的出口加权平均空气温度^bt_S＝^bX₁^bt_S(1)+^bX₂^bt_S(2)，℃。