袁海旭

内蒙古大唐国际锡林浩特发电有限责任公司 内蒙古锡林郭勒盟 026000

目前，大多数电厂锅炉中使用的是常见的管式空气预热器，这种预热器的应用优势在于能够借助热量导管将热量持续不断的输送到空气中，实际上，这是一种间接的预热方式，还有一种回转式空气预热器，在电厂锅炉中对于应用也比较普遍。这类预热器主要的热量传输方式与第一种大不一样，属于再生传热，通过让烟气和空气在受热面上进行交替，这样就能让烟气中的热量传输到受热面上，使得受热面的温度上升，并对于热量不断进行储蓄。最后在空气流经受热面的情况下，向空气传输热量，使空气温度上升。相对于管式空气预热器，这种预热器的优势在于直接传热，效率较高，而缺点则是漏风严重，严重漏风的情况下，会造成20%以上的漏风量，影响传热效率的提升。回转式预热器的结构也比较繁复，对于具体的生产制造技术要求比较严格，在具体的使用中，一旦出现问题，维修起来也十分不便，其热自动控制效能往往也不好，这样就导致预热器入口风压下降，烟气排放温度低，锅炉的热工作效率不理想，且使用中会出现更多燃煤损耗，导致锅炉的额定负荷难以达到。

1 三分仓回转式空气预热器传热模型

为了有效研究回转式空气预热器温度场自校正计算能力提升，促进空气预热器在温度场控制中发挥有效作用，以300MW三分仓回转式空气预热器为研究对象，构建微元法模型，借助模型在线辨识参数，促进模型自适应空预器性能变化。模型中输出的温度场能够有效的对于空气预热器的具体运行状态进行显示，对于提升电厂安全生产管理效益具有重要作用。

1.1 传热原理

回转式空气预热器对于提升电厂的锅炉工作效率具有积极作用，这一空气预热器能够借助锅炉尾烟气对于一次、二次风进行预热，是锅炉尾部关键的受热面，下图1为三分仓回转式空气预热器图示：

图 三分仓回转式空气预热器结构图

一般来说，在具体的设计中，这类回转式空气预热器会被等分成24、36或是48个扇形仓，每一个分层都是几个扇形仓构成的，而在这些扇形舱中，汇集着众多由金属板材制作的传热元件，这些传热元件的传热性能较好，将这些传热元件按照烟气流动顺序可以分成高温、中温和低温段。对于烟气的一二次风进行逆向对流运动，当烟气达到空气预热器的情况下，对于传热元件快速加热，待转子转向空气后端，对于传热元件中的热量传输到空气中，在转子的带动下，加热的空气流向另一侧，未加热的空气持续替换加热，实现整体空气的加热升温效果。

1.2 传热方程

设计该空气预热器的传热方程中，先不计流体比热容，考虑到传热微元尺寸很小，因此认为流体流向相同，对于系统漏风以及换热影响也忽略不计，也不管辐射换热情况如何，假设转子径向导热率无穷大，而周向热导率无穷小，后者更多的是个自身温度相关的。对于回转式空气预热器实施微元分割，使轴向作为等分线，保证各个分仓平均分割，构成一个个微元。

考虑到传热微元会遭到烟气的冲刷，会导致两侧出现烟气对流放热现象，实现上下微元传热实现，在这一过程中，流体流经传热微元放热量和传热微元金属壁吸热量相等。

其中，F 为气体体积流量，Pair 为流体密度，cp 为流体比热容，tin ,tout 分别为流体进口及出口温度，α为气体对流换热系数，S为对流换热面积，Tij 为 i行 j 列的金属壁温度。

1.3 参数校正

在系统进行初次运行后，使用单纯形最优化算法对气体对流放热系数修正因子K1和金属携带热量增量修正因子K2进行辨别，具体的目标函数为：

其中，N 为烟气分仓数目，tout 为各分仓气体出口温度实测值，tout 为算法计算值。当流体仿真出口温度与实际值偏差超过预定值时，对 k1 和 k2 重新认识，这样就能实现自适应效果，真正发挥自校正功能作用，还能有效将系统参数时变影响全部消除。此时，如果设备结构参数发生变化，依然可以对于相关设备的运行状态实行有效监督。

2 实验验证

为了进一步验证这一设计模型的有效性，笔者从DCS系统数据库中选取了两组数据进行对比分析。针对第一列选取的数据进行对比分析，可得出空气对流换热系统修正因子以及金属转动携带的热量增量修正因子。而针对第二列数据进行对比分析得出，各个分仓出口温度和算法输出温度对比。

表1 实验测试数据及算法输出结果

由表可以看出，在烟气仓出口的不同位置上的不同温度监测点上，仿真平均出口温度与测点平均值温度之差均在 5 ℃范围内，这一点完全符合精度计算的要求。根据实验，能够判断出流体温度场在相关边界位置的具体变化程度，这一变化情况和实际情况比较接近。

借助这种回转式空气预热器温度场自校正计算方法应用，能够有效改善系统的运行状态监督模式，能够对于系统的运行状态进行实施有效的监督，对于空气预热器的运行状况进行把握，及时发现空气预热器的故障问题，做好防范措施，切实提升系统的安全运行效率，保证电厂的安全电力生产目标实现。此外，预热器性能的关键问题是：振动噪声漏风、腐蚀和堵灰，除了要做好相应的在线监测工作外，还需要针对管式空气预热器进行设计制作中，能够确保科学的进行空气流速控制，合理设计相应的尺寸大小，还可以考虑通过安装防震隔板的方式，避免出现空腔共振的现象，以免影响整体的校正效果。此外，安装这一装置后还能够有效减低噪音影响。此外，还要考虑到回转式空气预热器的漏风问题是急需要解决的问题之一，必须要做到对于回转式空气预热器进行设计、制造、安装整个流程的优化。

3 总结

研究以300MW电厂三分仓回转式空气预热器为例，构建了相关微元的能量守恒以及质量守恒方程。模型输出空预器内部流体温度场和金属壁温度场，三维温度场分布能够有效对于空气预热器中的具体运行状态进行显示，和实际情况保持一致。在确保相关的参数相同的前提下，能够基本实现校正效果，可以满足不间断监控需要，对于提升电厂的安全工作具有重要意义。