引言三分仓空气预热器是大型电站锅炉普遍采用的尾部换热设备，其主要作用是回收锅炉尾部烟气余热，加热参与燃烧的空气。三分仓空气预热器的出口烟温是影响锅炉机组效率及煤耗的重要因素[1]，对空气预热器的安全运行具有重要影响[2-4]。一次风出口温度会影响锅炉炉膛中煤粉着火与燃烧的稳定性[5]。一次风的运行参数是影响煤粉细度和锅炉效率的因素[6-7]。二次风出口温度是影响NOx生成的重要因素[8]。为了响应我国国家水污染处理政策，减轻电厂脱硫废水处理压力，相关学者对电厂脱硫废水处理问题进行了许多研究[9]。有关学者设计了蒸发塔处理脱硫废水的方法[10-11]。该方法通过抽取省煤器与空气预热之间的高温烟气，加热雾化的脱硫废水，实现脱硫废水零排放。但抽取一定量烟气会对空气预热器的换热工况及工质出口温度产生重要影响。因此，研究抽气后空气预热器工质出口温度的变化成为重要课题。为了寻求更为精确、适用性强的三分仓热力计算方法，相关研究人员进行了大量研究，胡华进[12]等根据数值计算，提出在一定条件下将三分仓空气侧合并处理，按照二分仓计算过程进行传热校核的简化方法。周俊虎[13]等以空气预热器整体作为研究对象，考虑流体与金属蓄热板换热情况建立计算模型。周强泰[14]等以两分仓的形式进行热力计算，将空气预热器作为整体进行热力校核，对三分仓空气预热器进行计算。李杨[15]等以空气预热器实际运行状况为前提，介绍热力计算的简化方法。陈欢[16]等考虑三个仓之间的漏风差异和金属蓄热板竖直切面平均温度沿旋转方向的非线性及流体温度的非线性特性，提出三分仓空气预热器的热力计算方法。Wei[17]等介绍适用二分仓和三分仓换热计算的数值模拟方法。但目前国内外关于在三分仓空气预热器烟气进口处抽取一定量烟气对其工质出口温度影响的研究并不多见。以河北省某电厂660 MW机组为研究对象，对不同抽气工况下三分仓空气预热器工质出口温度的变化情况进行理论分析。1理论计算1.1理论模型三分仓回转式空气预热器传热方式如图1所示。三分仓空预器由烟气、一次风和二次风三个扇形区域组成，三分仓转动过程中，受热原件依次经过烟气、一次风、二次风区域。受热原件经过烟气区域时吸热，经一次风和二次风区域时放热，受热原件反复完成上述过程，使烟气中的热量持续传递给一、二次风。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.013.F001图1三分仓回转式空气预热器传热方式为了便于计算，在三分仓换热模型的基础上，依据抽气工况提出如下假设：（1）三分仓各段中一、二次风的风量份额不发生改变；（2）三分仓各段的漏风系数相同；（3）改变煤种时烟气侧进口过量空气系数不发生变化，空气侧（一、二次风量总和）出口过量空气系数不发生变化；（4）抽气后空预器的漏风系数呈线性变化；（5）忽略抽气对锅炉其他设备的影响。1.2计算方法借鉴锅炉原理[14]和文献[4]中的计算方法，将计算过程分为结构计算、燃烧计算、空气预热器换热计算。1.2.1结构计算对三分仓回转式空气预热器各段的当量直径、流通面积等参数进行计算，可以查阅设计手册[18]。1.2.2燃烧计算对烟气及空气量进行计算，计算过程中引入比例系数L0，表示空预器进口处抽气质量与烟气总质量的比值。因为燃烧计算以单位质量燃料为基准，抽气后进入空预器的烟气量由(1-L0)燃料燃烧产生。进行空气侧和烟气侧过量空气系数计算时，均需考虑漏风问题。根据假设(4)给出漏风系数Δαh为：Δαh=Δα1+KN (1)式中：Δαh——抽气后漏风系数；Δα——未抽气时空气预热器漏风系数：K——漏风系数变化率；N——抽气量，t/h。抽气后烟气由L1 燃料燃烧产生，漏风系数Δαh'为：Δαh'=ΔαhL1 (2)式中：Δαh——抽气后漏风系数；Δαh'——折算后漏风系数；L1——烟气量与总烟气量的质量比。研究不同煤种对三分仓空气预热器工质出口温度的影响。在已知锅炉设计煤种的情况下，假定燃用不同煤种时的锅炉热效率不变。可以通过已知煤种的计算燃料消耗量计算其他煤种的计算燃料消耗量。Bcal2=100-q42Bcal1×Qnet1100-q41Qnet2 (3)式中：Bcal1——燃烧煤种的计算燃料消耗量，kg/s；Bcal2——待求煤种的计算燃料消耗量，kg/s；Qnet1——燃烧煤种的低位发热量，kJ/kg；Qnet2——待求煤种的低位发热量，kJ/kg；q42——待求煤种的机械未完全燃烧热损失；q41——燃烧煤种的机械未完全燃烧热损失。1.2.3热力计算Qk,d=(αk+Δαh')(Hk,o-Hk,i) (4)Hk,i=1Δαh'(Hy,o-Hy,i+Qk,dφ)-Hk,o (5)式中：Qk,d——空气吸热量，kJ/kg；αk和Δαh'——空气侧过量空气系数和漏风率；Hk,i、Hk,o、Hy,i、Hy,o——空气和烟气的进出口焓值，kJ/kg；φ——保热系数。Qk,c=3.6kΔtABj (6)k=ξπ(1xkβk+1xyβy) (7)式中：Qk,c——烟气传热量，kJ/kg；k——传热系数，W/(m2·℃)；Δt——对数平均温差，℃；A——传热面积，m2；Bj——计算燃煤量，kg/h；ξ、π——利用系数和修正系数；xk和xy——空气和烟气所占份额；βk和βy——空气和烟气对流换热系数，W/(m2·℃)。1.2.4计算过程首先假定热段出口烟温，并采用一、二次风平均出口温度进行迭代，获取各段烟气温度，随后对一、二次风温各自进行迭代计算。换热计算流程如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.013.F002图2换热计算流程2原始数据概括以600 MW超临界锅炉机组中三分仓空气预热器为研究对象，三分仓空气预热器原始数据如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.013.T001表1三分仓空气预热器原始数据项目数值每台热段受热面积/m222 282每台中间段受热面积/m267 521每台冷段受热面积/m247 160漏风系数0.065热段烟气进口温度/℃376一次风进口温度/℃27二次风进口温度/℃23一次风流道所占份额0.139二次风通道所占份额0.278烟气通道所占份额0.458转速/(r/min)1.2转子直径/m14.95根据文献[10]相关计算方法，采用VB语言编程进行计算。为了分析煤种改变对三分仓空预器换热的影响，设定未抽气时空气预热器出口和进口烟气温度不变的两种工况，采用国内常见的5种具有代表性的煤种，设置7种抽气量，对不同抽气工况下工质出口温度变化情况进行分析。煤质资料如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.013.T002表2煤质资料煤种收到基组分/%低位发热量/(kg/kJ)碳氢氧氮硫灰水原始煤种60.163.629.940.700.5811.0014.0022 771丰广褐煤35.283.2412.541.040.1625.7422.0013 410开滦洗中煤46.483.075.810.730.9135.008.0017 180淮南烟煤58.903.764.170.970.5526.455.2022 625芙蓉贫煤61.922.401.560.993.8222.816.5023 090阳泉无烟煤67.871.731.950.430.2222.805.0023 0403结果与分析进口温度固定为365.0 ℃工况下，烟气、一次风和二次风出口温度变化如图3~图5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.013.F003图3进口温度固定为365.0 ℃工况下烟气出口温度变化10.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.013.F004图4进口温度固定为365.0 ℃工况下一次风出口温度变化10.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.013.F005图5进口温度固定为365.0 ℃工况下二次风出口温度变化10.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.013.F006图6出口温度固定为121.0 ℃工况下烟气出口温度变化10.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.013.F007图7出口温度固定为121.0 ℃工况下一次风出口温度变化出口温度固定为121.0 ℃工况下，烟气、一次风和二次风出口温度变化如图6~图8所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.013.F008图8出口温度固定为121.0℃工况下二次风出口温度变化随抽气量的增加，三分仓空气预热器工质出口温度均呈线性下降趋势，由一系列直线组成。由于三分仓空气预热器中烟气量随抽气量呈线性变化，且烟气量变化是影响空气预热器换热工况的主要因素。换热工况的改变会导致空气预热器工质出口温度发生变化。相同工况下，同一台空气预热器工质出口温度和工质出口温度的变化速率与煤种有关。除图6外，各图中不同直线的数值有明显差别，表明工质出口温度受煤种的影响。各图中不同直线的斜率不完全相同，若将各直线的起点平移至相同位置，形状与图5类似，表明三分仓空气预热器工质出口温度的变化速率受煤种的影响。进口烟气温度固定时，相同工况下空气预热器工质出口温度大致随煤质含碳量和低位热值的增加而下降。出口烟气温度固定时，相同工况下空气预热器一、二次风温大致随煤质含碳量和低位热值的增加而上升。原因可能是在相同的锅炉机组中采用热值相对较低的煤种时，计算燃料消耗量数值相对较大，采用低热值煤种时需要燃用更多的燃料，产生的烟气量和需要的空气量较大，在空气预热器结构一定时，内部气体流速相对较高，使空气预热器的空气侧换热得到强化。由于烟气比热容相对于空气较大，虽然空气预热器总换热量增加，但进口烟温固定时，烟气出口温度依旧有所上升。抽气量对烟气出口温度的影响比其对一、二次出口温度的影响大。通过分析图3~图8中的直线斜率可以发现，煤种不发生改变时，烟气出口温度的变化直线的斜率大于一、二次风出口温度变化直线的斜率，且一、二次风出口温度变化直线的斜率大致相等。这表明随着抽气量的增加，烟气温度变化速率大于一、二次风温变化速率，且一、二次风变化速率大致相等。抽气使烟气量减少，烟气流速降低，烟气在空气预热器内放热更加充分。但空气预热器中空气量并未发生变化，一、二次风温的改变只受烟气量减少导致的换热减少的影响。4结语分别固定未抽气时三分仓空气预热器进口和出口烟气温度，研究不同煤种在7种抽气工况下，三分仓空气预热器工质出口温度的变化情况。通过对热力计算结果的分析得出如下结论：三分仓空气预热器工质出口温度受到抽气量、煤种的影响；其他条件相同时，空气预热器工质出口温度与抽气量大致呈线性关系；煤种会影响三分仓空气预热器工质的出口温度和出口温度的变化速率；抽气量对烟气出口温度的影响比其对一、二次出口温度的影响大。