符号说明(国际单位制)

1—下中心梁；2—下连接板；3—轴封调节；4—上连接板；
5—上中心梁；6—T字型钢；7—蓄热元件；8—转动转子；
9—传动装置；10—调换门；11—径向密封；12—金属外壳
图1 三分仓回转式空气预热器的传热机理

图2 隔板热态运行时蘑菇状变形

图3 回转式空气预热器的风烟流程压差分布图

　　由于回转式空气预热器的高差压、大间隙和结构复杂，使得回转式空气预热器漏风问题变得尤为显著。需要建立一个具体的数学模型来模拟300 MW机组回转式空气预热器的漏风分布。

1 漏风机理和漏风分布模型

1.1 空气预热器间隙系统中压力漏风模型和结构漏风模型
　　300 MW机组尾部受热面采用三分仓回转式空气预热器，因为一、二次风同烟气之间的换热机理是相似的，所以笔者只建立漏风量最大的一次风和烟气之间的漏风分布模型，并将回转式空气预热器内部换热过程做了理想化处理，简化后的理想回转式空气预热器的漏风分布模型如图4所示^［2］。

图4 理想空预器漏风分布模型

　　图4中，理想空气预热器漏风模型包括外壳（剖面线内部发生漏风）、内核（阴影边界没有泄漏不参与漏风计算）和分别与转子间留有的径向、轴向以及周向间隙。回转式空气预热器的所有漏风按照形成原因均可归结为压力漏风和携带漏风。
1.1.1 压力漏风
　　高压空气通过间隙系统侵入低压烟气，如图4中的m^(H)_c,r、m^(C)_h,r和m_c,ax；冷热工质通过转子的蓄热板会有压损ΔP_a，ΔP_g，造成高压流体通过转子和外壳之间的旁路间隙向低压流体泄漏，如图4中的m^（H）_h,p、m^(H)_c,p、m^(C)_h,p和m^(C)_c,p；
1.1.2 携带漏风
　　残留在模数仓格中的流体会被转子携带入另外仓孔中（含冷热流体），如图4中的m_h,co和m_c,co。
1.2 空气预热器压力漏风模型和结构漏风量的计算方程
　　为了建立完整的数学模型，假定压力泄漏为定熵过程，这样压力漏风可通过伯努力方程和流体连续性方程联合求解，即

　　　　(1)

　　 式（1）中，k为气体常数；取Y＝1；C_d＝0.8；气体压差△P和密度ρ在不同的泄漏位置的取值如表1。

表1 空气预热器漏风压差与密度取值对照表 泄漏项 符号 压差 密度 径向 热端面 m^(H)_c,r P_c,o-P_h，i ρ_c,o 冷端面 m^(C)_h,r P_c,i-P_h,o ρ_c,i 周向 热端热入 m^(H)_h,p P^*_h-P_h,o ρ^*_h 热端冷出 m^(H)_c,p P^*_c-P_c,o ρ^*_c 冷端热出 m^(C)_h,p P^*_h-P_h,o ρ^*_h 冷端冷入 m^(C)_c,p P_c,i-P^*_c ρ_c,i 轴  汇总一处 m_c,ax P_c,o-P_h,i ρ^*_c 携带 热进入冷 m_h,co 　 ρ_h 冷进入热 m_c,co 　 ρ_c 　　

携带漏风量计算公式，首先认为空气预热器有n层隔板，每层隔板由底孔比率σi、高Li的孔板仓组成，ΔL代表转子的轴向密封间隙，并且引入进出口流体平均密度来表达

　　　　(2）

　　式（2）中，平均密度ρ由进出口流体的温度和压力来确定，可见携带漏风主要取决于转子的旋转速度N、通流面积A_fr和工质在冷热端面的平均温度T_c。前两个因素与空气预热器的构造和运行工况有关视为常数，平均密度ρ受端面工质平均温度的影响也不大，所以可将回转式空气预热器的携带漏风看作其固有属性，不可避免。通过后面的计算可知这部分漏风占预热器总漏风量的较小份额，可常数化处理。
1.3 实际回转式空气预热器的漏风模型
　　实际回转式空气预热器的漏风模型包括表1中提到的9个质量流量方程，以及在图4中A、B、…、F各点混合的压力和温度方程。混合点参数具体是指：①冷热流体通过蓄热板时的质量流量m_c、m_h和各自的出口流量m_c,o、m_h,o这4个附加的质量流量;②转子与外壳之间的混合点B、E的4个压力温度参数P^*_h、T^*_h、P^*_c、T^*_c;③T_h,i、T_h,o、T_c,o这3个流体流入流出温度参数。所以，实际空气预热器漏风模型包含20个待定系数，需要20个方程联合求解。表1中根据公式(1)可以列7个方程，公式(2)可以列2个方程；根据质量守恒定律在A、B、…、F 6点可以得到6个等式，见表2；A、B、C、E和F可以得到5个能量守恒方程（见表3）。因此，未知量的个数和方程个数相同，问题可求解。

表2 空气预热器中混合点的质量守恒方程 点 质量守恒方程 A -m_h,i-m^(H)_r-m^(H)_h,p+m_h,co+m_h=0 B +m^(H)_h,p-m_c,ax+m^(C)_h,p=0 C -m_h-m^(C)_r-m^(C)_h,p-m_c,co+m_h,o=0 D -m_c,i+m_c,co+m^(C)_c,p+m^(C)_r+m_c=0 E -m^(C)_c,p+m^(H)_c,p+m_c,ax=0 F +m_c,o+m^(H)_r-m^(H)_c,p-m_h,co-m_c=0

表3 空气预热器中混合点的能量守恒方程 点 能量平衡方程 A -m_h,iH_hi-m^(H)_rH_c,o-m^(H)_h,pH^*+(m_h,co+m_h)H¹_h,i=0 B T^*_h=T^*_c C -m_h-m^(C)_h,p-m^(C)_r-m_c,co+m_h,o=0 E T^*_c=T_c，i F (m_c,o+m^(H)_r)H_c,o-m^(H)_c,pH_c,i-m_h,coH¹_h,i-m_cH¹_c,o=0 　　上述所列方程中，是将流体的物性参数作为常数处理，而且理想的认为流体通过空气预热器转子后立刻混合到平衡状态。但实际上流体的物性参数间存在很大的耦合关系，这就使得上述综合漏风分布数学模型为非线性模型。
1.4 实际回转式空气预热器漏风分布的求解步骤
　　（1） 将B、E 2点的压力和携带漏风初始值设为零，计算A、C、D、F的温度和压力；
　　（2） 对照（1）中结果的数量级选择合理的参数估算表1～3中20个未知变量；
　　（3） 分析步骤（2）的运算结果，并计算出口参数C、F 2点的温度和压力值；
　　（4） 依据各点的压力温度和漏风量来确定各点的密度；
　　（5） 返回步骤（2）判断各点的压力温度是否满足设定的误差；
　　（6） 如果满足（5）的误差限，回转式空气预热器的出口参数（压力、温度及漏风分布）就已确定。

2 应用漏风分布模型的实际仿真

　　通过前面的分析，300 MW回转式空气预热器的作用是回收烟气中的热量以加热新空气，因为在空气预热器内部同时发生多处泄漏，尤其是高差压所引起的泄漏分布广、数量多；相对于压力漏风，携带漏风分布集中、变化不大，所以下面的仿真实例中主要计算压力漏风分布。某电厂1号炉采用三分仓容克式回转空气预热器，自投产以来，经过多次改造和加装径向隔板，但空气预热器漏风仍很严重，运行性能较差。有必要对该回转式空气预热器的内部漏风分布加以详细计算，找出改造中忽视的漏风点，及时的调节密封系统，用最短的时间换取最大的安全性和最佳的经济性。
　　 携带漏风量计算是把模型空气预热器参数表中已知条件代入公式(2),取ρ=0.85～1.4 kg/m3可得m_eo＝3.2～3.3 kg/s,携带漏风率为0.87%～0.88%,所以将携带漏风作常数处理显然是合理的。在压力漏风中，笔者列举了漏风率在5%和10%2种情况进行对比。表4是不考虑轴向漏风，只计算径向和周向漏风时空气预热器的压力将风分布；表5是不考虑径向漏风，以轴向漏风为主时空气预热器的压力漏风分布的计算结果。　　

表4 以径向漏风为主的空气预热器压力漏风分布 参数 0%
5% 10% 　 LCE LHE 5%（冷端） 5%（热端） T′ _h,i 376.7 376.7 376.0 376.7 375.7 T′ _h,o 122.1 130.2 130.6 140.3 139.6 T′ _c,o 333.3 338.8 337.0 343.2 339.9 T_h,o 121.8 123.8 123.2 125.4 124.2 T_c,o 333.0 350.3 356.1 371.0 380.5 ΔP_g 1.801 1.837 1.927 1.881 2.061 ΔP_a 0.630 0.606 0.636 0.637 0.641 m_c,o 34.33 32.60 32.60 30.86 30.86 m_h,o 35.62 37.35 37.35 39.09 39.09 m_c,co 3.210 2.945 3.183 2.934 3.183 m_h,co 0.423 0.395 0.420 0.392 0.417 m^(C)_r 0.002 0.002 0.001 0.001 0.001 m^(H)_r 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001  

表5 以轴向漏风为主的空气预热器压力漏风分布 参数 0% 5% 10% DEBC DEBA DEBC DEBA T′ _h,i 376.7 376.7 363.8 376.7 352.3 T′ _h,o 122.1 130.5 138.2 140.7 155.6

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