空预器性能试验 ASME PTC 4[1].3实施细则.doc

空预器性能试验 ASME PTC 4.3实施细则1.范围本说明的目的是给出在空预器现场试验的实施大纲,以确定下列运行特性:· 空气至烟气侧的漏风· 烟气与空气的压降· 热力性能本细则并未特别规定性能保证值，但在试验前需经各方认可。2.试验准备2.1 人员选择为确保试验结果的可靠,所有参加测试人员应有相应的资质并能完全胜任其特定的工作职责,参试单位可指定一人组织试验并负责协调处理诸如测量精度、试验条件及操作方法等不同意见。指定一人对性能测试及对测试有影响的试验条件负责。2.2 空预器的检查及运行建议试验前对空预器进行全面的检查,特别是要注意对那些对性能有影响的部件的工作状况,需强调的是要对换热元件的状况及清洁度进行仔细检查,空预器在正确的工况下运行。确保所有的外部空气旁路及再循环挡板的密封效果,必须逐一检查膨胀节的完整性。试验前要使所有的换热元件都处于商业性洁净状态(符合常规运行的洁净度要求),所有的在线吹灰必须在试验前完成,试验期间严禁进行清扫及吹灰。 2.3 测量漏风首选的取样和测量技术测量空预器漏风较好的取样技术就是横穿过烟气入口和出口抽取每份烟气样品进行分析,采用这种方法,就可测到穿过每个管道的取样点每个网格的单独的氧气测量值.该网格中所包括的取样点数量应与ASME PTC 4.3 中的要求一致。同时在烟气出口管道进行皮托管横移以确定在管道内的测量平面内是否有严重的速度分层现象存在,如穿过管道有明显的速度分层现象存在,必须用这些速度测值来计算一下取样平面整体的加权平均值,而不是简单的数学平均值。上述的取样横移方法是按照ASMEPTC4.3进行的,是建立后面标准中采用的固定网格法取样的必要准备。ASMEPTC4.3中固定网格法取样的优点是在性能试验中可感知大多数烟气样本速度的增加。然而,豪顿的经验是上面的横进取样方法是完成性能试验的较好方法，理由如下所述：u 该方法避免了使用长取样管和复杂的布置方式,实际上,这样的取样管在测试过程中很容易发生泄漏和堵塞,用这种取样方法,当产生上述情况时,是很难处理的。u 采用这种单独的横进式取样方法,可将取样管路的长度保持在最小, 氧气分析仪可以定位在接近取样点处。u 还有，采用横进式取样技术，通过研究穿过空预器的两个取样平面的氧含量的变化，可以判断单独的或一组氧含量测量值是否可靠。例如，在空预器出口处测到的高度分层的氧气值和空预器扇形板处产生的氧气峰值也许是在管道另一侧与空预器漏风不能联系在一起。相反的，这样的峰值也许与空气进入到取样点或空气以其他形式进入到管道，如膨胀节泄漏等。如果发现了不正常的值，不用否定整个取样平面或试验，参加试验的单位可取得一致怎样补偿这样的错误，建议的解决办法是不计那些存在异议的数据，并且用在邻近的取样点测得的氧气读数值来替代。用横进式测量法来测量穿过空预器的漏风率，必须重复试验直到所取得的两组连续的数据所指示的漏风率水平在允许的公差范围内。另外，当做完这些重复试验之后，分别将烟气进口和出口处使用的测氧仪进行消除误差。如上述测得的数据不在试验允许的公差范围内，必须重做试验直到达到标准为止或可将所以测试值做一下数据平均。也应该在一次风入口和二次风入口做一下皮托横移试验，来测定设计工况下进入空预器的气体流量，这些以后用来测量空气进口温度。如发现记录的烟气入口氧量值不在规定的偏差内，机组将被视为不可进行试运。3.试验条件3.1 试验条件概况在整个试验期间,保持空预器恒定的空气及烟气流量,保持O2的稳定是非常重要的,蒸汽发电机的负荷要尽可能接近设计值,并在每次试验开始之前至少使其保持稳定30分钟，只有在参试各方确认整个测试系统运行到满意状态且试验准备工作一切就绪时方可开始试验.当试验做为协议保证的一部分进行时,Howden仍保留被给与一段时间更正错误的权利,重新试验设备看在保证的参数中是否还存在性能方面的缺欠。3.2 持续时间试验运行应至少持续2个小时，但需要足够长的时间在一台空预器上取至少两组完全一致的数据。3.3烟气侧效率如果两次试验的烟气侧效率测试结果都超出了协议允许值,需进行第三次测试,测试效率则为在许用偏差范围内的两个试验结果的平均值。3.4 试验舍弃在试验过程中观察到差异较大的数据或在计算过程中产生明显不切实际的结果时,此次试验应彻底取消,并重复试验直到获得正确结果为止。另一种方法是，为防止测得的氧气含量过高，通过研究后可将这些数据的一小部分舍弃，然后用在测点上测得的邻近的氧气读数值来替代，见2.3节。3.5 记录和试验报告所有与试验目的有关的观测值、测量结果及仪表读数要照实记录下来,修正系数及修正值要单独填入试验记录表中。4. 测量值为确定三分仓空预器的性能需得到如下测量值：二次风进口温度Ta1s一次风进口温度Ta1p二次风出口温度Ta2s一次风出口温度Ta2p烟气进口温度Tg1二次风侧进口和出口静压Psa1s，Psa2s一次风侧进口和出口静压Psa1p，Psa2p烟气侧进口和出口静压Psg1，Psg2二次风出口流量(测值)Ma2s烟气入口质量流量(测值)Mg1烟气出口质量流量(计算值)Mg2干烟气进口和出口O2和CO百分含量O2进口，O2出口CO进口，CO出口另外,燃料及烟气取样要送试验室分析以确定燃料及烟气的成分,烟气中水分与密度的确定对漏风计算至关重要。为了全面分析试验数据,电厂应提供能在每一时间间隔内把控制盘读数打印并输出来的设备以获得如下明细:u 锅炉负荷u 所有记录的温度、质量流量和压力u 风机电流值u 任何其他可能影响空预器性能的因素,如:控制挡板位置等 5.仪 器试验所需仪器如下:5.1热电偶校准过的NiCr：NiAl热电偶(K型)应与校准过的数字式温度计或数字显示仪表一同使用，热电偶应符合下列性能要求:u 工作温度范围:01000°Cu 测量精度：±1.5°C5.2 压力表应使用校准过的电子微压计或U型管/倾斜压力计（充水或已知比重的轻液体）。5.3 分析仪器用烟气分析仪来确定烟气流中氧气的百分数。其形式可分为：u 顺磁吸引u 催化燃烧u 电化薄膜扩散u 锆电池式括散每次试验前后该仪器都应在现场进行校准以确保读数的一致性并避免出现任何较大的偏差，100%N2气瓶进行校零，用95%N25%O的混和气体进行刻度的标定。6.试验步骤6.1测点位置进出口烟风道中的采样点要尽可能靠近空预器，并尽可能符合速度测量的要求，由于空预器的旋转，在烟气出口处可能出现分层现象，故被测横截面应尽可能远离转子，并位于各伸缩节之前以防空气侵入而影响测量结果。6.2 温度固定好的探头应和热电偶一并安装形成网格覆盖住风道的整个横截面。如需要可使用快速扫描数字记录输出器用以跟踪检查所有热电偶随时间和空间变化的测量数值和信息。位置：u 二次风入口：送风机出口(在一次风和吹灰器密封风停掉后)u 二次风出口：在风箱入口处u 一次风入口：一次风机出口(旁路停掉后)u 二次风出口：在其他气体增加前u 烟气入口：在省煤器出口的灰斗后面(在水平段上)u 烟气出口：在灰斗后面并在除尘器弯段前每个热电偶都有各自的修正系数并在每个校准证上提供。6.3 静压将压力计连至空预器过渡管道壁上的压力测孔中,以往的经验表明,管道壁固定测孔所测得的平均静压要比横向移测法精确得多。烟气含氧量的读数烟气含氧量的测定是用来满足计算空预器漏风之需要的，空预器漏风量的测量应与流量测量同时进行。对运行负荷稳定的锅炉，锅炉出口/空预器进口的含氧量随时间变化极小，采用单点采样探头并在风道中作综合性移动，即可进行氧量的测定。（见图1）可以用多点采样探头从整个风道抽取烟气样品或从嵌在气道中的多个采样探头抽取。其逐点所确定的总平均值与其整体横移的结果相同。重要的是每一探头要抽取同样体积的烟气。所以每一采样管的长度应相同。在烟气分析仪器和采样管路中要采取适当措施以防空气侵入。仪器要保持清洁,通过雇佣认真细心的操作人员将人为的误差减少到最小。烟气及空气量应通过计算皮托管横移或热平衡来确定,如入口空气流量测定了,应检查空预器前送风机后有无空气排出，如旁路或再循环挡板出现明显的漏风情况,应予以严肃对待。同时,也必须考虑可能出现的冷热风道间相互交迭的不利影响。6.4 烟气分析为计算烟气流量需测定CO和O2的含量。较好的取样和分析方法应如第2.3节中所述的那种全程取样横移方法。应采取正确的方法防止空气侵入到烟气分析仪和取样管线中，分析仪应保持洁净，雇佣细心的人员来将错误减小到最小。在取样的过程中，在不同的线性阶段应对氧气和一氧化碳进行分析仪漂移修正。a)烟气流量：如可能，空预器的烟气入口流速可通过皮托管横穿烟气入口平面的办法来确定。空预器的烟气入口无法测到流量的部分，其流量可按如下方法估测：u 在相关的管道中测量CO和O2的含量并用燃烧计算值和烟气再循环值来确定剩下的烟气成分并根据燃过的燃料单位重量确定烟气的重量。u 燃过的燃料的重量可根据汽轮机的出力估计和假定的整个系统效率来估测。u 上述两个系数可结合起来以便计算整个锅炉的烟气流量速率。然而，要强调的是这种估测办法不是很好的测量方法，因为在假定周期效率上是很不准确的并且空预器同时运行时，两台空预器之间额烟气流分别是很不均匀的。b)二次风流量：如果可能，二次风出口流量可通过让皮托管横移穿过空气出口管道的办法来测量。因为在这些测量点前面，有交叉管道，可比较两台送风机的流量(从轴流风机上安装的元件上取值)来确定每台空预器上的流量平衡是否相等。实践表明，1998年Howden Sirocco在高碑店电厂的首次空预器试验中，用长5米、及气流仪表公司提供的校过的皮托管成功的进行了横移式试验。c)一次风流量：如果上述的两个风流可像上面建议的那样进行测量，那么可用烟气入口流量和二次风出口流量通过穿过空预器的能量平衡连同测定的温度和计算的比热来计算一次风流量。另外，二次风和一次风出口流量都可用皮托横移来测得，但是烟气入口横移是很困难的，烟气入口流量可通过热平衡计算。一次风机的电流可作一下比较来检查通过每个空预器的一次风平衡情况。可对磨煤机入口流量和温度进行交叉检查。如通过旁路和再循环挡板的漏风很大，必须考虑到这点，同时考虑热和冷管道的可能影响。6.5 速度的测定如在烟气流的初步测量中显示有分层现象,建议在气道横截面中的每一个位置上都要做单独测量,且与相应位置烟气流量成比例,所测出的平均值用来代表该截面的测量值.如需要应在烟气采样和温度测量的同一位置同一时刻用皮托管测出速度压力(动压)，如遇到严重分层必须进行动压测定。7. 计算及公式如要澄清下列方程中的符号,请参考后面附录A中的专门用语及定义。7.1 漏风烟气入口流量的漏风百分比通过下式计算 式中:系数由干燥基转换为含水基,可通过燃烧分析来计算得到烟气中密度和湿度的百分含量。实践中上面这个方程和非常复杂的ASME方程所得到的结果是相似的，因此如在两个分析方法中得到的结果明显不同，这只能表明存在计算错误。7.2 非稀释性烟气出口温度其中L为漏风，以十进制数表示。7.3 空预器能量平衡在两分仓空预器中，通常从送风机出口的测试点测量到空预器进口的流量是非常方便的。所以可以从下面的热平衡方程来计算烟气入口质量流量： 三分仓空预器有两股独立的空气流经转子,通过氧气浓度测得的漏风量是从一次风和二次风流到烟气漏风的空气总量,无法确定来自每个气流的总量或有多少气流从压力较高的一次风侧到压力较低的二次风侧。由于存在上述多项未知参数,因而无法进行两个空气入口流量的测定和热平衡方程的转换,为保证分析的精确性,需对空气出口的质量流量进行测量，并采用下列方程计算烟气质量: 注：当进行能量平衡的时候，我们假定散热损失不计。7.4 混合空气的温度(用于热力分析)空气入口温度：空气出口温度：7.5 温差烟气测：空气侧：7.6 热效率定义烟气侧：7.7 压降烟气侧压降： 二次风压降：一次风压降： 7.8 压差热端平均压差：冷端平均压差：7.9 平均比热 式中Cp为烟气或空气在相关温度内的比热8 试验测量值和设计值的比较8.1 热力运行裕度计算烟气出口温度应根据ASME方程和豪顿提供的修正曲线，及使用合成的空预器为基础并且用二分仓空预器来进行分析。这就意味着我们需要使用合成的空气入口温度。空气出口温度可通过二次风和一次风流量比来计算，空预器入口温度可通过在预试验中测定的流量来计算。另外，如果这时测到的值仍是不准的，可用空气出口流量来计算出精确的混合值 。 8.2 漏风分析通过测试计算而得到的漏风,在与设计值进行比较之前都必须将流量和冷端压差与所引用的"设计值"的差值修正过来。由氧量测值计算漏风并用正确公式加以修正,最后与设计值进行比较。修正时使用ASME方程7.13.1和加权平均空气入口温度，并按如下公式进行修正： 式中LR是与设计流量及冷端压差有关的漏风。8.3 压降分析设计条件下压降采用下列HOWDEN标准方程式计算得到: 式中: 下标T和D分别表示试验和设计条件m为平均温度下的粘度。 r为平均温度下的流体密度。 b为换热元件摩擦系数。 对于HOWDEN的典型的传热元件，b » -0.32，所以上述方程将转变为如下： 注：ASME方程中修正压降并没有考虑到空预器在紊流和平流之间运行的过渡阶段的情况。同ASME标准不同，它只是简单的全紊流状态下的情况，并使用一简单的法规来进行修正。Howden 上面的方程通过对已安装的换热元件的磨擦率来计算，结果非常准确。8.4 测试仪器仪表要求项目精度要求热电偶公差（NiCr:NiAL)± 1.5ºC温度测量仪器误差± 1.0ºC氧分析仪误差± 0.1% O2压力测量仪器误差± 4%烟气侧效率复测允许偏差± 5%复测时入口氧量与设计值允许偏差± 1% O2校零气体0.0% O2, 100.0% N2量程标定气体5.0% O2, 95.0% N28.5 总体错误分析当前的ASME PTC4.3在计算空预器的3个主要性能参数：漏风、热力性能和压降过程中，对总体测量精度在计算中产生的误差进行了详尽的分析。对于任何一个从一系列的单独的测量数据中计算得到的系数，应该很明显的任何推导出来的数据在经过下列系数后都会有一个测量误差。§ 各个仪表的精度(如上所列)。§ 取样精度：穿过取样平面测得的各个独立的取样点的精度代表着穿过取样平面的平均烟气状况。§ 计算方法取决于减掉的两个氧气值，这两个值要相对的比较接近。在此不进行误差分析，值得强调的是20年前CEGB所做的独立的误差分析得出结论，使用O2或CO2方法测量的空预器漏风率精度不会超过20%。因此可能会测到7.5%的真实漏风率，因为在任一处该值都介于6.0%-9.0%，这取决于测量值和取样的累计误差。 测量数据误差本身不可避免的散布情况说明为什么豪顿公司自身的不同设计形式和不同型号的空预器测量值所反映的是一个类似的散布范围。当漏风率较高时，区分测量误差和不适当的密封设定是很重要的。漏风测量误差在±20以下，将设计是7.5%漏风率测成小于9，都说明漏风率不是太高。若采用了正确的测量方法，同一台空预器上测量到的漏风值高达11，这只能证明这台空预器没有达到漏风保证值。在这种情况下，空预器密封间隙设定一定是超出了允许公差。附录A：定义与术语漏风从空气侧进入到烟气侧的空气量。假定直接从空气进口进入到烟气出口。未稀释的烟气出口温度在没有漏风的情况下，烟气将在这个温度下离开空预器。烟气出口温度测量的烟气出口温度。烟气侧效率空气进口和烟气进口温度之间的差异，烟气温度下降的速比。使用的符号名称单位M质量流量速度kg/sT温度°CL漏风 (烟气入口质量流量的百分含量)%Ps静压kPaPv动压kPaBp大气压kPaDP压差kPaA管道面积m²效率%Cp比热J/kg°CTM热力裕度%k烟气入口的湿气百分含量%标况下的烟气密度kg/m³常温常压下的空气温度kg/m³标况下的水蒸气密度kg/m³下标定义a空气侧参数g烟气侧参数1进口状况2出口状况T试验状况D设计状况NL无漏风(未稀释的)s二次风p一次风附录B：试验前检查项目序号 检查项目备注1试验前后标定烟气分析仪2检查测量系统严密性3检查测点之间人孔门、挡板及膨胀节的严密性4检查省煤器和空预器冷灰斗排灰管严密性5检查吹气器墙箱严密性6是否有灰仓密封风引入空预器出口烟道？如有应设法消除其影响。7清洁用负压系统出口是否引入空预器出口烟道？如有应设法消除其影响。8空气与烟气消防水管间有无隔离阀？9有无水冲洗管连接空气与烟气侧？10注意观测烟气分析仪读数是否有异常，如有应查明原因11检查静压取样管不要堵灰12测量截面应尽可能接近空预器，否则应考虑烟风道的压损。