工業(yè)鍋爐能效測試正平衡法和反平衡法淺析

齊國利 丁春輝 宋吉民 白麗麗

摘 要：TSG G0003-2010《工業(yè)鍋爐能效測試與評價(jià)規(guī)則》[1]對鍋爐節(jié)能方面的設(shè)計(jì)、制造、安裝、維修改造、使用、檢驗(yàn)檢測、能效指標(biāo)等方面做出了相應(yīng)的規(guī)定，并對工業(yè)鍋爐能效測試方法進(jìn)行了規(guī)范。對于工業(yè)鍋爐能效測試，提出了正平衡法和反平衡法兩種測試方法，本文主要從工業(yè)鍋爐能效測試原理出發(fā)，對上述兩種測試方法進(jìn)行分析比較。

關(guān)鍵詞：工業(yè)鍋爐能效測試;正平衡法;反平衡法

中圖分類號：TK31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）02-0081-02

0 引言

工業(yè)鍋爐能效測試，是工業(yè)鍋爐在穩(wěn)定（即正常燃燒狀態(tài)下）工況下，測定其各種熱工性能參數(shù)，從而對鍋爐能效狀況作以判斷。能效測試的主要項(xiàng)目包括介質(zhì)流量、溫度、進(jìn)出口壓力;燃料、爐渣、漏煤、飛灰等重量;排煙溫度、煙氣成分分析等一系列參數(shù)。通過這些數(shù)據(jù)的測量，計(jì)算出氣體未完全燃燒熱損失、固體未完全燃燒熱損失、排煙熱損失、散熱損失、灰渣物理熱損失、鍋爐熱效率及鍋爐出力等。通過測試，能夠確定鍋爐的熱效率，明確鍋爐各項(xiàng)熱損失的大小，分析造成各項(xiàng)熱損失的原因并尋求降低熱損失的方法，以提高鍋爐的熱效率。

1 工業(yè)鍋爐能效測試原理

工業(yè)鍋爐能效測試原理是依據(jù)鍋爐熱平衡原理。鍋爐熱平衡是指鍋爐在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，鍋爐的輸入熱量與輸出熱量以及各項(xiàng)熱損失之間熱量的平衡關(guān)系。

鍋爐輸入熱量與鍋爐有效利用熱量及各項(xiàng)熱損失的平衡關(guān)系，用數(shù)學(xué)公式來表示，即為鍋爐的熱平衡方程式。它是以1kg固體、液體燃料或標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1m3氣體燃料為基準(zhǔn)來計(jì)算的[2]。其公式為：

（1）

式中：——鍋爐輸入熱量，kJ/kg或kJ/m3;——鍋爐輸出熱量，kJ/kg或kJ/m3;——排煙熱損失，kJ/kg或kJ/m3;——?dú)怏w未完全燃燒熱損失，kJ/kg或kJ/m3;——固體未完全燃燒熱損失，kJ/kg或kJ/m3;——散熱損失，kJ/kg或kJ/m3;——灰渣物理熱損失，kJ/kg或kJ/m3。

將上式兩邊都除以Qr再乘100，則得：

（2）

式中：（i=1～6），分別表示有效利用熱及各項(xiàng)熱損失占輸入熱量的百分比。

式中：——鍋爐輸出熱量占鍋爐輸入熱量的百分率，%;——排煙熱損失，%;——?dú)怏w未完全燃燒熱損失，%;——固體未完全燃燒熱損失，%;——散熱損失，%;——灰渣物理熱損失，%。

圖1所示為一臺鍋爐的熱平衡示意圖。煤送入鍋爐燃燒放出熱量并生成高溫?zé)煔?，?dāng)高溫?zé)煔饬鹘?jīng)爐膛和對流煙道時(shí)，在爐膛水冷壁、過熱器、對流管束、省煤器中，將熱量通過受熱面?zhèn)鹘o水和蒸汽，將飽和蒸汽加熱成過熱蒸汽，這部分熱量即為有效利用熱量Q1?？諝庠诳諝忸A(yù)熱器中吸收的熱量，又隨熱空氣送入爐膛，這部分熱量在鍋爐內(nèi)部循環(huán)，因此在鍋爐熱平衡中不予考慮。鍋爐輸入熱量中，除有效利用熱以外，均為各種熱損失。

根據(jù)上述原理，可將工業(yè)鍋爐能效測試分為正平衡法和反平衡法。

正平衡法就是直接測量鍋爐輸入熱量Qr和輸出熱量Q1來確定效率的方法，即鍋爐輸出熱量占鍋爐輸入熱量的百分率，利用此法求得的效率稱為鍋爐正平衡效率。其公式為：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

反平衡法是通過測定各種燃燒產(chǎn)物熱損失和鍋爐散熱損失來確定效率的方法，利用此法求得的效率稱為鍋爐反平衡效率。其公式為：

（4）

2 正平衡法和反平衡法的比較

2.1 正平衡法分析

正平衡法的特點(diǎn)是比較直觀，只要能精確稱量入爐燃料的質(zhì)量（或體積），并精確測得其低位發(fā)熱量，再測得鍋爐實(shí)際出力、壓力，即可運(yùn)用公式計(jì)算出正平衡效率。此方法能夠直接測量輸入、輸出熱量，需要測量的量較少，但是不能測出鍋爐的各項(xiàng)熱損失。一般來說，只要所測燃料取樣有較精確的代表性，測得的低位發(fā)熱量與實(shí)際測試用煤很接近的話，則其效率的精確度是較高的。

對于測試結(jié)果精確度的影響，存在很多因素：（1）煤質(zhì)（燃料）穩(wěn)定情況。取樣的代表性，稱重的精度，樣品的縮分等，樣品的裝瓶、封口、儲存、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)要符合標(biāo)準(zhǔn)要求。（2）煤樣（燃料）的化驗(yàn)。所用儀器儀表的精度，人員的操作水平，都會極大影響低位發(fā)熱量的精度，從而決定了測試結(jié)果是否精確。（3）測試儀器、儀表質(zhì)量，精度是否滿足測試要求。計(jì)量檢定要在有效期內(nèi)，現(xiàn)場安裝要蒸汽，環(huán)境條件要符合要求（溫度、風(fēng)力等）。（4）測試對象是否正確。如鍋爐出力，對飽和蒸汽鍋爐只測進(jìn)水流量，而不允許測蒸汽出口流量，這是因?yàn)轱柡驼羝紨y帶一定量的水粒，其攜帶量不僅對各種鍋爐型式、鍋內(nèi)分離裝置的不同而相差很大。即使上述情況均一樣，由于分離裝置制造質(zhì)量好壞也有變化，還與測試時(shí)鍋水的質(zhì)量有關(guān)。（5）測試數(shù)據(jù)的判斷和計(jì)算。在整個(gè)測試過程中，對某一類數(shù)據(jù)中出現(xiàn)個(gè)別數(shù)據(jù)差異較大，測試人員應(yīng)能判別其是否正常而決定取舍。同時(shí)，在測試過程中，應(yīng)經(jīng)常查看幾個(gè)主要參數(shù)，如給水量、給煤量等，這樣可以判斷出測試過程中是否正常。（6）還有一些意外情況出現(xiàn)，如突然出現(xiàn)較短時(shí)間的停電，給煤系統(tǒng)，鼓引風(fēng)系統(tǒng)有故障等。

在上述影響精確度的諸多因素中，人員的技術(shù)水平是首位的。若能保證人員的技術(shù)水平，基本就可以保證測試的精確度。

2.2 反平衡法分析

反平衡法能夠分析造成各項(xiàng)熱損失的原因和找出降低熱損失的方法，找出影響鍋爐熱效率的主要因素，但需要測量的量比較多。對于何時(shí)采用反平衡法進(jìn)行能效測試，主要是在正平衡法測試有困難的情況下，其主要包含以下幾點(diǎn)：

（1）在進(jìn)行工業(yè)鍋爐能效測試過程中，由于鍋爐噸位很大，導(dǎo)致燃料消耗量巨大，用上煤小車過磅的辦法難以對燃料消耗量進(jìn)行計(jì)量;（2）雖然有機(jī)械化上煤稱重設(shè)備，但如果在實(shí)際測試時(shí)，兩臺鍋爐同時(shí)運(yùn)行不能停爐，導(dǎo)致煤的稱重?zé)o法分開;（3）大型煤斗是密封的，平倉較難，煤斗煤位不易控制。對鍋爐進(jìn)行熱平衡測試就是為了計(jì)算輸入熱量在鍋爐內(nèi)部的利用情況，測算多少熱量被利用，多少熱量被損失，確定鍋爐熱效率以及損失的分布狀況，進(jìn)而分析產(chǎn)生原因，為提高鍋爐的熱效率尋找最佳的途徑。

2.3 正平衡法和反平衡法的比較

從人為因素來看，采用正平衡法測試時(shí)，由于取樣代表性不好，燃料消耗量計(jì)量以及平煤倉等存在一些人為因素，所以導(dǎo)致正平衡效率值相差較大。而反平衡法測試中，q2～q6值主要取決于儀器、儀表的穩(wěn)定性及精度，雖然灰渣取樣還受一些人為影響，但其數(shù)值相對要小很多。因此，反平衡法測試的效率人為因素要少一些。

從測試精度來看，采用正平衡法和反平衡法測試，也存在差異，在保證計(jì)量準(zhǔn)確的情況下，反平衡法比正平衡法要高。如果全部損失與外來熱量是總輸入熱量的10%，則其1%的測量誤差將僅對熱效率值造成0.1%的誤差，而測量燃料重量、給水流量時(shí)，1%的誤差就會對效率造成1%的誤差。正是由于避免了精度很低，對測試結(jié)果影響很大的給煤量和給水流量的直接測量，而只測量占總能量份額很小、測量精度對測試整體精度的影響較小的各項(xiàng)損失值，反平衡法比正平衡法精確。通過大量試驗(yàn)分析，給出了鍋爐效率試驗(yàn)不確定度的典型范圍值，見表1所示。

從表1中可以看出，反平衡法測試的不確定度較小，這是因?yàn)橛糜诖_定效率的量，即各項(xiàng)損失的數(shù)值，相對于正平衡法要小很多，所以反平衡法的精度要高于正平衡法的精度。

3 結(jié)語

對于工業(yè)鍋爐能效測試方法的選擇，可以從測試的目的出發(fā)，如果是單純了解鍋爐熱效率，采用正平衡可以得到;如果是用于鍋爐設(shè)計(jì)或鍋爐改造等，目的是提高鍋爐熱效率，則需采用反平衡法測試，了解各項(xiàng)熱損失的大小，從中找出降低熱損失的原因，進(jìn)而提高熱效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.工業(yè)鍋爐能效測試與評價(jià)規(guī)：TSGG0003-2010[S].北京：新華出版社，2010.

[2] 林宗虎，徐通模.實(shí)用鍋爐手冊[M].第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.