工業(yè)鍋爐能效測試常見問題分析

袁棨正 笪耀東 王 龍 常勇強,2

(1.國家市場監(jiān)管重點實驗室(特種設備安全與節(jié)能)，中國特種設備檢測研究院 北京 100029）

（2.北京科技大學 能源與環(huán)境工程學院 北京 100083)

1 前言

鍋爐等高耗能特種設備的節(jié)能工作已成為中國節(jié)能減排國家戰(zhàn)略的主要內(nèi)容之一。由于中小型鍋爐數(shù)量多、運行效率低、能源浪費嚴重、節(jié)能潛力大，引起了各級政府和社會各界的高度重視。為積極響應國家關于節(jié)能減排的總號召，全面貫徹落實《中華人民共和國節(jié)約能源法》精神，切實做好工業(yè)鍋爐節(jié)能減排工作，從根本上開展對工業(yè)鍋爐的節(jié)能降耗、提高能效、減少污染的實質(zhì)性工作，原國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局發(fā)布《關于推進高耗能特種設備節(jié)能監(jiān)管工作的指導意見》（國質(zhì)檢特函〔2008〕264 號），要求對在用鍋爐實際運行能效狀況進行測試[1]。

工業(yè)鍋爐能效測試一般采用熱工性能試驗的方法，按照國家相關標準的要求，在規(guī)定的條件下，對鍋爐介質(zhì)流量、溫度、進出口壓力、排煙溫度、煙氣成分等運行參數(shù)進行測試；對燃料、爐渣、漏煤、煙道灰、飛灰、爐水和蒸汽等進行取樣、稱重和化驗分析，計算出鍋爐的各項熱損失，進一步計算出鍋爐的熱效率。文中對工業(yè)鍋爐能效測試過程中常見問題進行了梳理和總結(jié)，旨在規(guī)范鍋爐能效測試工作，提高鍋爐能效測試的質(zhì)量和水平。

2 儀器儀表選用和填寫方法常見問題分析

鍋爐能效測試使用的儀器儀表應當根據(jù)GB/T 10180—2017《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗規(guī)程》和NB/T 47066—2018《冷凝鍋爐熱工性能試驗方法》等標準中的要求對其精度、測量范圍進行配置，確保使用的儀器儀表質(zhì)量合格、未出現(xiàn)損壞且在有效的計量檢定或校準周期內(nèi)[2]。測試人員在填寫儀器儀表量程和精度的時候由于對儀器儀表的理解不清楚，經(jīng)常填錯。下面就儀表量程和精度的選用和填寫方法進行介紹：

2.1 測量量程

測量量程是儀表對被測量能在規(guī)定的精確度要求下進行測量的上、下限值所限定的一個量的區(qū)域。例如某一溫度表在保證同樣的精確度下能測量的溫度下限值為-20 ℃、上限值為100 ℃，則該儀表的測量范圍為-20～100 ℃。因此，儀器儀表的量程應填寫儀器儀表檢定或校準證書給定范圍。

2.2 精確度

儀表的示值與被測量（約定）真值的一致程度稱精確度。引用誤差是滿量程內(nèi)的最大絕對誤差與儀表的滿量程值之比[見式（1）]，是一個用于描述儀器精度和可靠性的重要參數(shù)。引用誤差越小，儀表的精確度越高，對于同一精確度的儀表，量程范圍小的儀表的測量誤差更小。例如2 個相同精確度的溫度表，在測量50 ℃溫度的時候，使用量程范圍為-20～100 ℃的溫度表的測量誤差比使用量程范圍為-20～500 ℃的溫度表的測量誤差要小。

引用誤差=絕對誤差的最大值/儀表量程(1)

在工業(yè)測量中，通常用精確度等級來表示儀表的準確程度。精確度等級是符合一定的計量要求，使誤差保持在規(guī)定極限以內(nèi)的儀表的等別、級別。精確度等級習慣上稱為精度等級。式（1）取絕對值乘以100就是儀表的精度等級。根據(jù)GB/T 13283—2008《工業(yè)過程測量和控制用檢測儀表和顯示儀表精確度等級》，推薦的工業(yè)儀表精度等級有0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0、5.0 等。級數(shù)越小，精確度就越高。對于多測量范圍的儀表，各測量范圍可以同屬某一精確度等級，也可以分屬不同精確度等級；單測量范圍的儀表可分成不同精確度等級的2 個或多個分范圍[3]。

2.3 儀器儀表量程和精度的確定

能效測試常用儀器儀表有溫度測量儀、煙氣分析儀、流量計、壓力表、數(shù)字指示秤等。其中流量計、壓力表和數(shù)字指示秤常見的計量證書為檢定證書，溫度測量儀、煙氣分析儀和電導率儀等常見的計量證書為校準證書。在收到儀器儀表的計量檢定證書后，首先要根據(jù)計量檢定證書和測試標準對儀器儀表的要求，對儀器儀表進行驗收，確認其能否滿足測試標準。檢定證書給定了測量儀器的精度等級和對應的測量范圍，按照檢定證書填寫即可。校準證書不判定是否合格，只出具示值誤差。校準證書在反映整體的校準數(shù)據(jù)的同時，會提供校準時的測量不確定度。測量不確定度不等同于儀器校準的準確度偏差。根據(jù)JJF 1094—2002《測量儀器特性評定》[4]中的5.3.1.4 條中的式(14)及下方的文字說明，在保證U/MPEV ≤1/3 的情況下，直接用示值誤差測得值Δ 的絕對值（即計量特性校準值）與最大允差絕對值（即被校儀器的計量要求）相比較，以判定被校儀器是否合格。在判定合格的情況下，可以依據(jù)校準證書中的示值誤差和測量范圍來確定相應的精度等級。

下面以數(shù)字式溫度計為例進行說明。表1 是一臺數(shù)字式溫度計的校準結(jié)果，在收到該校準結(jié)果時，首先用校準證書給出的不確定度判定示值誤差校準值是否值得采信，方法是根據(jù)JJF 1094—2002 中的公式U/MPEV ≤1/3 進行判斷。因為0.60 ℃/2 ℃＜1/3，所以判定示值誤差校準值值得采信，可以使用。根據(jù)表1 和式（1）可得，在量程（0～200 ℃）時，數(shù)字式溫度計可滿足精度等級為0.5 級的應用，滿足GB/T 10180—2017 的要求；在量程（0～300 ℃）時，數(shù)字式溫度計可滿足精度等級為1.0 級的應用，不能滿足GB/T 10180—2017[5]中關于溫度測量儀器儀表的要求。因此，該數(shù)字式溫度計可以在量程（0～200 ℃）時運用于工業(yè)鍋爐能效測試。

表1 數(shù)字式溫度計校準結(jié)果

3 測試方案常見問題分析

測試工作開始前，測試項目負責人應該結(jié)合測試任務、測試目的和現(xiàn)場運行情況，合理布置測點，選擇測試儀器儀表，確定最佳的測試方案。測試方案的編寫應當建立在充分了解現(xiàn)場情況的基礎上，由具有測試經(jīng)驗的專業(yè)人員承擔，從而確保得到客觀精確的結(jié)果。

公共基礎教學課程作為四年制高職學生的基礎課程，是學生培養(yǎng)良好職業(yè)道德、練就較強專業(yè)知識技能、養(yǎng)成終身學習能力的核心課程，因此加強公共基礎課教師隊伍建設，提升公共基礎課教師隊伍素質(zhì)是更好服務四年制高職公共基礎教學的當務之急。師資隊伍建設要敢于結(jié)合當前發(fā)展潮流，結(jié)合省情和學院情況，積極引進與四年制高職學生培養(yǎng)目標相適應的教師人才；要有計劃地組織安排在職公共基礎課教師參加有助于專業(yè)發(fā)展與拓寬視野的培訓活動；進一步更新高職教育思想觀念、加強自身修養(yǎng)、主動樹立服務專業(yè)的意識，充分認識到公共基礎課程對學生綜合素質(zhì)培養(yǎng)的作用，幫助學生做好職業(yè)生涯規(guī)劃。

TSG 91—2021 《鍋爐節(jié)能環(huán)保技術規(guī)程》（以下簡稱規(guī)程）中要求熱水鍋爐、蒸汽鍋爐以及額定熱功率大于1.4 MW 的有機熱載體鍋爐的排煙溫度不高于170 ℃[6]。鍋爐制造單位一般采用增加尾部受熱面的方法來達到規(guī)程中關于排煙溫度的要求，但受限于工質(zhì)換熱的條件，增加的尾部受熱面有時會采用工質(zhì)單獨循環(huán)來增加換熱量，降低鍋爐排煙溫度。因此，在鍋爐能效測試中經(jīng)常遇到鍋爐尾部帶有單獨循環(huán)系統(tǒng)的情況。在鍋爐能效測試報告的檢查和鍋爐能效測試現(xiàn)場的檢查中發(fā)現(xiàn)，在鍋爐尾部帶有單獨循環(huán)系統(tǒng)的測試中經(jīng)常發(fā)生漏測或測試不規(guī)范的情況。下面分別就蒸汽鍋爐和熱水鍋爐尾部帶有單獨循環(huán)系統(tǒng)的常見的錯誤情況進行分析。

3.1 蒸汽鍋爐帶單獨循環(huán)系統(tǒng)

燃氣蒸汽鍋爐中常見如圖1所示的鍋爐尾部帶有節(jié)能器或得節(jié)能水箱的布置形式，節(jié)能器或節(jié)能水箱出口水與鍋爐給水使用同一個水箱，有些測試機構(gòu)為了簡化測試，直接測試節(jié)能器進口的給水流量作為鍋爐給水流量。該測試方法存在的問題在于，節(jié)能器出水進入水箱后，再由給水泵送進鍋爐，但是測試過程中水箱水位和水溫都會發(fā)生變化，有些測試機構(gòu)在測試情況說明中會說明測試過程中水箱水位和水溫未發(fā)生變化，這在鍋爐實際運行中無法真正達到。而且水箱本身也存在一部分散熱，因此導致測量的鍋爐輸出熱量與實際不符。

圖1 常見的蒸汽鍋爐帶單獨循環(huán)系統(tǒng)測點布置圖

正確的測點布置如圖2所示，尾部節(jié)能器工質(zhì)單獨循環(huán)的部分的換熱量單獨測量，鍋爐本體按照常規(guī)蒸汽鍋爐測量。這樣雖然增加了工作量，但是保證了鍋爐輸出熱量測量的準確性。

圖2 正確的蒸汽鍋爐帶單獨循環(huán)系統(tǒng)測點布置圖

3.2 熱水鍋爐帶單獨循環(huán)系統(tǒng)

熱水鍋爐尾部帶有單獨循環(huán)系統(tǒng)，容易發(fā)生錯誤的地方在于：節(jié)能器的進出水與鍋爐使用同一套出回水系統(tǒng)，有些測試機構(gòu)為了簡化測試，會選擇在出水管或得回水管測試一個總的循環(huán)水流量，這樣測試雖然能夠準確測試出鍋爐及節(jié)能器系統(tǒng)的輸出熱量，但是，由于節(jié)能器循環(huán)水量對鍋爐尾部排煙溫度有一定影響，不同的循環(huán)水流量、節(jié)能器的換熱效果不同，進而導致鍋爐尾部排煙溫度不同，鍋爐的熱效率也會發(fā)生變化。因此，若不測試節(jié)能器循環(huán)水量，很難復現(xiàn)當時的測試情況，從溯源的角度考慮，該測試方法不具備可重復性。建議測試機構(gòu)在測試的同時，應該考慮數(shù)據(jù)的可重復性，按圖3所示進行測點布置。

圖3 熱水鍋爐帶單獨循環(huán)系統(tǒng)測點布置圖

4 測試過程中常見問題分析

4.1 RO2 數(shù)據(jù)錯誤問題

RO2即CO2+SO2，一般來說煙氣中SO2比例不到CO2的1%，因此RO2可以僅考慮CO2。目前，鍋爐能效測試機構(gòu)使用的煙氣分析儀中的一部分煙氣分析儀的CO2數(shù)據(jù)是根據(jù)燃料類型和煙氣中的氧量計算得出的，而測試人員在測試過程中往往忽視了燃料類型的選擇，導致測試數(shù)據(jù)中的CO2數(shù)據(jù)錯誤。下面就煙氣中CO2的計算方法進行分析，使測試人員了解不同燃料類型的CO2范圍。

對于固體燃料和液體燃料，燃料特征系數(shù)β的計算見式（2）：

對于氣體燃料，燃料特征系數(shù)β的計算見式（3）：

β的數(shù)值與燃料的可燃質(zhì)有關，與燃料中的水分、灰分無關，燃料一定，β值便可算出，而且是一定值。一般來說，對于木柴，β≈0.05；對于無煙煤，β≈0.1；對于煙煤，β≈0.2；對于褐煤，β≈0.06；對于天然氣，β≈0.8；對于重油，β≈0.36[7]。

對于不同燃料鍋爐，理論最大RO2百分率的計算見式（4）：

4.2 蒸汽濕度測量問題

蒸汽濕度測量包括蒸汽取樣計量、爐水取樣計量和樣品的電導率、Na+和Cl-化驗。在測試現(xiàn)場蒸汽濕度測量主要存在以下需要注意的問題：

1)蒸汽取樣點應開設在蒸汽主管的直管段上，蒸汽取樣管中間安裝針形閥調(diào)節(jié)取樣量，然后接至冷凝器，將蒸汽冷卻成蒸汽冷凝水；

2)鍋水取樣點應從具有代表鍋水濃度的管道上引出，一般選在水位表排污處或鍋爐表面排污處，鍋水取樣管中間安裝調(diào)節(jié)閥，取樣管下接冷卻器[8]；

3)取樣冷卻器和冷卻管應用不影響分析的耐腐蝕材料制成，以免樣品被金屬腐蝕產(chǎn)物污染；

4)蒸汽冷凝水和鍋水取樣應同時進行，樣品需在冷卻器中冷卻到30～40 ℃，蒸汽冷凝水和鍋水樣品應保持常流，并加以計量，以確保樣品有充分的代表性[5]。

4.3 出廠形式及散熱面積選擇錯誤

很多測試人員對鍋爐出廠形式散裝、整裝和組裝分不清楚，出現(xiàn)鍋爐出廠形式選取錯誤。特別是對于燃油燃氣鍋爐，其散熱損失是按照GB/T 10180—2017中附錄F.4 計算得出，因此，當鍋爐散熱表面積填寫數(shù)據(jù)偏離實際，會導致q5計算結(jié)果與實際相差較大。

5 結(jié)束語

2014年7部委聯(lián)合印發(fā)的《燃煤鍋爐節(jié)能環(huán)保綜合提升工程實施方案》（發(fā)改環(huán)資〔2014〕2451 號）實施內(nèi)容中指出要加快推廣高效鍋爐：以鍋爐定型產(chǎn)品能效測試結(jié)果為主要依據(jù)遴選推廣產(chǎn)品，因此鍋爐定型產(chǎn)品能效測試質(zhì)量對高效鍋爐的推廣和工業(yè)鍋爐的節(jié)能減排有重要影響。文中從儀器儀表、測試方案以及測試過程中常見問題進行了分析，旨在規(guī)范鍋爐能效測試工作，提高鍋爐能效測試的質(zhì)量和水平。