淺析運行中的工業鍋爐簡單能效測試方法

（焦作市鍋爐壓力容器檢驗研究所，河南 焦 作 4 54000）

隨著我國工業現代化建設步伐的加快，能源對工業的影響日趨明顯。據統計，全國每年煤炭消耗總量為26億t，其中工業鍋爐消耗煤炭4.1億t[1]。我國環境保護標準的要求日趨嚴格，減少燃煤鍋爐的燃燒污染排放，已經刻不容緩。國家也相繼制定了節能降耗目標，開展工業鍋爐的能效測試和節能監管工作勢在必行，因此對工業鍋爐簡單快捷準確的效能測試方法的研究，顯得尤為重要[2]。

實際運行中的工業鍋爐，受諸多因素影響，鍋爐的運行熱效率往往較低，而用戶又不了解鍋爐的能效狀況，造成能源的極大浪費。通過工業鍋爐的簡單效能測試，可掌握運行中的鍋爐效能狀態，如需進一步分析鍋爐各種熱損失情況，必須進行在用工業鍋爐詳細能效測試，可根據詳細測試數據，制訂提高鍋爐總熱效率的改進措施。

1 測試方法

不同結構形式的工業鍋爐，燃燒情況各不相同，其燃燒效率也不相同。常見的工業鍋爐結構形式有：鍋殼鍋爐，水管鍋爐，熱水鍋爐，鑄鐵鍋爐。燃燒方式有：層狀燃燒，懸浮燃燒，流化床燃燒，氣化燃燒。

影響鍋爐熱效率的因素包括：司爐工技能、燃料種類、燃料發熱量、鍋爐燃燒方式、保溫情況、燃料燃燒情況、散熱損失、水質情況、輸出蒸汽參數等。

鍋爐產出熱量與單位時間內所消耗燃料的輸入熱量的百分比，稱為鍋爐熱效率。它表明輸入爐內的熱量被有效利用的程度。

測試工業燃煤鍋爐在運行狀態的熱效率，需進行熱平衡測試試驗。工業鍋爐的熱平衡是指鍋爐運行時輸入鍋爐的熱量（主要來自于燃料燃燒放熱）與輸出鍋爐的熱量（包括有效利用的熱量與損失的熱量）之間的平衡。

鍋爐熱平衡試驗方法有兩種：即正平衡試驗法和反平衡試驗法[3]。工業鍋爐正平衡實驗方法簡單易行，用于熱效率較低的工業鍋爐（小于80%）時比較準確。反平衡法較復雜，但通過各項熱平衡的測定和分析，可以找出提高鍋爐經濟性的途徑；反平衡法適用于大容量、高效率的現代化電站鍋爐，因這時燃料耗量測量不準，且蒸發量的測量誤差也較大[4]。

測試過程中選取穩定燃燒的單位時間段，精確測量消耗的燃料凈質量、給水溫度和壓力、輸出蒸汽或者熱水的溫度和壓力、煙氣成分等；采用多次測量取平均值的方法，消除測量誤差。

1.1 工業燃煤鍋爐正平衡熱效率測試法

工業鍋爐正平衡效率的計算方法，是指鍋爐在單位時間輸出的熱量與所消耗的燃料輸入熱量的百分比。輸出熱量指輸出蒸汽量與對應溫度下蒸汽焓值的乘積，以及排污排出的鍋爐水所具有的熱量減去輸入鍋爐給水焓值，輸入熱量指所耗燃料量與燃料熱值的乘積。

熱效率計算方法方框圖如圖1所示。用正平衡法計算熱效率時，需要準確測量給水溫度、壓力、輸出蒸汽或者熱水的流量、參數、燃煤量以及燃料熱值。

圖1 正平衡熱效率計算方法框圖

工業鍋爐正平衡熱效率測試方法的計算公式

式中，

Q為鍋爐單位時間內輸出的熱量，單位kJ；

Qr為鍋爐單位時間內輸入的熱量，單位kJ。

式中，

B為鍋爐單位時間燃料消耗量，單位kg/h；

Qnet，ar為煤的收到基低位發熱量，單位kJ/kg。

蒸汽鍋爐輸出熱量的計算公式

式中，

D為鍋爐蒸發量，單位kg/h；

iq為測試條件下的蒸汽焓值，單位kJ/kg；

igs為測試條件下鍋爐給水焓值，單位kJ/kg；

DPS為鍋爐排污水量，單位kg/h

ips為鍋爐排污水焓，即鍋爐工作壓力下的飽和水焓，單位kJ/kg；

熱水鍋爐有效利用熱量的計算公式

式中，

G為熱水鍋爐單位時間加水量，單位kg/h；

i2為熱水鍋爐測試條件下出水焓值，單位kJ/kg；

i1為熱水鍋爐測試條件下進水焓值，單位kJ/kg。

1.2 鍋爐反平衡熱效率測試法

反平衡的計算方法比較復雜，所有的數值都經過實測，輸入熱量包括燃料總熱值、燃料物理熱、空氣焓、給水焓等，輸出熱包括蒸汽焓、以及排煙損失、機械不完全燃燒損失、化學不完全燃燒損失、散熱損失、其他損失等[4]。

反平衡試驗法熱效率計算公式：

式中，

q 2為煙氣離開鍋爐帶走的熱量占輸入鍋爐燃料熱量的百分數。

q 3為煙氣中隨煙氣排走未燃燒的氣體可燃物燃燒后能繼續放出的熱量占輸入鍋爐燃料熱量的百分數。

q 4為不完全燃燒固體顆粒完全燃燒排出的熱量占輸入鍋爐燃料熱量的百分數。

q 5為由保溫及表面積、鍋爐結構等因素決定鍋爐散失熱量占輸入鍋爐燃料熱量的百分數。

q 6其它熱損失占輸入鍋爐燃料熱量的百分數。

2 應用分析

本文研究的簡單測試方法，通常采用正平衡實驗法。

（1）對在用工業鍋爐進行的主要參數的簡單測試，用于快速判定鍋爐實際運行狀態熱效率；

（2）正式測試時間：層燃鍋爐、室燃鍋爐、流化床鍋爐、手燒爐排、下飼爐排等燃燒固體燃料的鍋爐不少于1 h，且試驗時間內至少包含一個完整的燃料添加和出渣周期；液體燃料和氣體燃料鍋爐應不少于0.5 h；

（3）對于非連續穩定給水的情況，取燃燒比較穩定，給水量也比較穩定的時間段進行測量，采用多次測量取平均值的方法，以消除測量誤差；

（4）燃煤鍋爐的效率受煤質的影響，含水分較大時，影響較大，煤中的水分汽化，需要吸收大量的熱，而這部分熱量，最后都以氣體的形式排出鍋爐；

（5）鍋爐的出力的測定，可根據用戶的實際情況采用流量計測量；

（6）燃料的計量需采用化學分析的方法測算熱值；

（7）穩定熱工況：正式測試應當在鍋爐燃燒調整到測試工況1 h后，鍋爐處于熱工況穩定時開始進行，鍋爐熱工況穩定系指鍋爐主要熱力參數在不大于5%的范圍內波動，并且平均值已不隨時間變化而變化；

（8）如需進一步分析鍋爐熱損失情況，需進行鍋爐詳細能效測試。

3 應用實例

某單位有一臺蒸發量為6 t/h單鍋筒縱置式鏈條蒸汽鍋爐，鍋爐測試示意圖如圖2所示。

圖2 單鍋筒縱置式燃煤鍋爐能效測試示意圖

經能效測試測，得鍋爐單位時間煤耗量為0.9 t/h，其他測試數據如表1所示。并對燃料取樣，在實驗室進行化學分析，得所燃燒煤的收到基低位發熱量 Qnet，ar＝20 900 kJ/kg。

求鍋爐正平衡熱效率。

表1 工業鍋爐熱效率正平衡試驗數據

根據表1數據并查標準焓值表：

飽和蒸汽焓值2 778.7 kJ/kg；

給水焓值85.80 kJ/kg；

飽和水焓值772 kJ/kg。

將數據帶入式（2）計算輸入熱量

將數據帶入式（3）計算輸出熱量

將數據帶入式（1）計算鍋爐正平衡熱效率

4 結束語

本文綜合了工業鍋爐的特點和工業現場實際運行情況，通過一鍋爐正平衡測試實例，驗證了正平衡測試法是一種簡單易行的鍋爐熱效率測試方法，對能效測試機構以及節能監管部門進行鍋爐的運行測試，具有一定的參考價值。

該簡單的工業鍋爐能效測試方法，可快速地判定鍋爐運行效率，是否符合國家能效標準，可大幅度減少煤炭等燃料的消耗，能為國家節約能源，適當緩解能源危機；也利于改善地區生態環境，實現節能減排，充分體現了企業對社會的責任；也符合我國“建設節約型社會”的要求。

[1]邱恒俊.淺議鍋爐和管網及用熱設備系統的節能降耗[J].中國特種設備安全，2010，（4）：66-69.

[2]童紅政，程 暄.300 WM鍋爐排煙溫度偏高原因分析及對策[J].華東電力，2007，35（8）:103-105.

[3]王 薇.提高燃煤鍋爐熱效率方法探討[J].科技創新導報，2008，(26)：82-83.

[4]車得福，莊正寧，李 軍，王 棟，等.鍋爐（第二版）[M].西安：西安交通大學出版社，2008.