測量不確定度對CFB鍋爐熱效率反平衡法測試的影響

王義廂安徽省特種設備檢測院

測量不確定度對CFB鍋爐熱效率反平衡法測試的影響

王義廂
安徽省特種設備檢測院

王義廂（1979-）男，山東臨沂人，工程師，長期從事鍋爐檢驗、節能等研究。

CFB鍋爐是20世紀八九十年代發展起來的一種環保新型鍋爐，該類型鍋爐具有燃料適應性廣泛、負荷調節范圍大、燃燒效率高、污染物排放少的優點，在企業自備電站中得到了廣泛應用。該類型鍋爐在二三十年的設計、制造、運行中不斷總結與優化，部分爐型仍存在可靠性差、運行效率偏低等缺點，鍋爐的安全、經濟運行得不到保證。提高鍋爐的熱效率，降低煤耗，提高運行的經濟性，是鍋爐設計、制造、運行特別重視的環節。而評價電廠運行狀態的重要手段是鍋爐熱效率測試，也是每個CFB鍋爐使用優化燃燒、經濟運行評價的主要判斷依據 。鍋爐的熱效率測試有正平衡法和反平衡法兩種，正平衡法直接測量確定效率的主要參數（輸入、輸出），但采用正平衡法來獲取鍋爐輸入熱量的數值誤差很大，并且鍋爐輸出熱量的有效利用數據也存在很多的誤差；而反平衡法雖然需要較多的測量，且某些損失實際上無法測量，其值必須估計，但反平衡測量根據各項損失所得的數據，可以優化運行參數，對實際的經濟運行具有指導意義。

為了更科學的對測量結果進行評判，美國技術標準研究院及中國國家質量技術監督局都提出了測量不確定度的概念。不確定度的數值大小表達了測試水平和測試結果的質量和應用價值，也把它作為定量表達試驗結果精確度的一種方法。表征鍋爐運行狀態的重要指標采用鍋爐熱效率反平衡法，其各項數據測量的不確定度顯得尤為重要。

CFB鍋爐熱效率反平衡法

對于循環流化床鍋爐（CFB）來說，反平衡法計算鍋爐熱效率公式為：η=1-q2-q3-q4-q5-q6，式中η：為鍋爐熱效率；q2：為排煙熱損失；q3：為化學未完全燃燒熱損失；q4：為機械未完全燃燒熱損失；q5：為散熱損失；q6：為灰渣物理熱損失。對于大容量CFB鍋爐，鍋爐在正常工況運行狀態，結合入爐煤提供足夠的風量和適宜的煙氣氧含量，可燃性氣體在煙氣中所占份額已相當少，采取措施降低該項熱損失對提高鍋爐熱效率已基本沒多大意義；制造完成并投入運行的鍋爐結構，本體的散熱面積和保溫條件基本成型，保溫措施良好的情況下，再采取別的措施去降低鍋爐散熱損失也幾乎不可能；CFB鍋爐的熱渣排放已基本采用冷渣器，已極大的回收了這部分熱量，本身灰渣物理熱損失所占比例相對很小。在反平衡法熱效率計算中，排煙熱損失最大，而循環流化床鍋爐燃料適應性范圍廣，機械未完全燃燒熱損失也是一個值得重視的指標，因而減少這兩項損失是提高鍋爐經濟性的關鍵。

測量不確定度的影響

誤差分析

測量誤差有三類，一是隨機誤差：由隨機出現的偶然因素而引起的誤差，數值大小和正負方向不定，并有抵償性，其分布符合正態分布定律；二是系統誤差：由于儀表自身存在缺陷、客觀因素的改變、測試者的習慣與偏向等因素引起的誤差。可分為已定系統和未定系統兩種誤差。疏失誤差：在測量過程中，由某些突然發生的不正常因素或測量中的疏忽而引起的明顯測量結果的誤差。對于已定系統誤差可根據產生的原因加以清除，未定系統誤差也可作為隨機誤差計算。對疏失誤差應對其消除，但不能因為測量過程中工況變化引動的測量值的變化也進行消除。

熱損失的主要影響因素

機械未完全燃燒熱損失中，最重要的影響指標是灰渣中含碳量，該項數據需要在實驗室化驗才能獲得，取樣過程、測量儀器、儀器及儀表讀數等都是不確定度的主要來源。對于鍋爐排煙熱損失來說，其不確定度的影響指標也存在多個方面，主要有煤質分析，灰、渣含碳量，排煙溫度、煙氣成分等多個參數的不確定度。

測量實例分析

根據某電廠130t/h循環流化床鍋爐熱效率試驗中多次測量的數值，計算得到的測量參數的不確定度（如表1）。

表1 測量參數的不確定度

采用靈敏系數來判別不確定度的影響大小，在相關文獻中在合成標準不確定度計算過程中采用數值擾動法進行估值。根據得到的靈敏系數與不確定度的乘積（如表2）。

表2 靈敏系數與不確定度的乘積

由上表可以看出，排煙溫度、爐渣含碳量、煙氣含氧量的數據較大，對排煙熱損失、機械不完全燃燒熱損失的不確定度影響比較大。

結語

通過分析鍋爐熱效率不確定度的分析方法，同時結合實際的測量總結，得出了排煙溫度、爐渣含碳量、煙氣含氧量的測量數值的準確程度對熱損失的不確定度影響比較大。因此為提高鍋爐熱效率反平衡法測試結果的準確度，應采用如下方法最盡量減少測試過程中的不確定因素：首先，保證儀器、儀表及測量設備的精度；其次保證測試期間鍋爐運行工況的穩定，增加重復采樣的次數；然后專人負責采樣計數，中間不得隨意更換；最后偏差較大的數據應重新測量。