工業(yè)鍋爐能效測試技術(shù)——數(shù)據(jù)計算與分析

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工業(yè)鍋爐能效測試技術(shù) ——數(shù)據(jù)計算與分析,宋吉民 沈陽特種設備檢測研究院,目 錄,第一節(jié) 鍋爐物質(zhì)平衡及熱平衡 第二節(jié) 鍋爐正平衡效率計算 第三節(jié) 鍋爐反平衡效率計算 第四節(jié) 鍋爐運行工況熱效率簡單測試計算 第五節(jié) 數(shù)據(jù)折算和修正,第一節(jié) 鍋爐物質(zhì)平衡及熱平衡,一、鍋爐物質(zhì)平衡鍋爐的物質(zhì)平衡指的是鍋爐正常運行中，輸入鍋爐的物質(zhì)的質(zhì)量等于輸出物質(zhì)的質(zhì)量。由于鍋爐包括“鍋”和“爐”兩個方面，所以物質(zhì)平衡也包括兩個方面：爐側(cè)（燃料側(cè)）物質(zhì)平衡和鍋側(cè)（工質(zhì)側(cè)）物質(zhì)平衡 鍋爐內(nèi)物質(zhì)：風、煙 煤、灰 汽、水風-煙 、煤-灰——燃料側(cè)物質(zhì)平衡 汽、水——工質(zhì)側(cè)物質(zhì)平衡,第一節(jié) 鍋爐物質(zhì)平衡及熱平衡,（一）燃料側(cè)物質(zhì)平衡對固體燃料，一般是由可燃質(zhì)（C、H、S）和不可燃質(zhì)（O、N、A、M）組成的，可燃質(zhì)燃燒后形成煙氣，其氣態(tài)形式從爐內(nèi)排出，而不可燃質(zhì)除一部分揮發(fā)成氣態(tài)以外，其他部分以固態(tài)物質(zhì)存在，殘存的固態(tài)物質(zhì)就是灰渣?；以鼇碜匀剂现械幕曳??？扇假|(zhì)（C、H、S） 煙氣不可燃質(zhì)（O、N、A、M） 灰渣,,燃料,1、灰平衡當鍋爐連續(xù)穩(wěn)定地運行時，單位時間內(nèi)進入鍋爐中的灰量等于從鍋爐排出的灰量，這就是鍋爐的灰平衡。,,,,,第一節(jié) 鍋爐物質(zhì)平衡及熱平衡,灰渣的外排：一部分灰渣在爐內(nèi)排出，叫做爐渣；有時爐排會有漏煤，或回用，或排出；另一部分細顆?；曳直粺煔鈯A帶而去，叫做飛灰。 爐渣、漏煤和飛灰各占燃料灰分的比值稱為爐渣份額、漏煤份額和飛灰份額。（灰比）,第一節(jié) 鍋爐物質(zhì)平衡及熱平衡,對于一臺鍋爐的灰平衡，由于飛灰部分地在對流煙道內(nèi)沉降，因而排煙中的飛灰量少于爐膛出口的飛灰量，即,對于全爐的灰平衡，,第一節(jié) 鍋爐物質(zhì)平衡及熱平衡,2、風平衡風平衡是指送入鍋爐的風量加上漏入鍋爐的風量等于從鍋爐排出的風量。 過量空氣系數(shù)實際送風量與理論送風量的比值即為過量空氣系數(shù)。進入爐膛以前的過量空氣系數(shù)用 表 示，進入爐膛以后的過量空 氣系數(shù)用 表示。 漏風系數(shù)漏風系數(shù)即為漏風量與理論空氣量的比值，用 表示 由于鍋爐一般是在“負壓”下運行，即爐膛和煙道內(nèi)的壓力略低于爐外大氣壓力，以避免向爐外噴火、冒煙。因而會通過爐門、看火孔以及爐墻不嚴密處向鍋爐內(nèi)漏入空氣。,第一節(jié) 鍋爐物質(zhì)平衡及熱平衡,受熱面的風平衡 對任何一個受熱面來說，,第一節(jié) 鍋爐物質(zhì)平衡及熱平衡,爐膛風平衡,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,過熱器風平衡,,,省煤器風平衡,,,熱 空 氣,,,空氣預熱器風平衡,冷 空 氣,空氣側(cè)風平衡,,熱風道在無泄漏情況下的風平衡按下式計算：,,如果對流煙道各處漏風系數(shù)的總和為 ，爐膛出口過量空氣系數(shù)為 ，則煙氣離開鍋爐時，排煙的過量空氣系數(shù)為,,,第一節(jié) 鍋爐物質(zhì)平衡及熱平衡,(二) 工質(zhì)側(cè)物質(zhì)平衡工質(zhì)側(cè)物質(zhì)平衡主要是汽水平衡。汽水平衡：送入鍋爐的水量等于排出鍋爐的水量和汽量之和。即：Ggs = D + Dzy + Dpw,第一節(jié) 鍋爐物質(zhì)平衡及熱平衡,Ggs—鍋爐給水量,Dpw—排污量,D—輸出蒸汽流量 Dzy —鍋爐自用蒸汽量,汽水平衡模型 1-鍋筒 2-省煤器 3-蒸汽過熱器,第一節(jié) 鍋爐物質(zhì)平衡及熱平衡,排污率 ：排污水量占蒸汽量的百分比。,如 ， 則,二、鍋爐熱平衡鍋爐熱平衡是指在穩(wěn)定運行狀態(tài)下，鍋爐輸入熱量與輸出熱量及各項熱損失之間熱量的平衡關(guān)系。 以1kg固體或液體燃料或標準狀態(tài)下1m3氣體燃料為基準來計算的。,第一節(jié) 鍋爐物質(zhì)平衡及熱平衡,,,,熱平衡方程,第一節(jié) 鍋爐物質(zhì)平衡及熱平衡,Qr ＝ Q1 + Q2 + Q3+ Q4 + Q5 + Q6,,Qr——鍋爐輸入熱量； Q1——鍋爐輸出熱量； Q2——排煙熱損失； Q3——氣體未完全燃燒熱損失； Q4——固體未完全燃燒熱損失； Q5——散熱損失； Q6——灰渣物理熱損失。,,式中,第一節(jié) 鍋爐物質(zhì)平衡及熱平衡,若以鍋爐輸入熱量的百分率來表示，則可得,q1 —— 輸出熱量占輸入熱量的百分比（%）； q2 ——排煙熱損失占輸入熱量的百分比（%）； q3 ——氣體未完全燃燒熱損失占輸入熱量的百分比（%）； q4 ——固體未完全燃燒熱損失占輸入熱量的百分比（%）； q5 ——散熱損失占輸入熱量的百分比（%）； q6 —— 灰渣物理熱損失占輸入熱量的百分比（%）。,式中,第一節(jié) 鍋爐物質(zhì)平衡及熱平衡,鍋爐熱平衡示意圖,Qr 輸入熱量 Q1 有效利用熱量 Q2 排煙熱損失 Q3 氣體未完全燃燒熱損失 Q4 固體未完全燃燒熱損失 Q5 散熱損失 Q6 灰渣物理熱損失,鍋爐熱平衡圖,第一節(jié) 鍋爐物質(zhì)平衡及熱平衡,鍋爐熱平衡圖,Qr 輸入熱量 Q1 有效利用熱量 Q2 排煙熱損失 Q3 氣體未完全燃燒熱損失 Q4 固體未完全燃燒熱損失 Q5 散熱損失 Q6 灰渣物理熱損失,第一節(jié) 鍋爐物質(zhì)平衡及熱平衡,第二節(jié) 鍋爐正平衡效率計算,,一、鍋爐輸入熱量,,,收到基低位發(fā)熱值,加熱燃料或外來熱,燃料物理熱,自用蒸汽帶入熱量,鍋爐正平衡效率即為鍋爐輸出熱量占鍋爐輸入熱量的百分率。,第二節(jié) 鍋爐正平衡效率計算,各項熱量的計算公式為：,第二節(jié) 鍋爐正平衡效率計算,第二節(jié) 鍋爐正平衡效率計算,二、鍋爐輸出熱量,第二節(jié) 鍋爐正平衡效率計算,,對于飽和蒸汽鍋爐,,,,,第二節(jié) 鍋爐正平衡效率計算,對于過熱蒸汽鍋爐當測量給水流量時，當測量過熱蒸汽流量時，,第二節(jié) 鍋爐正平衡效率計算,對于熱水鍋爐和熱油載體鍋爐，,,,,,對于電加熱鍋爐，其輸出熱量按每小時作為計算單位，而不是按每千克或每標準立方米燃料作為計算單位，因此，其輸出熱量計算公式是：,對于輸出飽和蒸汽時，,對于輸出熱水和熱油載體時，,鍋爐反平衡效率在鍋爐熱平衡試驗中，通過計算各項熱損失，算出鍋爐的熱效率。,第三節(jié) 鍋爐反平衡效率計算,,,一、排煙熱損失q2由于鍋爐排煙帶走的熱量占輸入熱量的百分率 。 q2產(chǎn)生的原因 是由于排出鍋爐的煙氣焓大于進入鍋爐的空氣焓而造成的熱損失。所以，排煙損失的熱量為煙氣帶走的熱量與空氣帶入鍋爐的熱量的差值。,q2計算公式：,第三節(jié) 鍋爐反平衡效率計算,,Hpy—排煙處煙氣焓，kJ/kg；kJ/m3 Hlk—入爐冷空氣焓， kJ/kg— 修正系數(shù)（%），,,,,,,,q2的主要影響因素 排煙溫度：排煙溫度↑，q2↑一般排煙溫度提高10℃，q2約增加1% 排煙量 ：排煙量↑，q2↑,第三節(jié) 鍋爐反平衡效率計算,二、 氣體未完全燃燒損失q3 可燃氣體成分因未放出其燃燒熱，而造成的熱量損失占輸入熱量的百分率。 q3產(chǎn)生原因燃料的可燃揮發(fā)份在燃燒過程中，可能由于空氣不足，或是空氣與燃料混合狀況不良，或是爐溫不高等原因，部分可燃氣體（如CO、H2、CH4等）未能在爐膛中燃燒完就隨煙氣從鍋爐中排出，從而造成熱量損失。,第三節(jié) 鍋爐反平衡效率計算,q3計算公式：,第三節(jié) 鍋爐反平衡效率計算,,式中 ——排煙處干煙氣體積（m3/kg；m3/ m3）；——排煙處煙氣中CO、H2、CmHn的含量（%）.,,,,,q3的主要影響因素 燃料揮發(fā)分燃料揮發(fā)分↑， q3↑ 過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù)↑， q3↓足夠的氧氣與可燃氣體混合 爐膛溫度：爐膛溫度↑， q3↓當爐膛溫度低于800℃時，CO很難燃燒 爐內(nèi)煙氣混合流動情況： 混合越好，q3↓,第三節(jié) 鍋爐反平衡效率計算,三、固體未完全燃燒損失q4 灰渣中未燃盡可燃物造成的熱損失占輸入熱量的百分率。 q4產(chǎn)生原因燃料中未燃燒或未燃盡碳造成的熱損失，這些碳殘留在灰渣中，也稱為機械未完全燃燒損失或未燃碳損失。,第三節(jié) 鍋爐反平衡效率計算,q4計算公式：,,,第三節(jié) 鍋爐反平衡效率計算,q4的主要影響因素 燃料特性燃料的灰分越高，灰分熔點越低，爐渣損失越大；煤的揮發(fā)分低而結(jié)焦性強時，易形成熔渣，爐渣損失也大；水分低而結(jié)焦性弱且細末又多時，飛灰損失大。 燃燒方式不同的燃燒方式直接決定了各項固體未完全損失的大小，機械或者風力拋煤機爐比鏈條爐的飛灰損失大；煤粉爐盡管不漏風，但飛灰損失遠遠大于層燃爐；爐排間隙大，則漏煤損失嚴重。,第三節(jié) 鍋爐反平衡效率計算,鍋爐運行水平 當鍋爐負荷增大時，燃料增加，風量相應提高，風速增加，飛灰損失加大；層燃爐的煤層厚度、鏈條爐爐排速度及風量分配，煤粉爐運行時的煤粉細度及配風操作等對q4也有影響。,第三節(jié) 鍋爐反平衡效率計算,四、散熱損失q5 鍋爐向四周環(huán)境散熱的熱量占輸入熱量的百分率 。 q5產(chǎn)生原因鍋爐正常運行時，由于爐墻、金屬結(jié)構(gòu)，鍋爐范圍內(nèi)的煙風道，汽水管道，聯(lián)箱等溫度高于環(huán)境溫度，所以總要通過對流和輻射方式向大氣中散熱。這部分熱損失為散熱損失。,第三節(jié) 鍋爐反平衡效率計算,散熱損失的計算方法包括熱流計法、查表法和計算法。 （一）熱流計法,第三節(jié) 鍋爐反平衡效率計算,,式中 q1、q2、…qn——分別為各區(qū)段的散熱強度（kJ/m2·h） F1、F2、…Fn——分別為各區(qū)段的面積（m2）各區(qū)段的面積一般不得大于2m2,第三節(jié) 鍋爐反平衡效率計算,（二）查表法(散裝鍋爐)蒸汽鍋爐散熱損失,熱水鍋爐散熱損失,（三）計算法快、組裝鍋爐（包括燃油、氣鍋爐和電加熱鍋爐）的散熱損失按下式計算：,第三節(jié) 鍋爐反平衡效率計算,,式中 F——鍋爐散熱表面積（m2）,q5的影響因素鍋爐散熱表面積、表面溫度、保溫層性能和厚度以及環(huán)境溫度等。一般來說，隨著鍋爐容量的增大，燃料消耗量成比例增加，但是鍋爐的外表面積并不是成比例增加的，因此單位燃料對應的外表面積反而是較小的，因此散熱損失隨著鍋爐容量的增大是減小的。,第三節(jié) 鍋爐反平衡效率計算,第三節(jié) 鍋爐反平衡效率計算,五、灰渣物理熱損失q6 爐渣、漏煤或溢流灰排出鍋爐時帶走的熱量占輸入熱量的百分率。q6計算公式：爐渣溫度的選?。毫骰玻?00℃，固態(tài)爐及火床爐：600℃ q6產(chǎn)生原因由灰平衡可知，燃固體燃料的鍋爐，其爐渣以不同形式外排，這些灰從爐內(nèi)排出時，都具有一定的溫度，要帶走一部分熱量，由此引起的熱損失叫灰渣熱物理損失。,一、排煙熱損失q2,,不同燃料的計算系數(shù),第四節(jié) 鍋爐運行工況熱效率簡單測試計算,二、氣體未完全燃燒熱損失q3,氣體未完全燃燒熱損失（q3）,第四節(jié) 鍋爐運行工況熱效率簡單測試計算,三、固體未完全燃燒熱損失q4,第四節(jié) 鍋爐運行工況熱效率簡單測試計算,,飛灰、漏煤、爐渣含灰量占入爐燃料總灰量的重量百分比（%）,第四節(jié) 鍋爐運行工況熱效率簡單測試計算,注：在選取時，應滿足αfh+αlm+αlz =100 對于燃油、燃氣鍋爐，q4為0,四、散熱損失q5,第四節(jié) 鍋爐運行工況熱效率簡單測試計算,1、鍋爐實際運行出力不低于額定出力的75％時，散熱損失按表選取.,鍋爐額定出力下散熱損失q5,,2、當鍋爐實際運行出力低于額定出力的75％時，散熱損失按照下式修正：,熱水鍋爐：,蒸汽鍋爐：,3、當鍋爐實際運行出力低于額定出力30％時，按30％出力條件進行修正；無法計量鍋爐出力時，實際出力按額定出力的65％計算。,第四節(jié) 鍋爐運行工況熱效率簡單測試計算,,五、灰渣物理熱損失q6,第四節(jié) 鍋爐運行工況熱效率簡單測試計算,層燃爐和固態(tài)排渣煤粉爐爐渣溫度按600℃選取， 流化床鍋爐爐渣溫度按800℃選取。對于燃油、燃氣鍋爐，q6為0。,六、鍋爐熱效率（ηj）,第四節(jié) 鍋爐運行工況熱效率簡單測試計算,四個方面,第五節(jié) 數(shù)據(jù)折算和修正,,鍋爐蒸發(fā)量修正,鍋爐熱效率折算,鍋爐散熱損失修正,熱油載體鍋爐導熱油的比熱容修正,一、鍋爐蒸發(fā)量修正GB/T10180-2003第7.7條b)款規(guī)定：當蒸汽和給水的實測參數(shù)與設計不一致時，鍋爐的蒸發(fā)量應按下式進行修正。,第五節(jié) 數(shù)據(jù)折算和修正,對飽和蒸汽鍋爐：,,對過熱蒸汽鍋爐：,,式中,——折算蒸發(fā)量（t/h）；,——輸出蒸發(fā)量（t/h）；,——過熱蒸汽、飽和蒸汽、給水的實測參數(shù)下的焓（kJ/kg）,——過熱蒸汽、飽和蒸汽、給水的設計參數(shù)下的焓（kJ/kg）,第五節(jié) 數(shù)據(jù)折算和修正,例：某臺鍋爐型號為SHL20-2.5/400-AII，其設計給水溫度為105℃，設計給水壓力為2.7Mpa，實測鍋爐出力為20142kg/h, 給水溫度為90℃，蒸汽壓力為2.45 Mpa，過熱蒸汽溫度為390℃。試計算折算蒸發(fā)量。查焓值表得 =3239.00 kJ/kg； =441.99 kJ/kg； =3216.75 kJ/kg； =379.00 kJ/kg；,,,,,,kg/h,根據(jù)公式可得,第五節(jié) 數(shù)據(jù)折算和修正,二、鍋爐熱效率折算 （一）蒸汽鍋爐熱效率折算 GB/T10180-2003第7.4條d)款規(guī)定： 蒸汽鍋爐實際給水溫度與設計值之差宜控制+30℃-20℃之間。當實際給水溫度與設計給水溫度之偏差超過-20℃時，測得鍋爐效率應按照每相差-60℃效率數(shù)值下降1%進行折算，不足或大于-60℃，則按此比例折算。在測試報告結(jié)果分析中對此給以扣除。對無省煤器的鍋爐則不予扣除。這是因為給水直接進入鍋筒，在計算上就不用以進水溫度來計算省煤器溫差，而在計算算對流受熱面時，工質(zhì)的溫度均以飽和溫度來計算，這樣進水溫度低反映在鍋筒壓力下降上，只要鍋筒壓力保持在規(guī)定范圍，其溫度就反映不出了。,第五節(jié) 數(shù)據(jù)折算和修正,計算公式例： 一臺鍋爐設計給水溫度為105℃，實測溫度為34℃，鍋爐效率為80%， 試計算折算熱效率,,,第五節(jié) 數(shù)據(jù)折算和修正,η折算=η實測—△η折算=80%—1.18%=78.82%,（二）熱水鍋爐熱效率折算GB/T10180-2003第7.4條e款規(guī)定:熱水鍋爐的進水溫度和出水溫度與設計值之差不宜大于±5℃。當實際進、出水溫度平均值與設計溫度平均值之偏差超過-5℃時，應對測試效率進行折算。對于燃煤鍋爐出水溫度與額定溫度相差-15℃ 時，效率數(shù)值下降1%；對燃油、燃氣鍋爐出水溫度與額定溫度相差-25℃時效率數(shù)值下降1%，不足或大于上述溫度時，按比例折算等。無論有無省煤器，在測試報告結(jié)果分析中，對此予以扣除。帶有空氣預熱器的大容量熱水鍋爐出水溫度偏差的效率折算的方法協(xié)商解決。,第五節(jié) 數(shù)據(jù)折算和修正,燃煤鍋爐：,,燃油(氣)鍋爐：,,第五節(jié) 數(shù)據(jù)折算和修正,例：一臺燃煤鍋爐設計出水溫度130℃，實際出水平均溫度102℃，其測試鍋爐效率81%。計算折算熱效率。,η折算=η實測－△η折算=81%－1.87%=79.13%,例：一臺燃油鍋爐設計出水溫度95℃，實際出水平均溫度84℃，其測試鍋爐效率90%。計算折算熱效率。,η折算 =η實測－△η折算=90%－0.44%=89.56%,第五節(jié) 數(shù)據(jù)折算和修正,三、鍋爐散熱損失修正《工業(yè)鍋爐能效測試與評價規(guī)則》（TSG G0003-2010）中規(guī)定:對于工業(yè)鍋爐運行工況熱效率詳細測試和簡單測試，其散熱損失均應進行修正。,第五節(jié) 數(shù)據(jù)折算和修正,例：一臺DZL10-1.25-AII型燃煤蒸汽鍋爐，用簡單測試法進行能效測試實測鍋爐出力為2500.00kg/h。按TSG G0003-2010中相關(guān)規(guī)定鍋爐出力低于30%時按30%出力進行折算。查表10t/h鍋爐: q5ed=1.7=1.7×(10000/3000)=5.67%,,第五節(jié) 數(shù)據(jù)折算和修正,例：一臺DZL2.8-1.25/95/70-AII型燃煤熱水鍋爐，用簡單測試法進行能效測試：實測鍋爐出力為1.4MW。 查表q5ed=1.7則q5為：q5=2.9×(2.8÷1.4)=5.80%,第五節(jié) 數(shù)據(jù)折算和修正,四、熱油載體鍋爐導熱油的比熱容修正GB/T10180-2003第7.9條規(guī)定:在計算熱油載體鍋爐的載熱量時，導熱油的比熱容以其實測溫度下的進、出口油的比熱容與在0℃時的比熱容的平均值為準。,第五節(jié) 數(shù)據(jù)折算和修正,第五節(jié) 數(shù)據(jù)折算和修正,,,,,——熱油載體流量(kg/h),——為實測溫度下的進、出口油比熱容與在0℃的比熱容的平均值(kJ/kg.℃),——為進、出口實測溫度下的比熱容(kJ/kg.℃),——為0℃下的比熱容(kJ/kg.℃),計算公式,例：某熱油載體鍋爐的進油溫度為220℃，出油溫度為250℃。試計算進出口熱油載體焓值。根據(jù)熱油載體鍋爐所使用的熱油載體物理特性表查得：0℃時的比熱容為C0=1.7019kJ/kg﹒℃ 220℃時比熱容為C220=3.1052 kJ/kg﹒℃250℃時比熱容為C250=3.2993 kJ/kg﹒℃則進油平均比熱容C-220=（C220+C0）/2=2.4036 kJ/kg﹒℃進油焓hj= C-220×t進 =2.4036×220=528.78 kJ/kg出油平均比熱容C-250=（C250+C0）/2=2.5006 kJ/kg﹒℃出油焓hc= C-250×t出=2.5006×250=625.15 kJ/kg,第五節(jié) 數(shù)據(jù)折算和修正,結(jié)束語,謝謝！2012、11、27,