工业锅炉能效测试正平衡法和反平衡法浅析

工业锅炉能效测试正平衡法和反平衡法浅析

薛勇

内蒙古自治区特种设备检验研究院包头分院 内蒙古包头014030

摘要：在比较和分析机组运行经济性时，通常需要计算其经济指标，采用的方法通常有：正平衡、反平衡、等效热降与常规热力试验，这几种方法各具特色，既有区别，又有一定的内在联系。正平衡和反平衡是计算机组的做功和热经济指标常用的方法，等效热降等效热降是主要用来分析蒸汽动力装置和热力系统中各种因素的影响以及局部变动后的经济效益，而热力试验是测量机组实际运行经济性经常采用的方法。

关键词：工业锅炉；能效测试；正平衡法；反平衡法

1工业锅炉能效测试概述

最权威、直接对锅炉能效进行判断的方法就是测试锅炉热工性能。目前我国现行有GB/T10180-2003《工业锅炉热工性能试验规程》及GB/T10820-2002《生活锅炉热效率及热工试验规程》两项热工测试标准,要求针对锅炉多方面运行参数在一段时间内进行测试,对各项损耗及正反平衡效率进行计算。因为锅炉热平衡测试的复杂性,花费较长时间,工作量大等,锅炉热工性能测试即使能有效获取精准的锅炉能效数据,在定期检验中使用及推广也很难。用户还会因为锅炉的热工测试受到很大影响,而且有些问题的原因单单靠热平衡测试也难以查明。比如锅炉设备的缺陷所在就无法查明,只能得出锅炉的效率。在锅炉能效测试中用到的设备仪器主要包含:(1)测量含碳量装置:测量炉渣、飞灰含碳量;(2)烟气分析仪:烟气成分测量,RO/O/CO/排烟温度;(3)红外测温仪:燃烧室温度、锅炉墙面温度测量。测验工业锅炉能效,是锅炉在稳定状态时(正常燃烧情况),对它的多种热工性能参数进行测试,判断出锅炉能量消效情况。测试能量消耗的项目主要有温度、进出压力、介质流量;泄漏煤、炉渣、烟道灰、飞灰等比重与燃烧物的含量;烟气的成分、排烟的温度;分析燃料耗损量、燃料元素;分析蒸汽湿度等。测出这些数值,得出固体没有全部燃烧产生的热损耗、气体没有全部燃烧的热量损耗、散热损耗、排烟热损耗、锅炉的热效率和灰渣物理热损耗等。测试之后,可以使得锅炉热效率得以确定,让锅炉各项热损耗值更加明确,对产生各种热消耗原因进行研究,找到方法使得热损耗降低,让锅炉的热效率得到有效提升。

2工业锅炉能效测试原理

2.1锅炉热平衡

锅炉的各项热损失、输入和输出热量之间,呈现出热工作状况平衡关系叫做锅炉热量平衡。为了能够得到锅炉里面热量分布状况,可以对锅炉的热平衡情况测试,了解有多少被损耗的热量,有多少被利用的热量,出现各类损失的分布状况及因素。只有得到了锅炉热平衡数据,才能找到很好的方法对锅炉的热效率进行提升。

2.2锅炉热效率

工业锅炉通常有两种方式确定热效率,其一是反平衡法,在设计锅炉与测验热工的时候常常运用,通过测量锅炉工作数据,得出各个热损耗数据。其二是按照锅炉热平衡的要求,即被有效利用的锅炉热量和输入锅炉的总热量之比直接计算得到,在测试锅炉热平衡时,通过计算锅炉输出及输入热量来确定效率的方式就叫做正平衡法。

2.3热损失

化学反应会在进入锅炉的燃料通过燃烧时产生,燃料中的可燃物质将被转化成水蒸气、SO2、CO2等产物。可是由于多个因素,炉膛里的燃料燃烧时并不能被全部利用,而在产生热水或蒸汽的过程中,燃烧释放的能量也不能够被完全使用。只有一部分介质(蒸汽、水)可以使用总的燃料输入热量,被称为有效使用能量,余下的就叫做锅炉的热消耗,就被损失掉了。

3正平衡法和反平衡法的分析比较

3.1正平衡法分析

正平衡法的特点是比较直观，只要能精确称量入炉燃料的质量(或体积)，并精确测得其低位发热量，再测得锅炉实际出力、压力，即可运用公式计算出正平衡效率。此方法能够直接测量输入、输出热量，需要测量的量较少，但是不能测出锅炉的各项热损失。一般来说，只要所测燃料取样有较精确的代表性，测得的低位发热量与实际测试用煤很接近的话，则其效率的精确度是较高的。对于测试结果精确度的影响，存在很多因素:(1)煤质(燃料)稳定情况。取样的代表性，称重的精度，样品的缩分等，样品的装瓶、封口、储存、运输等环节要符合标准要求。(2)煤样(燃料)的化验。所用仪器仪表的精度，人员的操作水平，都会极大影响低位发热量的精度，从而决定了测试结果是否精确。(3)测试仪器、仪表质量，精度是否满足测试要求。计量检定要在有效期内，现场安装要蒸汽，环境条件要符合要求(温度、风力等)。(4)测试对象是否正确。如锅炉出力，对饱和蒸汽锅炉只测进水流量，而不允许测蒸汽出口流量，这是因为饱和蒸汽都携带一定量的水粒，其携带量不仅对各种锅炉型式、锅内分离装置的不同而相差很大。即使上述情况均一样，由于分离装置制造质量好坏也有变化，还与测试时锅水的质量有关。(5)测试数据的判断和计算。在整个测试过程中，对某一类数据中出现个别数据差异较大，测试人员应能判别其是否正常而决定取舍。同时，在测试过程中，应经常查看几个主要参数，如给水量、给煤量等，这样可以判断出测试过程中是否正常。

    3.2反平衡法分析

反平衡法能够分析造成各项热损失的原因和找出降低热损失的方法，找出影响锅炉热效率的主要因素，但需要测量的量比较多。对于何时采用反平衡法进行能效测试，主要是在正平衡法测试有困难的情况下，其主要包含以下几点:(1)在进行工业锅炉能效测试过程中，由于锅炉吨位很大，导致燃料消耗量巨大，用上煤小车过磅的办法难以对燃料消耗量进行计量;(2)虽然有机械化上煤称重设备，但如果在实际测试时，两台锅炉同时运行不能停炉，导致煤的称重无法分开;(3)大型煤斗是密封的，平仓较难，煤斗煤位不易控制。对锅炉进行热平衡测试就是为了计算输入热量在锅炉内部的利用情况，测算多少热量被利用，多少热量被损失，确定锅炉热效率以及损失的分布状况，进而分析产生原因，为提高锅炉的热效率寻找最佳的途径。

3.3正平衡法和反平衡法的比较

从人为因素来看，采用正平衡法测试时，由于取样代表性不好，燃料消耗量计量以及平煤仓等存在一些人为因素，所以导致正平衡效率值相差较大。而反平衡法测试中，q2～q6值主要取决于仪器、仪表的稳定性及精度，虽然灰渣取样还受一些人为影响，但其数值相对要小很多。因此，反平衡法测试的效率人为因素要少一些。从测试精度来看，采用正平衡法和反平衡法测试，也存在差异，在保证计量准确的情况下，反平衡法比正平衡法要高。如果全部损失与外来热量是总输入热量的10%，则其1%的测量误差将仅对热效率值造成0.1%的误差，而测量燃料重量、给水流量时，1%的误差就会对效率造成1%的误差。正是由于避免了精度很低，对测试结果影响很大的给煤量和给水流量的直接测量，而只测量占总能量份额很小、测量精度对测试整体精度的影响较小的各项损失值，反平衡法比正平衡法精确。通过大量试验分析，给出了锅炉效率试验不确定度的典型范围值，反平衡法测试的不确定度较小，这是因为用于确定效率的量，即各项损失的数值，相对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。

结束语

对于工业锅炉能效测试方法的选择，可以从测试的目的出发，如果是单纯了解锅炉热效率，采用正平衡可以得到;如果是用于锅炉设计或锅炉改造等，目的是提高锅炉热效率，则需采用反平衡法测试，了解各项热损失的大小，从中找出降低热损失的原因，进而提高热效率。

参考文献：

[1]国家质量监督检验检疫总局.工业锅炉能效测试与评价规:TSGG0003-2010[S].北京:新华出版社,2010.

[2]林宗虎,徐通模.实用锅炉手册[M].第二版.北京:化学工业出版社,2009.