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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(shè)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(yùn)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(yùn)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(fēng)、煙 煤、灰 汽、水風(fēng)-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?。可燃質(zhì)（C、H、S） 煙氣不可燃質(zhì)（O、N、A、M） 灰渣,,燃料,1、灰平衡當(dāng)鍋爐連續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行時，單位時間內(nèi)進(jìn)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(xì)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(fēng)平衡風(fēng)平衡是指送入鍋爐的風(fēng)量加上漏入鍋爐的風(fēng)量等于從鍋爐排出的風(fēng)量。 過量空氣系數(shù)實際送風(fēng)量與理論送風(fēng)量的比值即為過量空氣系數(shù)。進(jìn)入爐膛以前的過量空氣系數(shù)用 表 示，進(jìn)入爐膛以后的過量空 氣系數(shù)用 表示。 漏風(fēng)系數(shù)漏風(fēng)系數(shù)即為漏風(fēng)量與理論空氣量的比值，用 表示 由于鍋爐一般是在“負(fù)壓”下運(yùn)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(yán)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(fēng)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(fēng)平衡,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,過熱器風(fēng)平衡,,,省煤器風(fēng)平衡,,,熱 空 氣,,,空氣預(yù)熱器風(fēng)平衡,冷 空 氣,空氣側(cè)風(fēng)平衡,,熱風(fēng)道在無泄漏情況下的風(fēng)平衡按下式計算：,,如果對流煙道各處漏風(fēng)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(yùn)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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1m3氣體燃料為基準(zhǔn)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——?dú)怏w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 ——?dú)怏w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(dāng)測量給水流量時，當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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?xì)怏w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?xì)怏w（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?xì)怏w混合 爐膛溫度：爐膛溫度↑， q3↓當(dāng)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?xì)埩粼诨以校卜Q為機(jī)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(qiáng)時，易形成熔渣，爐渣損失也大；水分低而結(jié)焦性弱且細(xì)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(jī)械或者風(fēng)力拋煤機(jī)爐比鏈條爐的飛灰損失大；煤粉爐盡管不漏風(fēng)，但飛灰損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于層燃爐；爐排間隙大，則漏煤損失嚴(yán)重。,第三節(jié) 鍋爐反平衡效率計算,鍋爐運(yùn)行水平 當(dāng)鍋爐負(fù)荷增大時，燃料增加，風(fēng)量相應(yīng)提高，風(fēng)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(fēng)量分配，煤粉爐運(yùn)行時的煤粉細(xì)度及配風(fēng)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(yùn)行時，由于爐墻、金屬結(jié)構(gòu)，鍋爐范圍內(nèi)的煙風(fēng)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(qiáng)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(yīng)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)行工況熱效率簡單測試計算,注：在選取時，應(yīng)滿足αfh+αlm+αlz =100 對于燃油、燃?xì)忮仩t，q4為0,四、散熱損失q5,第四節(jié) 鍋爐運(yùn)行工況熱效率簡單測試計算,1、鍋爐實際運(yùn)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(dāng)鍋爐實際運(yùn)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(dāng)鍋爐實際運(yùn)行出力低于額定出力30％時，按30％出力條件進(jìn)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(yùn)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(yùn)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?xì)忮仩t，q6為0。,六、鍋爐熱效率（ηj）,第四節(jié) 鍋爐運(yùn)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(dǎo)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(dāng)蒸汽和給水的實測參數(shù)與設(shè)計不一致時，鍋爐的蒸發(fā)量應(yīng)按下式進(jìn)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(shè)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(shè)計給水溫度為105℃，設(shè)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(shè)計值之差宜控制+30℃-20℃之間。當(dāng)實際給水溫度與設(shè)計給水溫度之偏差超過-20℃時，測得鍋爐效率應(yīng)按照每相差-60℃效率數(shù)值下降1%進(jìn)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(jìn)入鍋筒，在計算上就不用以進(jìn)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(jìn)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(shè)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(jìn)水溫度和出水溫度與設(shè)計值之差不宜大于±5℃。當(dāng)實際進(jìn)、出水溫度平均值與設(shè)計溫度平均值之偏差超過-5℃時，應(yīng)對測試效率進(jìn)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?xì)忮仩t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(yù)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(shè)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(shè)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(yùn)行工況熱效率詳細(xì)測試和簡單測試，其散熱損失均應(yīng)進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dǎo)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(dǎo)熱油的比熱容以其實測溫度下的進(jìn)、出口油的比熱容與在0℃時的比熱容的平均值為準(zhǔn)。,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(jìn)、出口油比熱容與在0℃的比熱容的平均值(kJ/kg.℃),——為進(jìn)、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(jìn)油溫度為220℃，出油溫度為250℃。試計算進(jìn)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(jìn)油平均比熱容C-220=（C220+C0）/2=2.4036 kJ/kg﹒℃進(jìn)油焓hj= C-220×t進(jìn) =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,