浅析运行中的工业锅炉简单能效测试方法

（焦作市锅炉压力容器检验研究所，河南 焦 作 4 54000）

随着我国工业现代化建设步伐的加快，能源对工业的影响日趋明显。据统计，全国每年煤炭消耗总量为26亿t，其中工业锅炉消耗煤炭4.1亿t[1]。我国环境保护标准的要求日趋严格，减少燃煤锅炉的燃烧污染排放，已经刻不容缓。国家也相继制定了节能降耗目标，开展工业锅炉的能效测试和节能监管工作势在必行，因此对工业锅炉简单快捷准确的效能测试方法的研究，显得尤为重要[2]。

实际运行中的工业锅炉，受诸多因素影响，锅炉的运行热效率往往较低，而用户又不了解锅炉的能效状况，造成能源的极大浪费。通过工业锅炉的简单效能测试，可掌握运行中的锅炉效能状态，如需进一步分析锅炉各种热损失情况，必须进行在用工业锅炉详细能效测试，可根据详细测试数据，制订提高锅炉总热效率的改进措施。

1 测试方法

不同结构形式的工业锅炉，燃烧情况各不相同，其燃烧效率也不相同。常见的工业锅炉结构形式有：锅壳锅炉，水管锅炉，热水锅炉，铸铁锅炉。燃烧方式有：层状燃烧，悬浮燃烧，流化床燃烧，气化燃烧。

影响锅炉热效率的因素包括：司炉工技能、燃料种类、燃料发热量、锅炉燃烧方式、保温情况、燃料燃烧情况、散热损失、水质情况、输出蒸汽参数等。

锅炉产出热量与单位时间内所消耗燃料的输入热量的百分比，称为锅炉热效率。它表明输入炉内的热量被有效利用的程度。

测试工业燃煤锅炉在运行状态的热效率，需进行热平衡测试试验。工业锅炉的热平衡是指锅炉运行时输入锅炉的热量（主要来自于燃料燃烧放热）与输出锅炉的热量（包括有效利用的热量与损失的热量）之间的平衡。

锅炉热平衡试验方法有两种：即正平衡试验法和反平衡试验法[3]。工业锅炉正平衡实验方法简单易行，用于热效率较低的工业锅炉（小于80%）时比较准确。反平衡法较复杂，但通过各项热平衡的测定和分析，可以找出提高锅炉经济性的途径；反平衡法适用于大容量、高效率的现代化电站锅炉，因这时燃料耗量测量不准，且蒸发量的测量误差也较大[4]。

测试过程中选取稳定燃烧的单位时间段，精确测量消耗的燃料净质量、给水温度和压力、输出蒸汽或者热水的温度和压力、烟气成分等；采用多次测量取平均值的方法，消除测量误差。

1.1 工业燃煤锅炉正平衡热效率测试法

工业锅炉正平衡效率的计算方法，是指锅炉在单位时间输出的热量与所消耗的燃料输入热量的百分比。输出热量指输出蒸汽量与对应温度下蒸汽焓值的乘积，以及排污排出的锅炉水所具有的热量减去输入锅炉给水焓值，输入热量指所耗燃料量与燃料热值的乘积。

热效率计算方法方框图如图1所示。用正平衡法计算热效率时，需要准确测量给水温度、压力、输出蒸汽或者热水的流量、参数、燃煤量以及燃料热值。

图1 正平衡热效率计算方法框图

工业锅炉正平衡热效率测试方法的计算公式

式中，

Q为锅炉单位时间内输出的热量，单位kJ；

Qr为锅炉单位时间内输入的热量，单位kJ。

式中，

B为锅炉单位时间燃料消耗量，单位kg/h；

Qnet，ar为煤的收到基低位发热量，单位kJ/kg。

蒸汽锅炉输出热量的计算公式

式中，

D为锅炉蒸发量，单位kg/h；

iq为测试条件下的蒸汽焓值，单位kJ/kg；

igs为测试条件下锅炉给水焓值，单位kJ/kg；

DPS为锅炉排污水量，单位kg/h

ips为锅炉排污水焓，即锅炉工作压力下的饱和水焓，单位kJ/kg；

热水锅炉有效利用热量的计算公式

式中，

G为热水锅炉单位时间加水量，单位kg/h；

i2为热水锅炉测试条件下出水焓值，单位kJ/kg；

i1为热水锅炉测试条件下进水焓值，单位kJ/kg。

1.2 锅炉反平衡热效率测试法

反平衡的计算方法比较复杂，所有的数值都经过实测，输入热量包括燃料总热值、燃料物理热、空气焓、给水焓等，输出热包括蒸汽焓、以及排烟损失、机械不完全燃烧损失、化学不完全燃烧损失、散热损失、其他损失等[4]。

反平衡试验法热效率计算公式：

式中，

q 2为烟气离开锅炉带走的热量占输入锅炉燃料热量的百分数。

q 3为烟气中随烟气排走未燃烧的气体可燃物燃烧后能继续放出的热量占输入锅炉燃料热量的百分数。

q 4为不完全燃烧固体颗粒完全燃烧排出的热量占输入锅炉燃料热量的百分数。

q 5为由保温及表面积、锅炉结构等因素决定锅炉散失热量占输入锅炉燃料热量的百分数。

q 6其它热损失占输入锅炉燃料热量的百分数。

2 应用分析

本文研究的简单测试方法，通常采用正平衡实验法。

（1）对在用工业锅炉进行的主要参数的简单测试，用于快速判定锅炉实际运行状态热效率；

（2）正式测试时间：层燃锅炉、室燃锅炉、流化床锅炉、手烧炉排、下饲炉排等燃烧固体燃料的锅炉不少于1 h，且试验时间内至少包含一个完整的燃料添加和出渣周期；液体燃料和气体燃料锅炉应不少于0.5 h；

（3）对于非连续稳定给水的情况，取燃烧比较稳定，给水量也比较稳定的时间段进行测量，采用多次测量取平均值的方法，以消除测量误差；

（4）燃煤锅炉的效率受煤质的影响，含水分较大时，影响较大，煤中的水分汽化，需要吸收大量的热，而这部分热量，最后都以气体的形式排出锅炉；

（5）锅炉的出力的测定，可根据用户的实际情况采用流量计测量；

（6）燃料的计量需采用化学分析的方法测算热值；

（7）稳定热工况：正式测试应当在锅炉燃烧调整到测试工况1 h后，锅炉处于热工况稳定时开始进行，锅炉热工况稳定系指锅炉主要热力参数在不大于5%的范围内波动，并且平均值已不随时间变化而变化；

（8）如需进一步分析锅炉热损失情况，需进行锅炉详细能效测试。

3 应用实例

某单位有一台蒸发量为6 t/h单锅筒纵置式链条蒸汽锅炉，锅炉测试示意图如图2所示。

图2 单锅筒纵置式燃煤锅炉能效测试示意图

经能效测试测，得锅炉单位时间煤耗量为0.9 t/h，其他测试数据如表1所示。并对燃料取样，在实验室进行化学分析，得所燃烧煤的收到基低位发热量 Qnet，ar＝20 900 kJ/kg。

求锅炉正平衡热效率。

表1 工业锅炉热效率正平衡试验数据

根据表1数据并查标准焓值表：

饱和蒸汽焓值2 778.7 kJ/kg；

给水焓值85.80 kJ/kg；

饱和水焓值772 kJ/kg。

将数据带入式（2）计算输入热量

将数据带入式（3）计算输出热量

将数据带入式（1）计算锅炉正平衡热效率

4 结束语

本文综合了工业锅炉的特点和工业现场实际运行情况，通过一锅炉正平衡测试实例，验证了正平衡测试法是一种简单易行的锅炉热效率测试方法，对能效测试机构以及节能监管部门进行锅炉的运行测试，具有一定的参考价值。

该简单的工业锅炉能效测试方法，可快速地判定锅炉运行效率，是否符合国家能效标准，可大幅度减少煤炭等燃料的消耗，能为国家节约能源，适当缓解能源危机；也利于改善地区生态环境，实现节能减排，充分体现了企业对社会的责任；也符合我国“建设节约型社会”的要求。

[1]邱恒俊.浅议锅炉和管网及用热设备系统的节能降耗[J].中国特种设备安全，2010，（4）：66-69.

[2]童红政，程 暄.300 WM锅炉排烟温度偏高原因分析及对策[J].华东电力，2007，35（8）:103-105.

[3]王 薇.提高燃煤锅炉热效率方法探讨[J].科技创新导报，2008，(26)：82-83.

[4]车得福，庄正宁，李 军，王 栋，等.锅炉（第二版）[M].西安：西安交通大学出版社，2008.