欧盟标准EN12952-15：2003年的应用与比较分析

2021-08-11关风一王宇振王彦海

东北电力技术 2021年6期

关风一，张航，王宇振，王彦海，张戬

(1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁沈阳 110006 ;2.中国石油抚顺石化公司热电厂，辽宁抚顺 113004；3.国家电投集团东北电力有限公司抚顺抚电能源分公司，辽宁抚顺 113008；4.华能国际电力有限公司丹东电厂，辽宁丹东 118300；5.国家电投集团东北电力有限公司抚顺热电分公司，辽宁抚顺 113006)

电站锅炉在通过168 h试运移交业主之前，通常按照电力行业要求需进行锅炉性能考核试验，各国家或地区都有相应的锅炉性能试验标准，其中欧洲则采用欧盟标准EN12952-15:2003对锅炉进行验收。目前我国常用的性能试验标准有中国国家标准GB/T10184—2015《电站锅炉性能试验规程》，美国机械工程师协会的ASME PTC4.1—1964[1]和ASME PTC4—2013《锅炉性能试验规程》，近年实际应用中ASME PTC 4.1最为普遍。本文以欧盟标准EN12952-15：2003计算锅炉热效率的主要内容，并与ASME PTC 4.1规程进行对比分析[2-6]。

为了方便比较，以下将EN1295-15：2003标准简称为EN标准，ASME PTC 4.1规程简称ASME规程。

1 两种规程定义差异比较

1.1 应用范围

EN标准是蒸汽锅炉和热水锅炉及辅助设备的性能验收标准，是作为直接燃烧的蒸汽锅炉和工业锅炉热力性能试验和计算的依据。适用于直接燃烧的蒸汽锅炉和热水锅炉。较ASME规程，EN标准可适用于余热锅炉及其蒸汽或热水锅炉的辅助设备，其适用范围更宽。

1.2 标准状态及试验基准

EN标准定义压力为101 325 Pa，温度为0 ℃，性能试验的基准温度为25 ℃，规定的标准状态与ASME规程不同，基准温度与ASME规程相同。EN标准采用其他温度作为验收试验的基准温度。当采用其他温度作为基准温度时，需对燃料热值进行校正。

H(N)r=H(N)+[(1-γAsh-γH2O)cFdaf+μAodcpAd-μGodcpGod+γH2OcW-μH2OFcpst](tr-25)

(1)

式中：H(N)为25 ℃时燃料低位发热量；cw为水比热；cpst为水蒸气比热；cpAd为干空气比热；cpGod为干烟气比热；cFdaf为煤比热；γAsh为煤中灰含量；γH2O为煤中水含量；tr为新基准温度。

基准温度取25 ℃时，无需对发热量进行修正，与实际常用实验室弹氧发热量测量方式吻合。

1.3 常用系数

EN标准给出了在25 ℃至常规运行温度范围内的蒸汽、水、空气及灰渣等物质的比热以及一些未完全燃烧物质的热值，见表1。

表1 部分物质的比热值 kJ/(kg·K)

EN标准给出的各种物质焓或比热，均以0 ℃为起算点。ASME规程规定除水蒸气焓和燃料油焓外，以25 ℃作为各种物质焓或比热计算的起算点。

2 ASME规程和EN标准锅炉效率计算方法比较

2.1 锅炉效率定义

ASME规程中指出锅炉效率即为毛效率[3-6]，为输出热量与输入热量的比值。其中输出热量为工质吸收的热量；输入热量包括燃料燃烧释放的化学能、物理显热和转动机械转换的热量。在一般计算过程中ASME规程锅炉效率计算公式如下：

(2)

式中：ηB为锅炉效率，%;Hf为收到基低位发热量， kJ/kg;L为锅炉每kg入炉燃料总的热损失，kJ/kg;B为每kg入炉燃料总的输入物理热，kJ/kg。

EN标准锅炉效率计算公式如下：

(3)

2.2 烟气热损失

烟气损失主要包括干烟气热损失、燃料中水分引起的损失、燃料中氢引起的损失、空气中水分引起的损失。从计算思路看，ASME规程分别计算干烟气损失和水蒸气损失，而EN标准则计算湿烟气质量与湿烟气比热。

ASME规程中：

LG'=WG'×cPG'×(tG-tA8)×100/Hf

(4)

Lmf=M(h12.14.15-hRV)/Hf

(5)

LH=8.936×H(h12.14.15-hRV)/Hf

(6)

LmA=WmA'WA'(h12.14.15-hRV)×100/Hf

(7)

式中：LG'为干烟气热损失，%；WG'为每kg燃料产生的干烟气量，kg/kg；cPG'为干烟气平均比热，kJ/(kg·K)；tG为排烟温度，℃；tA8为实测基准温度，℃；Hf为收到基燃料低位发热量，kJ/kg；Lmf为入炉燃料中水分引起的热损失，%；M为燃料中的水分含量，%；h12.14.15为分压力下水蒸气焓，kJ/kg；hRV为基准温度下饱和蒸汽焓，kJ/kg；H为燃料中氢含量，%；LmA为空气中水分引起的热损失，%；WmA'为绝对湿度，%，WmA'为每kg入炉燃料需干空气量，kg/kg。

在EN标准中：

(8)

2.3 灰渣显热及未燃尽碳损失

ASME规程中：

LUC=33 727Cub/Hf

(9)

(10)

(11)

式中：33 727为飞灰炉渣中未燃尽碳热值，kJ/kg；Cub为未燃尽碳的质量，kg/kg。

在EN标准中：

(12)

(13)

(14)

(15)

2.4 表面辐射和对流热损失

ASME规程要求通过估算该项热损失，但不排除通过专业资质人员给出的参数估计。通常进行电站锅炉性能考核试验时，该项损失由锅炉生产厂家给定。

EN标准要求最常见的蒸汽锅炉可采用式(16)进行热损失计算。

QRC=CQN0.7

(16)

式中：QRC为表面辐射和对流的热损失，kJ/kg；C为系数，燃油和天然气锅炉取0.0113、无烟煤锅炉取0.0220、褐煤和流化床锅炉取0.0315；QN为锅炉最大有效输出热，MW。

2.5 生成CO造成的热损失

ASME规程规定，当CO存在且不能通过运行调整加以消除的情况下，采用式(17)计算生成CO造成的热损失。

(17)

式中：LCO为生成CO造成的热损失，%；[CO]为烟气中CO的容积百分数，%；[CO2]为烟气中二氧化碳的容积百分数，%；10160为1 kg碳烧成二氧化碳所释放的热量，kJ/kg；Cb为每kg燃料中烧掉的碳质量，%。

(18)

3 计算实例

某电厂300 MW机组锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司设计制造的亚临界参数、一次中间再热、单炉膛、自然循环汽包锅炉。本文分别以2种标准对300 MW机组锅炉进行效率计算，并对结果进行比较分析。

3.1 锅炉效率试验原始数据

锅炉热效率试验原始数据见表2，试验煤质分析见表3。

表2 锅炉效率试验数据

表3 煤质分析报告

3.2 计算结果分析

ASME规程和EN标准均采用热损失法计算锅炉热效率，本次计算仅列出了典型、常见、易于测量和权重较大的几项损失，计算结果见表4。

表4中，第1项烟气损失，ASME规程将之分

表4 ASME规程和EN标准锅炉效率计算结果 %

为干烟气热损失、燃料中水分引起的热损失、燃料中H燃烧生成水引起的热损失和空气中水分引起的热损失4项分别计算，4项之和为5.9901%；EN标准则直接取湿烟气的质量以及饱和蒸汽焓值计算，得到结果为5.8624%，两者偏差为0.1377%。计算结果偏差是由于计算过程中选取的基准和焓值差异而导致，ASME规程中对干烟气比热的选取做了规定，在曲线上直接选取，增加了数值误差；基准温度规定有所不同，EN标准选取参照温度tr=25 ℃，而ASME规程直接选取空气预热器入口一、二次风加权温度tA8=27.02 ℃。

生成CO造成的热损失，从计算公式上看2个标准有所不同，其原理都是单位质量燃料生成CO的体积乘以CO的热值，EN标准给定的CO热值为12.633 MJ/m3，ASME规程给定的CO热值为12.643 MJ/m3，二者基本相同，所以该项损失偏差很小。

将ASME规程中灰渣的未燃尽碳损失和不可测量热损失合在一起用于和EN 标准的灰渣显热及未燃尽碳损失进行比较。不可测量损失包括不能分类或不易于测量的损失项，其中灰渣物理热损失占绝大部分。ASME规程计算得出灰渣中未燃尽碳损失为0.1717%，设备厂家给定的不可测量热损失为0.20%，两项损失之和为0.3717%。EN标准计算得出灰渣显热及未燃尽碳损失为0.3116%。两者相比较ASME规程比EN标准高0.0601%，说明EN标准将一部分不可测量的损失添加到锅炉效率计算中，这样两者的该项损失才能相当。

辐射和对流热损失，ASME规程偏向于资质人员或单位给出的估计值或经验值，该计算中取0.21%；EN标准则由式(16)计算得到0.2263%，EN标准较ASME规程进行比较，该项损失高了0.0163%。

综合表4中各项计算结果得出，EN标准计算的锅炉热效率高于ASME规程0.1715%。