鍋爐尾部受熱面節(jié)能技改后的能效對(duì)比測(cè)試方法*

趙奕奕 趙穎新 張萬(wàn)路 杜文偉

（1.中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，北京 100029；2.北京航空航天大學(xué)，北京 100191）

0 引言

鍋爐的熱工測(cè)試是個(gè)繁瑣冗長(zhǎng)且細(xì)致的工作，根據(jù)不同爐型需要6～24 小時(shí)的熱穩(wěn)定期，幾十類數(shù)據(jù)、數(shù)個(gè)小時(shí)的測(cè)試過(guò)程和繁復(fù)的數(shù)據(jù)處理，且要涉及查表、查圖、選采適宜的經(jīng)驗(yàn)公式等，總之工作量很大。我國(guó)現(xiàn)有多臺(tái)在運(yùn)的電站鍋爐，每年的節(jié)能技術(shù)改造數(shù)量相當(dāng)大，如何確定這些鍋爐技術(shù)改造前后的節(jié)能率是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。下面介紹的鍋爐節(jié)能率測(cè)試方法是經(jīng)過(guò)我們課題組研究摸索、理論推導(dǎo)、實(shí)踐驗(yàn)證的一種針對(duì)鍋爐尾部受熱面節(jié)能技改后節(jié)能率的簡(jiǎn)單測(cè)試方法。

1 理論依據(jù)

在鍋爐熱工測(cè)試的實(shí)踐中，影響測(cè)量結(jié)果的因素很多，故而人們往往采納一些簡(jiǎn)化公式，這些簡(jiǎn)化公式考慮到主要因素且將次要因素簡(jiǎn)化到公式修正系數(shù)上，其計(jì)算精度足以滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，如計(jì)算理論空氣量（式1）和理論煙氣量（式2）的羅辛公式：

式中：Qd為燃煤的低位發(fā)熱值，kcal/kg。

式中：α 為過(guò)量空氣系數(shù)。

式中：Bq為改造前耗煤量，t/h；Bh為改造后耗煤量，t/h。

改造前過(guò)熱器人口煙氣焓：

式中：θ1q為改造前過(guò)熱器人口煙氣溫度，℃；C1yq為改造前過(guò)熱器人口煙氣比熱kcal/（m3·℃）；G1yq為改造前過(guò)熱器人口煙氣流量，m3/h。

改造后過(guò)熱器人口煙氣焓：

式中：θ1h為改造后過(guò)熱器人口煙氣溫度，℃；C1yh為改造后過(guò)熱器人口煙氣比熱kcal/（m3·℃）；G1yh為改造后過(guò)熱器人口煙氣流量，m3/h。

改造前空氣預(yù)熱器出口煙氣焓：

式中：θ2q為改造前空氣預(yù)熱器出口煙氣溫度，℃；C2yq為改造前空氣預(yù)熱器出口煙氣比熱，kcal/（m3·℃）；G2yq為改造前空氣預(yù)熱器出口煙氣流量，m3/h。

改造后空氣預(yù)熱器出口煙氣焓：

式中：θ2h為改造后空氣預(yù)熱器出口煙氣溫度，℃；C2yh為改造后空氣預(yù)熱器出口煙氣比熱，kcal/（m3·℃）；G2yh為改造后空氣預(yù)熱器出口煙氣流量，m3/h。

改造前尾部受熱面吸熱量為H1q-H2q；改造后尾部受熱面吸熱量為H1h-H2h。

對(duì)一臺(tái)進(jìn)行了尾部受熱面節(jié)能技改的鍋爐，在改造前其尾部受熱面的熱吸收率為

對(duì)一臺(tái)進(jìn)行了尾部受熱面節(jié)能技改的鍋爐，在改造后其尾部受熱面的熱吸收率為

鍋爐尾部受熱面技改后換熱情況的變化就是尾部受熱面熱吸熱率的變化

式中：△η為改造前后尾部受熱面熱吸熱率的差值（即節(jié)能率）%，式（12）即為鍋爐節(jié)能技改前后的節(jié)能效果的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

2 測(cè)試結(jié)果

鍋爐尾部受熱面加裝燃?xì)猢?吹灰裝置后，排煙溫度下降，從而提高了鍋爐的熱效率，在加裝吹灰器前后，鍋爐節(jié)能體現(xiàn)在鍋爐尾部受熱面吸熱量的變化，傳統(tǒng)的做法是在加裝吹灰器前后分別對(duì)鍋爐進(jìn)行熱工測(cè)試，加裝吹灰器前后鍋爐尾部受熱面吸熱率的差值即鍋爐的節(jié)能率。在鍋爐熱工測(cè)試過(guò)程中，需要測(cè)試的參數(shù)有上百個(gè)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試完畢后，數(shù)據(jù)處理也相當(dāng)復(fù)雜繁瑣。

2.1 傳統(tǒng)測(cè)試法

采用GB 10184—1998 電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行計(jì)算，如表1 所示。

2.2 本文測(cè)試方法

本文測(cè)試方法通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)處理過(guò)程當(dāng)中的各原始公式進(jìn)行理論解析，推導(dǎo)出有關(guān)鍋爐節(jié)能率的簡(jiǎn)單解析式子，該公式涉及的參數(shù)極少，只有4 個(gè)，通過(guò)4 個(gè)參數(shù)就能得到鍋爐節(jié)能率，鍋爐節(jié)能對(duì)比測(cè)試就變得相當(dāng)簡(jiǎn)單易行了。

表1 大同5#鍋爐進(jìn)行節(jié)能技改前后計(jì)算結(jié)果

煙氣流量從過(guò)熱器人口到空氣預(yù)熱器出口不變，即G1yq≈G2yq，G1yh≈G2yh，事實(shí)上鍋爐由于負(fù)壓運(yùn)行，煙氣流量可能略有增加，但所占比例極小，可忽略不計(jì)。

大同5#鍋爐，θ1q＝701.5，θ2q＝147.8；θ1h＝721.6，θ2h＝132.0

通過(guò)式（12）進(jìn)一步計(jì)算得△η＝2.57%。

鍋爐節(jié)能對(duì)比測(cè)試中需要知道加裝吹灰器前后尾部受熱面熱吸收率的差值△η，也就是節(jié)能率的變化。從式（12）可知，只要通過(guò)測(cè)試知道尾部受熱面在加裝吹灰器前后過(guò)熱器人口煙氣溫度θ1q、θ1h，加裝吹灰器前后空氣預(yù)熱器出口煙氣溫度θ2q、θ2h，這4 個(gè)溫度定了，查表可知相應(yīng)溫度的比熱值C1yq、C2yq、C1yh、C2yh，△η值即可算出，從而知道鍋爐改造前后的節(jié)能程度。前提是在煤質(zhì)不變的情況下。

綜上所述，鍋爐通過(guò)加裝燃?xì)猢?吹灰裝置使排煙溫度下降后，尾部受熱面熱吸收率的變化只與鍋爐尾部煙道進(jìn)出口煙氣溫度有關(guān)，而與其它部位煙氣、水、蒸汽的流量、溫度、壓力無(wú)關(guān)，與燃煤耗量、過(guò)量空氣系數(shù)等亦無(wú)關(guān)。

各電站均有現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（DCS 系統(tǒng)），在加裝吹灰器前后電站鍋爐負(fù)荷出力相當(dāng)，煤質(zhì)不變情況下，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)亦可得到節(jié)能率變化的△η值。只要對(duì)測(cè)量過(guò)熱器人口煙氣溫度的熱電偶傳感器和空氣預(yù)熱器出口煙氣溫度的熱電偶傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，甚至可以不通過(guò)第三方測(cè)試即可獲得準(zhǔn)確度很好的△η值測(cè)算結(jié)果。

表2 為10 臺(tái)220t/h 電站鍋爐兩種測(cè)試結(jié)果對(duì)比情況。

表2 鍋爐改造前后傳統(tǒng)測(cè)試方法和簡(jiǎn)易測(cè)試方法的節(jié)能率對(duì)比

對(duì)山西大同和內(nèi)蒙包頭各5 臺(tái)220t/h 電站鍋爐，在通過(guò)加裝燃?xì)猢?吹灰裝置前后進(jìn)行了熱工測(cè)試，從表2 可以看出，加裝吹灰器前后尾部煙道熱吸收率的差值△η傳統(tǒng)測(cè)試方法和簡(jiǎn)易測(cè)試方法數(shù)值吻合相當(dāng)好。證明鍋爐節(jié)能對(duì)比測(cè)試的簡(jiǎn)易測(cè)法是準(zhǔn)確可行的。

從表2 可以看出鍋爐簡(jiǎn)易測(cè)試方法與傳統(tǒng)測(cè)試方法相比測(cè)算偏差在±1%以內(nèi)。但傳統(tǒng)測(cè)試方法可以知道尾部煙道每一級(jí)過(guò)熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器、再熱器等的換熱改善程度以及尾部受熱面整體換熱狀況，而簡(jiǎn)易測(cè)試方法則做不到，它只知道尾部受熱面整體換熱情況，它只需4 個(gè)參數(shù)即可知道尾部受熱面整體能效提升水平，有利于通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)DCS 系統(tǒng)監(jiān)控進(jìn)行節(jié)能程度的判別。

3 結(jié)論

鍋爐簡(jiǎn)易測(cè)試方法與傳統(tǒng)測(cè)試方法相比測(cè)算誤差一般不超過(guò)1%，符合國(guó)家及用戶對(duì)節(jié)能率測(cè)算的準(zhǔn)確度要求。測(cè)試時(shí)間大為縮短，較常規(guī)傳統(tǒng)測(cè)試方法減少了90%的工作量，計(jì)算方法簡(jiǎn)單，且通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)DCS 系統(tǒng)，很容易就可以知道排煙溫度降低對(duì)節(jié)能率的定量影響程度。本文公式（12）適用于鍋爐尾部受熱面節(jié)能技術(shù)改造后的節(jié)能率確定。