db21∕ t 2567-2016 工业锅炉火用效率测试技术规程

'ICS27.060.30F01DB21辽宁省地方标准DB21/T2567—2016工业锅炉㶲效率测试技术规程2016-01-19发布2016-03-19实施辽宁省质量技术监督局发布 DB21/T2567—2016目次前言................................................................................II1范围..............................................................................12规范性引用文件....................................................................13术语和定义........................................................................14符号和单位........................................................................15工业锅炉火用效率测试................................................................2附录A（资料性附录）工业锅炉火用效率测试与分析实例....................................5I DB21/T2567—2016前言本标准按照GB/T1.1-2009《标准化工作导则第1部分标准的结构和编写》给出的规则起草。本标准在编写过程中主要参考了GB/T10180-2003《工业锅炉热工试验规程》、GB/T14909-2005《能量系统火用分析技术导则》、GB/T17954-2007《工业锅炉经济运行》、TSGG0002-2010《锅炉节能技术监督管理规程》与TSGG0003-2010《工业锅炉能效测试与评价规则》。请注意本文件的某些内容可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由营口市锅炉压力容器检验研究所提出。本标准由辽宁省质量技术监督局归口。本标准负责起草单位：营口市锅炉压力容器检验研究所。本标准参与起草单位：东北大学。本标主要准起草人：谭凤科、王振宏、林贺勇、张连方、邓家英、曹胜伟、刘佳、董辉、谢华清、韩鹏、姜健、王士涛、姚振兴。本标准于2016年01月19日首次发布。II DB21/T2567—2016工业锅炉㶲效率测试技术规程1范围本标准规定了工作压力小于3.8MPa的蒸汽锅炉、热水锅炉和有机热载体锅炉火用效率测试和计算方法。本标准不适用余热锅炉。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T10180工业锅炉热工性能试验规程GB/T14909-2005能量系统㶲分析技术导则GB/T17954工业锅炉经济运行TSGG0002锅炉节能技术监督管理规程TSGG0003工业锅炉能效测试与评价规则3术语和定义3.1火用体系与环境作用从所处的状态达到与环境相平衡状态的可逆过程中，对外界做出的功。3.2火用损失由于过程不可逆性所造成的体系作功能力的减少。3.3燃烧不可逆火用损失由于燃烧过程的不可逆性所引起的火用损失。3.4传热火用损失由于燃烧产物与吸热工质之间传热过程的不可逆性所引起的火用损失。3.5锅炉运行工况热效率简单测试TSGG0003规定的锅炉运行工况热效率简单测试方法。3.6工业锅炉火用效率测试与计算为确定工业锅炉火用效率，在锅炉运行工况热效率简单测试的基础上而进行的测试与计算。4符号和单位1 DB21/T2567—2016表1符号和单位序号符号名称单位1Er燃料的化学火用kJ/kg2Ers燃烧产物所具有的火用kJ/kg3e2排烟火用损失%4e3气体未完全燃烧火用损失%5e4固体未完全燃烧火用损失%6e5散热火用损失%7e6灰渣物理火用损失%8e7燃烧不可逆火用损失%9e8传热火用损失%10η按照工业锅炉火用效率测试方法计算的锅炉火用效率%11Qnet,v,ar燃料收到基低位发热量kJ/kg12Qgr,v,ad燃料高位发热量kJ/kg13q2排烟热损失%14q3气体未完全燃烧热损失%15q4固体未完全燃烧热损失%16q5散热损失率%17q6灰渣物理热损失%18ηj按照锅炉运行工况热效率简单测试方法计算的锅炉热效率%19ω收到基水分%20T0环境温度K21Tpy排烟温度K22Tlt炉体外表面平均温度K23Thz灰渣温度K24Th炉膛内的最高温度K25Tck工质出口温度K26Trk工质入口温度K注：当计算㶲效率及各项火用损失时用热力学温度开尔文（K），当计算热效率及各项热损失时用摄氏度（℃）。5工业锅炉火用效率测试5.1测试条件和测试要求工业锅炉火用效率测试的测试条件和测试要求与锅炉运行工况热效率简单测试相同。5.2测试项目工业锅炉火用效率测试项目在锅炉运行工况热效率简单测试项目基础上增加以下项目：（1）固体燃料中水的质量份数ω，%；（2）环境温度T0，K；（3）炉体外表面平均温度Tlt，K；（4）炉膛内的最高温度Th，K；2 DB21/T2567—2016（5）工质出口温度Tck，K；（6）工质入口温度Trk，K；5.3各项火用损失的计算锅炉的火用损失包括：外部火用损失（排烟火用损失e2、气体未完全燃烧火用损失e3、固体未完全燃烧火用损失e4、散热火用损失e5、灰渣物理火用损失e6）和内部㶲损失（燃烧不可逆火用损失e7、传热火用损失e8）。5.3.1排烟火用损失e2排烟火用损失是指排入大气的烟气物理火用，按照公式（1）进行计算：T0Tpy100Qq[1ln]()net,v,ar2TTT100qpy004100%e（1）2Er式中：Er为所消耗燃料的化学火用，对于气体、液体和固体燃料可分别按照公式（2）、（3）和（4）进行计算：E=0.950Q（2）rgr,v,adE=0.975Q（3）rgr,v,adE=Q2438（4）rnet,v,ar5.3.2气体未完全燃烧火用损失e3气体未完全燃烧火用损失是由于燃料在燃烧过程中所生成的一部分残留在烟气中的可燃体未完全燃烧所造成的，即损失了这部分可燃气体的化学火用，按照公式（5）进行计算：Qqnet,v,ar3e100%（5）3Er5.3.3固体未完全燃烧火用损失e4固体未完全燃烧火用损失是由未燃尽的可燃固体造成的，即损失了这部分可燃固体的化学火用，按照公式（6）进行计算：Qqnet,v,ar4100%e（6）4Er5.3.4散热火用损失e5散热火用损失是由于锅炉运行中锅炉表面炉墙温度高于周围环境温度，以辐射、对流的传热方式传给周围环境热量而损失的热量火用，按照公式（7）进行计算：T0Qq(1)net,v,ar5Telt100%（7）5Er式中Tlt为炉体外表面平均温度，一般按照320K选取。3 DB21/T2567—20165.3.5灰渣物理火用损失e6灰渣的火用损失主要是指排出炉膛的炉渣所具有物理火用，按照公式（8）进行计算：T0Qq(1)net,v,ar6Tehz100%（8）6Er式中Thz为炉渣温度，一般按照873K选取。5.3.6燃烧不可逆火用损失e7锅炉中燃料火用与燃烧产物所具有的火用的差值，即为燃烧不可逆火用损失，按照公式（9）进行计算：E－Ee=rrs100%（9）7Er式中：Ers为锅炉内燃烧产物所具有的火用，按照公式（10）进行计算：TTE（QQqQq)[10lnh]（10）rsnet,v,arnet,v,ar3net,v,ar4TTTh005.3.7传热火用损失e8锅炉中燃烧产物所具有的能量经壁面和换热设备传给工质，由于壁面两侧存在温差，而产生的火用损失，按照公式（11）进行计算：TckThlnlnTrkTpyQηT[]net,v,arj0TTTTckrkhpy100%（11）e=8Er5.4工业锅炉火用效率η工业锅炉火用效率按照公式（12）进行计算：η=100－(e+e+e+e+ee+e)（12）23456784 DB21/T2567—2016AA附录A（资料性附录）工业锅炉火用效率测试与分析实例A.1锅炉概况与原始测试数据某厂燃煤蒸汽锅炉型号为DZL10-1.25-AⅡ，按照工业锅炉火用效率测试方法进行测试，已知相关测试、化验和计算数据如下：表A.1测试、化验和计算数据序号项目单位数据1蒸汽压力pMPa1.102环境温度T0K284.133工质出口温度TckK460.854工质入口温度TrkK289.455炉膛内的最高温度ThK1100.776炉体外表面平均温度TltK3207排烟温度tpyK457.738排烟处O2含量%12.449排烟处CO含量％0.0137810排烟处过量空气系数αpy/2.1511飞灰可燃物含量Cfh％17.9312漏煤可燃物含量Clm％37.0813炉渣可燃物含量Clz％10.0914收到基灰分Aar%20.0415燃料收到基低位发热量Qnet,v,arkJ/kg18441.0016固体燃料中水的质量份数ω%13.6617排烟热损失率q2%13.3518气体未完全燃烧热损失率q3%0.2019固体未完全燃烧热损失率q4%5.4320散热损失率q5%2.6221灰渣物理热损失率q6%0.5422热效率ηj%77.86A.2各项火用损失及火用效率的计算A.2.1燃料的化学火用ErE=Q243818441.0024380.136618774.03(kJ/kg)rnet,v,arA.2.2排烟火用损失e25 DB21/T2567—2016T0Tpy100Qq[1ln]()net,v,ar2TTT100qpy004e100%2Er284.13457.7310018441.000.1335[1ln]()457.73284.13284.131005.43100%18774.033.04%A.2.3气体未完全燃烧火用损失e3Qnet,v,arq318441.000.002e100%100%0.20%3E18774.03rA.2.4固体未完全燃烧火用损失e4Qnet,v,arq418441.000.0543e100%100%5.33%4E18774.03rA.2.5散热火用损失e5T0284.13Qnet,v,arq5(1)18441.000.0262(1)Tlt320e100%100%0.29%5E18774.03rA.2.6灰渣物理火用损失e6T0284.13Qnet,v,arq6(1)18441.000.0054(1)Thz873e100%100%0.36%6E18774.03rA.2.7燃烧不可逆火用损失e7TT0hE(QQqQq)[1ln]rsnet,v,arnet,v,ar3net,v,ar4TTTh00284.131100.77(18441.0018441.000.00218441.000.0543)[1ln]1100.77284.13284.139202.50(kJ/kg)E－E18774.039202.50e=rrs100%100%50.98%7E18774.03rA.2.8传热火用损失e86 DB21/T2567—2016TckThlnlnTrkTpyQηT[]net,v,arj0TTTTckrkhpye=100%8Er460.851100.77lnln289.45457.7318441.000.7786284.13[]460.85289.451100.77457.73100%18774.0329.31%A.2.9工业锅炉火用效率ηη=100－(e+e+e+e+ee+e)2345678100－(3.04+0.20+5.33+0.29+0.3650.98+29.31)10.49%A.3主要火用损失及火用效率的分析A.3.1排烟火用损失分析排烟火用损失远小于排烟热损失，原因是烟气的能源品质低可用能少，因此从火用的角度分析排烟火用损失不是节能潜力所在。A.3.2固体未完全燃烧火用损失分析固体未完全燃烧火用损失它是指一部分燃料进入锅炉以后，没有参与燃烧化学反应，就随着飞灰、漏煤、炉渣等途径带出炉外而造成的能量损失。炉渣含碳量在一定程度上反映了燃料燃烧的完全程度，是反映锅炉节能运行状况的重要指标。虽然炉渣含碳量并不能绝对地反映出锅炉热效率的高低，但在实践中经常注意炉渣的色泽，从灰渣的色泽变化及时发现灰渣含碳量的变化，及时的找出原因，排除不良因素，是监督锅炉运行的重要手段。灰渣含碳量的高低与燃料特性、炉子结构、燃烧过程的组织以及运行操作水平等多种因素有关。在既定的燃煤和炉子结构的条件下，运行操作水平至关重要。此外，锅炉实际使用的煤质应与设计用煤一致，如燃料灰分高，挥发分低，煤层不易着火。而易结焦的煤也存在同样的问题，煤粒外表面结焦，使氧与碳隔离造成残碳量高，升温速度慢；煤的大小不均匀，煤层透气性差，致使风不能均匀分布，不仅造成空气过剩系数过高，同时炉渣残碳量也升高。A.3.3燃烧不可逆火用损失分析燃料在锅炉炉膛中燃烧时所放出的热量主要是燃料的化学能。燃料化学能与燃烧产物之间能级相差很大，在转换的过程中一部分火用损失掉。燃烧产物所具有的火用与燃料火用的差值，构成燃烧不可逆火用损失。这项火用损失是客观存在的，不可逆的，但可以控制在一定的数值之下。燃烧不可逆火用损失与燃料的燃烧温度有关，提高燃烧温度会相应提高燃烧产物的火用值，燃烧不可逆火用损失就会减少。工业锅炉常见问题之一就是炉膛温度偏低，其原因主要是：（1）燃煤与原设计煤种特性差别过大，各项指标数据不能很好的满足锅炉燃烧所需；（2）控制不当或风机型号与锅炉不匹配，导致进风量偏多，炉膛出口处α偏高，炉膛平均温度低；（3）炉膛漏风，外部冷空气进入锅炉，与内部高温烟气混合，导致炉膛平均稳定下降；7 DB21/T2567—2016（4）无空气预热器，供给燃烧的空气初始温度低，理论燃烧温度本身就不高；（5）炉膛内布置了过多辐射受热面，不能达到良好的保温、稳燃效果。为了减少燃烧不可逆火用损失，应保证燃烧的高温环境，提高炉膛温度，可以从以下几方面入手：（1）燃用合理的煤种；（2）保证燃烧的条件下适当减少空气供给量；（3）减少炉膛漏风量；（4）涂去部分水冷壁都将有利于提高炉温；（5）从燃烧的角度考虑，加设空气预热设备，用尾部低能级的烟气，加热供给燃烧的空气，不仅可以有效的降低排烟火用损失，还能够很好的提高炉膛燃烧温度。A.3.4传热㶲损失分析传热火用损失的大小与传热温差有着密切关系，传热温差越大，传热火用损失就越大。炉膛中高温烟气和工质之间存在很大的传热温差，因此炉膛传热火用损失大。要降低传热温差就要通过降低炉内烟气的温度、增加工质的平均温度来实现。降低炉内烟气的温度，虽然减少了传热过程的火用损失，但同时增加燃烧过程的火用损失。因此，要减小传热温差，降低传热过程的火用损失，必须提高工质参数。对于在用工业锅炉，影响传热火用损失过大的原因有以下几点：（1）工质参数过低，很多工业锅炉在低于额定压力很多的条件下运行，导致水管中工质的温度较低，而炉膛的温度较高，两者间的温差大，传热引起的火用损多；（2）锅炉未安装省煤器，供给锅炉内循环的工质初始温度低，导致传热温差大，传热火用损失增加；（3）工业锅炉结水垢是个普遍存在的问题。水垢的导热系数比钢铁的导热系数小数十倍。有水垢存在会使受热面传热状况恶化，供给锅炉的水升温速度慢，与炉膛中高温烟气始终保持较大的传热温差，传热火用损失增加；（4）工业锅炉采用的燃料品质参差不齐，灰分过多会导致受热面积灰严重，烟气流通截面变窄，局部流速变化，使受热面的传热性能变差，供给锅炉的水升温速度慢，与炉膛中高温烟气始终保持较大的传热温差，传热火用损失增加；为了减少传热火用损失，须提高工质参数，并考虑较小的传热温差，可以从以下几方面入手：（1）避免锅炉降压运行，实际运行负荷不应低于额定负荷过多，使用单位在锅炉选型时，要充分考虑实际使用所需压力的大小，避免“大马拉小车”；（2）加省煤器，从火用的角度考虑，用尾部低能级的烟气，加热供给锅炉的工质，两者传热温差相对较小，传热火用损失低。加设省煤器后，供给锅炉的工质初始温度增高，不仅可以降低传热温差，减少传热不可逆火用损失，还能够有效的降低排烟火用损失。（3）通过采取有效的水处理技术和除垢技术，加强对锅炉的原水、给水、锅水、回水的水质及蒸汽品质检验分析，按时排污减少炉水中盐的含量，减少生成水垢的几率；（4）定期的清除锅炉内的积灰和结焦，对于改善传热、减小传热温差有明显的效果。A.3.5㶲效率分析（1）锅炉的火用效率远低于热效率。其原因是内部火用损失（包括燃烧和传热火用损失）的存在，它是由系统内部过程的不可逆性引起的，是能量质量的降低，是不可避免的，但可以把它控制在某个最佳值。（2）热效率与火用效率之间存在正比的关系，对于热效率不高的锅炉，应主要从热效率角度降低锅炉各项损失，进而使热效率和火用效率共同提高；对于热效率高的锅炉，应主要从火用效率角度降低其内部㶲损失。（3）影响锅炉火用效率的主要因素是：固体未完全燃烧火用损失、燃烧不可逆火用损失和传热火用损失。8 DB21/T2567—2016燃烧不可逆火用损失与燃料在炉膛内燃烧温度有关，提高燃烧温度会相应提高燃烧产物的火用值，燃烧不可逆火用损失就会减少；要降低传热不可逆火用损失，须提高工质参数，减小传热温差。（4）为了节约能源和合理用能，应从热平衡法和火用平衡法共同科学、客观评价锅炉能效状况，确定影响锅炉能效的主要因素，从而提高锅炉的经济运行水平。_________________________________9'