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2023-06-30
锅炉能量平衡及煤耗降低方法
【摘要】：为了降低锅炉煤耗，需要进行锅炉热平衡工作。通过热平衡试验测定锅炉效率的方法有正平衡法和反平衡法两种。锅炉热效率取两次试验所取得的平均值。当同时用正、反平衡法测定热效率时，两种方法所得热效率偏差不得大于5％，而锅炉的热效率应以正平衡法测定值为准。
锅炉中投入燃料燃烧放热，放出的热能通过受热面传递给水，使水加热汽化而产生蒸汽。实际上，锅炉中的燃料并不能完全燃烧，放出的热能也并不能全部得到利用。锅炉的输入热量中仅有部分被水（汽）有效吸收，其余都损失掉了。为了降低锅炉煤耗，需要进行锅炉热平衡工作。
1.锅炉的热平衡和热效率
锅炉的热平衡可表示为：锅炉的输入热量＝锅炉有效利用热量＋各项热损失之和即
Qr＝Q1＋Q2＋Q3＋Q4＋Q5＋Q6
式中 Qr——锅炉输入热量（kcal/kg）；
Q1——有效利用热量（kcal/kg）；
Q2——排烟热量损失（kcal/kg）；
Q3——气体不完全燃烧损失热量（kcal/kg）；
Q4——固体不完全燃烧损失热量（kcal/kg）；
Q5——散热损失热量（kcal/kg）；
Q6——灰渣物理热损失热量（kcal/kg）；
Q2～Q6均为热损失。
锅炉热效率η是它的有效利用热量与燃料输入热量的比值，一般以百分数表示，即
由锅炉热效率可以看出锅炉输入热量的有效利用程度，从而可看出锅炉的设计和运行水平。
通过热平衡试验测定锅炉效率的方法有正平衡法和反平衡法两种。
1）正平衡法：直接测定锅炉产生蒸汽所需热量和所耗燃料的锅炉输入热量。这种方法只适用于小型锅炉，因这种方法只能得到锅炉的热效率和出力，不能找出各项热损失数据。
2）反平衡法：直接测出和算出锅炉的各项热损失，并以100％减去各项热损失的总和，得出的数值为锅炉的反平衡热效率。反平衡法适用于大型锅炉，但为了校核测试的精确性和分析锅炉运行的工况以提高其热效率，可同时进行正、反平衡法测定，以利分析比较。
3）计算公式：
①锅炉（生产饱和蒸汽）热效率：
式中 η1——正平衡热效率（％）；
D——锅炉实测蒸发量（kg/h）；
Dzy——锅炉自耗蒸汽量（kg/h）；
Hbg——饱和蒸汽焓（kcal/kg）；
Hgs——给水焓（kcal/kg）；
W——蒸汽湿度（％）；
r——汽化潜热（kcal/kg）；
B——燃料耗用量（kg/h）；
QYDW——燃料的应用基低位发热值（kcal/kg）。
②锅炉（生产过热蒸汽）热效率：
式中 HgG——过热蒸汽焓（kcal/kg）；
Hzy——自耗蒸汽焓（kcal/kg）。
4）计算结果的选定：锅炉正平衡法和反平衡法测试计算所得的结果有一定误差，主要是由于散热损失计量误差、取样误差及其他不计损失等所造成，如同时用正、反平衡法两种测试，要得到完全一致的数据是比较困难的。GB/T 10180—2003《工业锅炉热工性能试验规程》规定，试验应在额定载荷下进行两次，每次实测出力应接近于额定出力。在一定出力下，两次试验热效率之差，对于正平衡法不得大于4％，反平衡法不得大于6％。锅炉热效率取两次试验所取得的平均值。当同时用正、反平衡法测定热效率时，两种方法所得热效率偏差不得大于5％，而锅炉的热效率应以正平衡法测定值为准。
2.锅炉热平衡测定方法
锅炉的热平衡试验应按GB/T 10108—2003《工业锅炉热工性能试验规程》进行，这项标准适用于锅炉出力小于蒸发量30t/h和出口压力≤2.45MPa（25kgf/cm2）的蒸汽锅炉和热水锅炉。测试项目和方法如下。
1）燃料计量：在锅炉热效率测定中，燃料特别是煤的取样和分析，对热效率计算的准确性有较大影响；由于取样工作不严格，常使试验数据造成很大差错，每次试验采集的原始煤样数量为总煤量的0.5％～1％。
2）蒸汽量的测定：如生产的蒸汽为饱和蒸汽，则蒸汽的湿度也应测定，因为蒸汽的品质影响蒸汽的焓。一般通过测量蒸汽及锅水中氯根的含量计算出蒸汽的湿度，即
式中 W——蒸汽的湿度（％）；
Clq-——蒸汽冷凝水氯根含量（mg/kg）；
ClS-——锅水氯根的含量（mg/kg）。
3）温度的测定：一般要测定省煤器出水、进水温度，烟气温度，空气预热器进口、出口温度，蒸汽温度等。
4）烟气成分的分析：通过对烟气成分的分析，主要测定烟气中的RO2（即为CO2+SO2）、O2、CO的含量百分比，目的是了解锅炉的燃烧情况，以便找出实现锅炉经济运行的措施。
5）测定时间：每次试验的测定持续时间，应随锅炉炉型、测定要求、试验条件的不同而定。一般可控制在3～5h。(www.chuimin.cn)
6）风道和烟道风压的控制：测试期间，应正常控制锅炉各部分风道和烟道的风压，并准确记录，以之作为今后正常生产操作的依据。
7）仪表的应用：测试时，一般锅炉应具备下列测量仪表：煤的计量器具；蒸汽计量仪表；给水计量仪表；蒸汽出口温度和压力测量仪表；各点烟气温度，给水进口水温、省煤器出口水温的测量仪表；烟囱底部烟气风压、省煤器进口烟气风压、炉膛烟气风压的测量仪表。
8）读数的选定：当锅炉工况稳定时，各种仪表显示的读数应该是相当稳定的。在这种情况下，压力应每隔10～15min记录一次，其他项目可相隔15～30min记录一次。
3.锅炉热效率的计算
采用反平衡法测定和计算锅炉热效率时，必须对锅炉的热损失逐项进行测定和计算。
1）排烟热损失Q2：从锅炉后部烟囱排出的烟气温度一般在200～300℃，要带走一定的热量，造成排烟热损失Q2，以百分比表示为q2，即
q2的大小主要由排烟温度和排烟量决定，如烟温每降低12～15℃，则q2约减少1％。
计算q2一般采用下列公式：
式中 αpy——空气过剩系数；
tPy——排烟温度（℃）；
t1k——冷空气温度（℃）；
q4——机械不完全燃烧热损失（％）。
2）化学不完全燃烧热损失Q3：燃料在锅炉中燃烧时，由于空气不足，燃料与空气混合不好、炉型不合理，使燃料中部分的碳和可燃气体未能在炉膛内完全燃烧而随烟气排出，造成化学不完全燃烧热损失Q3，用百分比表示为q3，即
也可采用下列简化式计算：
q3＝3.2aCO
式中 α——空气过剩系数。
3）机械不安全燃烧热损失：固体燃料在锅炉中实际上并不能完全燃烧，这部分未燃烧掉的燃料中所含的热量未得到利用而被排出，它的热损失为Q4，以百分数表示为q4，即
在层燃炉中，它主要由以下三部分组成：灰渣中未燃烧煤，炉排的漏煤和烟气飞灰中所含的碳，因此又可用下式计算：
式中 B——燃料消耗量（kg/h）；
GLz、GLm、Gth——分别为每小时所收集到炉渣、漏煤、飞灰的重量（kg）；
CLz、CLm、Cfh——分别为对炉渣、漏煤、飞灰取样分析其中所含可燃物的重量百分数。
4）锅炉散热损失：运行中的锅炉，由于炉墙、锅筒、集箱等温度比周围空气温度
高，故存在散热损失Q5，以百分比表示为q5，即
实测工业锅炉散热损失有困难，通常按经验公式确定或从表2-13中选用q5值进行计算，再作修正即可。
表2-13 散热损失量选用
式中 F——锅炉的散热表面积（m2）；
B——燃料的耗用量（kg/h）。
5）灰渣物理热损失：锅炉中排出的灰渣温度很高，造成一定的热损失Q6，以百分比表示为q6，即
q6的大小与燃料中的灰分含量、灰渣占总灰量的比例及燃料发热量等有关，因此又可用下式计算：
式中 Ay——燃料应用基灰分含量（％）；
QLm——漏煤中纯灰占燃料灰分的百分比（％）；
QLz——炉渣中纯灰占燃料灰分百分比（％）；
L——灰渣的比热容和温度的乘积，可参考表2-14选用。
表2-14 L值参考表
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