齊國利，管 堅，冷 浩

(1.中國特種設(shè)備檢測研究院，北京 100013;2.國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，北京 100088)

我國的能源供需正面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，人均資源相對不足，人均能耗低而單位產(chǎn)值能耗高，大量煤炭燃燒導(dǎo)致嚴(yán)重的大氣污染［1－2］?！吨腥A人民共和國節(jié)約能源法》實施以來，大批專家學(xué)者為工業(yè)鍋爐技術(shù)進步作了大量的研究［3－5］，然而從工業(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)管方面進行的研究不多［6－7］，特別是如何開展鍋爐定型產(chǎn)品熱效率測試所作的探討不多。不同的性能試驗標(biāo)準(zhǔn)對鍋爐的熱效率有不同的定義，即使同樣是 ASME標(biāo)準(zhǔn)，不同的版本，如 ASME PTC4.1－1964和ASME PTC4－1998所定義的熱效率也不完全相同，同一版本的不同子標(biāo)準(zhǔn)ASME PTC4.1－1981和ASME PTC4.4－1981所采用的定義也有區(qū)別［8－12］。不同熱效率定義方法習(xí)慣不同，主要針對不同的用途。目前，常用的鍋爐性能試驗規(guī)程，都是推薦標(biāo)準(zhǔn)，由制造方和使用單位協(xié)商性能試驗采用的標(biāo)準(zhǔn)，然而，對于鍋爐定型產(chǎn)品熱效率測試則應(yīng)對測試方法、測試條件、測試要求規(guī)定的更加明確。

1 鍋爐熱效率測試方法

正平衡效率國外稱為輸入－輸出效率，即直接測量鍋爐輸入和輸出熱量求得熱效率;反平衡效率國外稱為熱損失效率，即由確定各項熱量損失求得熱效率。兩種測試效率雖然表示同樣的事物，但數(shù)學(xué)表達(dá)式不同，測量方法也不相同，測量精度也有較大的差異［13］。

1.1 正反平衡測定方法的優(yōu)缺點比較

正平衡熱效率測試方法的主要優(yōu)點是能夠直接測量輸入、輸出熱量，需要測量的量較少;該方法的主要缺點是不能分析鍋爐熱效率低的原因。反平衡熱效率測試方法的主要優(yōu)點是能夠找出鍋爐熱效率的影響要素，主要缺點是需要測量的量比較多。

1.2 正反平衡測定的鍋爐熱效率精度差異

如果全部損失與外來熱量是總輸入熱量的10%，則其1%的測量誤差將僅對熱效率值造成0.1%的誤差，而測量燃料流量、蒸汽流量時1%的誤差就會對效率造成1%的誤差。正是由于避免了精度很低、對試驗結(jié)果影響很大的給煤量和蒸汽流量的直接測量，而只測量占總能量份額很小、測量精度對試驗整體精度的影響較小的各項損失值，反平衡法比正平衡法精確，故性能驗收試驗必須以反平衡法為主。ASME通過大量的試驗分析得到的兩種方法測得的鍋爐熱效率精度的差別見表1［10，14］。

表1 兩種方法測得的鍋爐熱效率精度的差別

《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗規(guī)程》(GB/T 10180－2003)(以下簡稱國標(biāo)10180)規(guī)定“測定鍋爐效率應(yīng)同時采用正平衡法和反平衡法，用正平衡法測定有困難時，可采用反平衡法測定鍋爐效率”;《工業(yè)鍋爐能效測試與評價規(guī)則》(TSG G0003－2010)(以下簡稱工業(yè)鍋爐測試規(guī)則)對測試方法進行了明確，但傾向于正平衡和反平衡法同時采用［15］。本文建議，從測試準(zhǔn)確度的角度考慮，鍋爐定型產(chǎn)品能效測試應(yīng)盡量采用反平衡法。

2 鍋爐系統(tǒng)邊界的界定

不同布置的鍋爐都應(yīng)有邊界圖，邊界圖中顯示鍋爐邊界包括了鍋爐系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備。《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》(GB/T 10184－88)與ASME PTC4－2008都有明確的鍋爐系統(tǒng)邊界圖，兩者的主要區(qū)別是入口空氣溫度的界定，ASME標(biāo)準(zhǔn)中入口空氣溫度是空氣預(yù)熱器入口，而不是風(fēng)機入口。GB/T 10180－2003《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗規(guī)程》和TSG G0003－2010《工業(yè)鍋爐能效測試與評價規(guī)則》都沒有鍋爐系統(tǒng)邊界圖，未明確入口空氣溫度的測量點。目前通常的作法與GB/T 10184－88《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》一樣，其入口測點是風(fēng)機入口，風(fēng)機的溫升被作為空氣預(yù)熱器的傳熱結(jié)果。然而，風(fēng)機的溫升與空氣預(yù)熱器的傳熱效率沒有任何關(guān)系，建議在鍋爐系統(tǒng)邊界界定時將其排除，以免對排煙溫度產(chǎn)生影響。

3 測量儀表與測量方法

測量儀表和項目的測量方法對鍋爐能效測試的準(zhǔn)確性影響較大，隨著技術(shù)的進步，傳統(tǒng)測量儀表的準(zhǔn)確程度已經(jīng)不能滿足定型產(chǎn)品能效測試的要求，本文僅就GB/T 10180－2003《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗規(guī)程》需要完善的地方進行分析。

3.1 排煙溫度取樣點

GB/T 10180－2003《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗規(guī)程》頒布時國內(nèi)的工業(yè)鍋爐多數(shù)都小于35 t/h，因此其建議大于或等于20 t/h布置2～3個點，然而從2008年后，大容量的熱水鍋爐已經(jīng)成為供熱鍋爐的主流。因此，本文建議容量大于80 t/h(或58 MW)的鍋爐應(yīng)采用網(wǎng)格法或多代表點法。取樣點滿足1 m2一個測點，并且最少4個點。

3.2 煙氣分析

GB/T 10180－2003《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗規(guī)程》規(guī)定每隔10～15 min記錄一次。由于燃料變化、控制系統(tǒng)調(diào)整及其他因素會造成煙氣成分的變化，因此本文建議:能效測試過程中連續(xù)監(jiān)測煙氣成分。

(1)氧氣測量

GB/T 10180－2003《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗規(guī)程》規(guī)定氧氣的測量可用奧式氣體分析儀。由于手工方法對化驗員的要求較高，因此本方法不再允許用手工儀器進行測量(包括奧式氣體分析儀)。測試儀器:順磁氧量計、電化學(xué)氧電池、燃料電池盒氧化鋯氧量計。

(2)一氧化碳測量

GB/T 10180－2003《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗規(guī)程》規(guī)定:一氧化碳采用氣體檢測管或煙道儀。隨著技術(shù)的進步，特別是不同能效測試標(biāo)準(zhǔn)之間的銜接性，本文建議采用非色散紅外線法，并規(guī)定煙氣樣品必須經(jīng)過干燥。

(3)二氧化硫測量

二氧化硫化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，取樣系統(tǒng)只能采用玻璃、不銹鋼或者聚四氟乙烯。本方法在考慮國內(nèi)、國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)銜接的基礎(chǔ)上，建議:二氧化硫分析采用非分散紅外分析儀、脈沖熒光法或紫外線法。

(4)氮氧化物測量

GB/T 10180－2003《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗規(guī)程》未對氮氧化物測量做出相應(yīng)規(guī)定。GB/T 10184－88《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》規(guī)定:化學(xué)發(fā)光分析儀、氮氧化物分析儀、電化膜擴散、非擴散紫外線吸收方法?；瘜W(xué)發(fā)光分析儀的檢測原理為:首先在熱交換器中將二氧化氮轉(zhuǎn)化為一氧化氮，然后在反映容器將一氧化氮與臭氧摻混并生成二氧化氮，該反應(yīng)過程會發(fā)光，檢測發(fā)光程度來確定二氧化氮的濃度。因此本文建議優(yōu)先選用化學(xué)發(fā)光分析儀，非擴散紫外線吸收作為備選。

(5)碳?xì)浠衔锟偭亢蜌錃鉁y量

GB/T 10180－2003《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗規(guī)程》未對碳?xì)浠衔锟偭亢蜌錃鉁y量做出規(guī)定。本文從測量準(zhǔn)確度考慮，建議:碳?xì)浠衔锟偭坎捎梅欠稚⒓t外分析儀或氣相色譜儀，優(yōu)先選用色譜儀;氫氣采用色譜儀。

4 熱效率測試的修正

GB/T 10180－2003《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗規(guī)程》規(guī)定:蒸汽鍋爐的實際給水溫度與設(shè)計值之差宜控制在+30℃至－20℃之間。否則，將進行折算。而ASME標(biāo)準(zhǔn)不建議直接對給水溫度進行修正，而是對空預(yù)器進口煙溫進行修正。例如，某鍋爐給水溫度降低，那么排煙溫度則相應(yīng)降低，但采用對給水溫度修正后，排煙溫度反而升高了［10，14］。因此，本文建議帶有空氣預(yù)熱器的蒸汽鍋爐不對給水溫度進行修正，而是對空預(yù)器進口煙溫進行修正。

5 結(jié)論

工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品能效測試是考核鍋爐制造企業(yè)所生產(chǎn)產(chǎn)品的能效指標(biāo)是否符合國家相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的限定值，因此測試方法的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，本文通過比較國內(nèi)相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合理論分析，得出如下結(jié)論:

(1)能夠用反平衡測試的工業(yè)鍋爐，定型產(chǎn)品熱效率測試宜采用反平衡法;

(2)工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品熱效率測試應(yīng)規(guī)定系統(tǒng)的邊界，入口空氣溫度宜選用空氣預(yù)熱器入口，而不是風(fēng)機入口;

(3)工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品能效測試過程中宜連續(xù)監(jiān)測煙氣成分，并根據(jù)煙氣成分選用不同的測量儀表;

(4)帶有空氣預(yù)熱器的蒸汽鍋爐不宜對給水溫度進行修正，而是對空預(yù)器進口煙溫進行修正。

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［8］ASME PTC4.1－1964，F(xiàn)ired Steam Generators Performance Test Code［S］.New York:The American Society of Mechanical Engineers，1964.

［9］ASME PTC4－1988，F(xiàn)ired Steam Generators Performance Test Code［S］.New York:The American Society of Mechanical Engineers，1988.

［10］ASME PTC4.4－2008，F(xiàn)ired Steam Generators Performance Test Code［S］.New York:The American Society of Mechanical Engineers，2008.

［11］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，電站鍋爐性能試驗規(guī)程:GB/T 10184－88［S］.北京:機械工業(yè)出版社，1989.

［12］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，工業(yè)鍋爐熱工性能試驗規(guī)程:GB/T 10180－2003［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1989.

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［14］趙振宇，張清峰，趙振宙.電站鍋爐性能試驗原理方法及計算［M］.北京:中國電力出版社，2010.

［15］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.工業(yè)鍋爐能效測試與評價規(guī)則:TSG G0003－2010［S］.北京:新華出版社，2010.