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        氣田鍋爐節(jié)能監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)研究

        2018-04-09 03:05:18劉洪霞
        關(guān)鍵詞:額定功率燃?xì)忮仩t工業(yè)鍋爐

        劉洪霞

        中國(guó)石化中原油田分公司技術(shù)監(jiān)測(cè)中心 (河南 濮陽(yáng) 457001)

        鍋爐是氣田生產(chǎn)系統(tǒng)的主要用能設(shè)備,通過節(jié)能監(jiān)測(cè)對(duì)其能耗狀況進(jìn)行分析評(píng)價(jià),采取節(jié)能技術(shù)措施,有利于提高節(jié)能管理水平,促進(jìn)節(jié)能技術(shù)進(jìn)步。2010年以前工業(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)依據(jù)GB/T 15317—1994《工業(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)測(cè)方法》,但此標(biāo)準(zhǔn)在2009年修訂后為GB/T 15317—2009《燃煤工業(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)測(cè)》,僅適用于燃煤工業(yè)鍋爐,未對(duì)燃?xì)忮仩t規(guī)定評(píng)價(jià)方法。由于缺乏相關(guān)的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),制約了氣田生產(chǎn)企業(yè)在用鍋爐節(jié)能監(jiān)測(cè)工作的開展。

        1 氣田鍋爐節(jié)能監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)方法研究

        1.1 確定評(píng)價(jià)項(xiàng)目

        GB/T 15317—2009《燃煤工業(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)測(cè)》規(guī)定燃?xì)忮仩t評(píng)價(jià)項(xiàng)目為熱效率、排煙溫度、空氣系數(shù)、爐外表面溫度[1];GB/T 17954—2007《工業(yè)鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》規(guī)定燃?xì)忮仩t評(píng)價(jià)項(xiàng)目為熱效率、排煙溫度、空氣系數(shù)[2]。確定氣田用鍋爐評(píng)價(jià)項(xiàng)目為熱效率、排煙溫度、空氣系數(shù)、爐體表面溫度。

        1.2 鍋爐效率的理論分析

        按照GB/T 10180—2003規(guī)定的測(cè)試方法進(jìn)行,測(cè)出鍋爐的各項(xiàng)熱損失[3],即可按照反平衡方法計(jì)算出鍋爐效率:

        式中:q1為鍋爐熱效率,%;q2為排煙熱損失,%;q3為氣體不完全燃燒熱損失,%;q4為未完全燃燒熱損失,%;q5為散熱損失,%;q6為灰渣物理熱損失,%。由于分析的是氣田鍋爐,燃料為天然氣,因此,q4可忽略,近似為 0;q6為 0。

        1)排煙熱損失 q2:

        式中:Kq4為修正系數(shù),%;Qr為輸入熱量,kJ/m3;Hpy為排煙處煙氣焓,kJ/m3;Hlk為入爐冷空氣焓,kJ/m3。

        2)氣體不完全燃燒熱損失q3:

        式中:Vgy為排煙處煙氣體積,m3/kg;CO′、H2′、CmHn′為排煙處CO、H2、CmHn的百分?jǐn)?shù),%。

        3)散熱損失 q5:

        式中:F為鍋爐散熱表面積,m2;B為燃料消耗量,m3/h。

        1.3 確定評(píng)價(jià)分類因子

        依據(jù)以上的理論分析,可以確定影響鍋爐的因素有:空氣系數(shù)、一氧化碳含量、排煙溫度、環(huán)境溫度、爐側(cè)表面溫度、爐頂表面溫度。對(duì)于一氧化碳含量,由于其單位是ppm,其值非常小,對(duì)效率影響不大;但由于其值的變化范圍較大,導(dǎo)致后續(xù)分析的不準(zhǔn)確,因此舍去一氧化碳含量這一因素。

        根據(jù)測(cè)試實(shí)踐,影響天然氣鍋爐運(yùn)行指標(biāo)的客觀因素主要有鍋爐額定蒸發(fā)量、負(fù)荷率等。

        1.3.1不同額定功率條件下鍋爐的熱效率

        2012—2013年收集了氣田生產(chǎn)系統(tǒng)50臺(tái)次的鍋爐節(jié)能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),在鍋爐運(yùn)行負(fù)荷相近的情況下,對(duì)不同額定功率鍋爐的熱效率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表1。

        表1 不同額定功率下熱效率統(tǒng)計(jì)表

        1.3.2負(fù)荷率對(duì)鍋爐熱效率的影響

        在相同額定功率情況下,對(duì)不同負(fù)荷率鍋爐的熱效率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表2。

        表2 相同額定功率、不同負(fù)荷率下熱效率統(tǒng)計(jì)表

        鍋爐熱效率與額定功率、負(fù)荷率顯性相關(guān)。熱效率隨額定功率與負(fù)荷率的增大而增大。

        對(duì)所有氣田測(cè)試的28臺(tái)鍋爐數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析。通過分析發(fā)現(xiàn)將其聚成2類,能夠很好地反映出數(shù)據(jù)的異常。具體的分類結(jié)果見表3。

        表3 聚類分析結(jié)果表

        由表3可以看出,此次分類是以鍋爐的額定功率為基準(zhǔn)劃分的。第一類只有3臺(tái),比較少,因此決定分析第二類數(shù)據(jù),之后再對(duì)第一類數(shù)據(jù)進(jìn)行延伸。對(duì)第二類鍋爐的各項(xiàng)因素進(jìn)行灰關(guān)聯(lián)分析,結(jié)果見表4。

        1)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果:鍋爐熱效率與額定功率、負(fù)荷率顯性相關(guān)。

        2)聚類分析鍋爐效率的結(jié)果:分類可以額定功率為基準(zhǔn)進(jìn)行劃分。

        3)灰關(guān)聯(lián)的結(jié)果:鍋爐熱效率影響因子共6項(xiàng),排煙溫度、負(fù)荷率、爐頂表面溫度、爐側(cè)表面溫度、空氣系數(shù)和額定功率。

        綜合以上結(jié)果,考慮排煙溫度、爐頂表面溫度、爐側(cè)表面溫度、空氣系數(shù)在熱效率計(jì)算中已包含,因此確定分類因子為額定功率和負(fù)荷率。

        表4 各影響因素與鍋爐效率的灰色關(guān)聯(lián)度排序 ρ=0.05

        2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

        2.1 熱效率

        鍋爐熱效率評(píng)價(jià)指標(biāo)根據(jù)統(tǒng)計(jì)測(cè)試的鍋爐熱效率[4-5]計(jì)算結(jié)果,得出燃?xì)忮仩t熱效率評(píng)價(jià)指標(biāo)。

        1)共統(tǒng)計(jì)分析10臺(tái)負(fù)荷率在20%~40%、額定功率2.8 MW的鍋爐。熱效率統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表5。

        表5 額定蒸發(fā)量2.8 MW的鍋爐熱效率統(tǒng)計(jì)表

        若按70%合格為限定值,30%合格為節(jié)能評(píng)價(jià)值,限定值為78.3%,節(jié)能評(píng)價(jià)值為80.4%,評(píng)價(jià)值取整數(shù),確定額定蒸發(fā)量2.8 MW的燃?xì)忮仩t在負(fù)荷率為20%~40%時(shí)的熱效率合格指標(biāo)為78%。

        2)統(tǒng)計(jì)10臺(tái)額定蒸發(fā)量為7 MW的燃?xì)忮仩t,平均負(fù)荷率為64.1%。額定蒸發(fā)量7 MW的鍋爐熱效率測(cè)試結(jié)果匯總見表6。

        若按70%合格為限定值,30%合格為節(jié)能評(píng)價(jià)值,限定值為87.9%,節(jié)能評(píng)價(jià)值為89.6%,評(píng)價(jià)指標(biāo)取整數(shù),確定額定蒸發(fā)量7 MW的燃?xì)忮仩t在負(fù)荷率為≥60%時(shí)的熱效率限定值為88%,節(jié)能評(píng)價(jià)值為90%。

        表6 額定蒸發(fā)量7.0 MW的鍋爐熱效率匯總表

        其他額定功率范圍的鍋爐有負(fù)荷率的數(shù)據(jù)較少,統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不具代表性,其評(píng)價(jià)指標(biāo)參照GB/T 15317—2009《燃煤工業(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)測(cè)》的5.1熱效率合格指標(biāo)的階梯性來確定[1]。最終確定的熱效率評(píng)價(jià)指標(biāo)見表7。

        2.2 排煙溫度

        根據(jù)統(tǒng)計(jì)的鍋爐排煙溫度測(cè)試結(jié)果[6],得出燃?xì)忮仩t排煙溫度評(píng)價(jià)指標(biāo)。

        1)共統(tǒng)計(jì)分析18臺(tái)額定功率2.8 MW燃?xì)忮仩t,排煙溫度測(cè)試結(jié)果匯總見表8。按照70%設(shè)備合格率的原則,確定額定功率2.8 MW的燃?xì)忮仩t排煙溫度合格指標(biāo)為200℃。

        2)共統(tǒng)計(jì)分析10臺(tái)額定功率4.2 MW燃?xì)忮仩t,排煙溫度測(cè)試結(jié)果匯總見表9。按照70%設(shè)備合格率的原則,取整后確定額定功率4.2 MW的燃?xì)忮仩t排煙溫度合格指標(biāo)為180℃。

        表7 熱效率合格指標(biāo)

        表8 額定蒸發(fā)量2.8 MW的鍋爐排煙溫度指標(biāo)匯總表

        3)共統(tǒng)計(jì)分析18臺(tái)額定功率7.0 MW燃?xì)忮仩t,排煙溫度測(cè)試結(jié)果匯總見表10。按照70%設(shè)備合格率的原則,取整數(shù)后確定額定功率7.0 MW的燃?xì)忮仩t排煙溫度合格指標(biāo)為130℃。

        與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限定值對(duì)比:GB/T 17954—2007《工業(yè)鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》的6.2規(guī)定排煙溫度合格指標(biāo)<160℃。按設(shè)備70%合格率,以上結(jié)論中額定功率7.0 MW符合國(guó)標(biāo)規(guī)定的合格指標(biāo),其他不符合國(guó)標(biāo)規(guī)定的合格指標(biāo),遵守行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求不能低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的原則,確定燃?xì)忮仩t排煙溫度合格指標(biāo)≤160℃。

        表9 額定蒸發(fā)量4.2 MW的鍋爐排煙溫度指標(biāo)匯總表

        表10 額定蒸發(fā)量7.0 MW的鍋爐排煙溫度指標(biāo)匯總表

        2.3 空氣系數(shù)

        鍋爐空氣系數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)根據(jù)統(tǒng)計(jì)測(cè)試的鍋爐空氣系數(shù)計(jì)算結(jié)果,得出燃?xì)忮仩t空氣系數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

        1)額定功率2.8 MW的鍋爐空氣系數(shù)測(cè)試結(jié)果匯總見表11。

        表11 額定蒸發(fā)量2.8 MW的鍋爐空氣系數(shù)匯總表

        共統(tǒng)計(jì)分析18臺(tái)額定功率2.8 MW燃?xì)忮仩t。按照70%設(shè)備合格率的原則,取整后確定額定功率2.8 MW的燃?xì)忮仩t空氣系數(shù)合格指標(biāo)為2.2。

        2)額定功率4.2 MW的鍋爐空氣系數(shù)測(cè)試結(jié)果匯總見表12。

        共統(tǒng)計(jì)分析10臺(tái)額定功率4.2 MW燃?xì)忮仩t。按照70%設(shè)備合格率的原則,取整確定額定功率4.2 MW的燃?xì)忮仩t空氣系數(shù)合格指標(biāo)為2.0。

        3)額定功率7.0 MW的鍋爐空氣系數(shù)測(cè)試結(jié)果匯總見表13。

        共統(tǒng)計(jì)分析18臺(tái)額定功率7.0 MW燃?xì)忮仩t。按照70%設(shè)備合格率的原則,取整后確定額定功率7.0 MW的燃?xì)忮仩t空氣系數(shù)合格指標(biāo)為1.9。

        GB/T 17954—2007《工業(yè)鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》6.4中規(guī)定燃?xì)忮仩t空氣系數(shù)合格指標(biāo)為<1.2,GB/T 31453—2015《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》4.6.2中規(guī)定額定功率≥1.4 MW,燃?xì)忮仩t空氣系數(shù)合格指標(biāo)為≤1.6。按設(shè)備70%合格率,以上結(jié)論中空氣系數(shù)指標(biāo)均低于國(guó)標(biāo)規(guī)定的合格指標(biāo),遵守行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不能低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的原則,但考慮氣田鍋爐的運(yùn)行負(fù)荷普遍較低的現(xiàn)狀,低于GB/T 17954—2007《工業(yè)鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》規(guī)定的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài),因此氣田鍋爐空氣系數(shù)指標(biāo)參照GB/T 31453—2015《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》4.6.2中規(guī)定執(zhí)行,確定空氣系數(shù)合格指標(biāo)≤1.6。

        表12 額定蒸發(fā)量4.2 MW的鍋爐空氣系數(shù)匯總表

        表13 額定蒸發(fā)量7.0 MW的鍋爐空氣系數(shù)匯總表

        2.4 爐體表面溫度

        燃?xì)忮仩t與燃煤在保溫結(jié)構(gòu)方面并無差異,因此采用GB/T 15317—2009《燃煤工業(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)測(cè)方法》的規(guī)定,確定爐體外表面溫度合格指標(biāo),見表14。

        表14 爐體外表面溫度合格指標(biāo)

        綜合以上各項(xiàng),最終確定的評(píng)價(jià)指標(biāo)見表15。

        3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

        氣田鍋爐節(jié)能監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)研究制定后,2014年以來先后在中石化氣田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用12臺(tái)次,熱效率達(dá)到節(jié)能評(píng)價(jià)值的5臺(tái),占評(píng)價(jià)總數(shù)的41.6%;達(dá)到限定值的10臺(tái),占評(píng)價(jià)總數(shù)的83.3%。對(duì)不合格的2臺(tái)鍋爐提出了改進(jìn)配風(fēng)、修復(fù)保溫層等建議,實(shí)施后熱效率均達(dá)到了限定值。

        4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

        1)研究確定的氣田鍋爐節(jié)能評(píng)價(jià)方法和節(jié)能評(píng)價(jià)指標(biāo)能夠滿足不同類型不同開發(fā)階段氣田節(jié)能測(cè)試評(píng)價(jià)需要。

        表15 鍋爐評(píng)價(jià)指標(biāo)

        2)氣田鍋爐節(jié)能監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和應(yīng)用,能夠?yàn)闅馓镥仩t節(jié)能評(píng)價(jià)及節(jié)能降耗提供技術(shù)依據(jù)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]全國(guó)能源基礎(chǔ)與管理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)能源管理分委員會(huì).燃煤工業(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)測(cè):GB/T 15317—2009[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2010.

        [2]全國(guó)能源基礎(chǔ)與管理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).工業(yè)鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行:GB/T 17954—2007[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

        [3]全國(guó)鍋爐標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì).工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程:GB/T 10180—2003[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2004.

        [4]王建國(guó).燃?xì)忮仩t熱效率分析[J].區(qū)域供熱,2005(5):26-28,38.

        [5]張文勝,蒙劍瓊,張樹林,等.中小型燃?xì)忮仩t熱效率估算[J].節(jié)能技術(shù),2005,23(1):91-93.

        [6]王金枝,肖明,姜春敏.排煙溫度對(duì)鍋爐效率的影響[J].山東電力技術(shù),2008(2):35-37.

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