陳燁強(qiáng)

（閩江師范高等專(zhuān)科學(xué)校，福建 福州 350108）

電站鍋爐作為電廠的三大主機(jī)設(shè)備之一，提高電站鍋爐能效運(yùn)行水平，對(duì)于我國(guó)實(shí)施碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略，節(jié)能減排事業(yè)有重大意義。通過(guò)鍋爐能效測(cè)試，一方面，企業(yè)可以充分了解鍋爐的用能情況、主要能耗環(huán)節(jié)及發(fā)掘節(jié)能潛力，通過(guò)節(jié)能減排低碳、零碳技術(shù)，進(jìn)行裝備工藝改造，達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。另一方面，政府部門(mén)掌握全社會(huì)用能情況，制定相關(guān)法規(guī)，限定指標(biāo)，督促企業(yè)持續(xù)優(yōu)化用能結(jié)構(gòu)，提升資源利用率，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)智能升級(jí)。國(guó)家通過(guò)在全國(guó)開(kāi)展鍋爐能效測(cè)試作為節(jié)能監(jiān)管手段，引導(dǎo)企業(yè)向高效、循環(huán)、低碳節(jié)能、綠色的方向發(fā)展。

現(xiàn)行的《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》GB10184-2015中，有折算效率和實(shí)測(cè)效率之分。區(qū)分清楚兩者的適用范圍，不僅有利于企業(yè)了解鍋爐運(yùn)行水平，更可作為政府節(jié)能行政主管部門(mén)加強(qiáng)節(jié)能監(jiān)察。本文以3 臺(tái)型號(hào)噸位均相同的燃固體生物質(zhì)電站鍋爐能效測(cè)試為例，分析不同設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行修正后，對(duì)鍋爐折算效率的影響。

1 鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)和熱效率測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析

福建圣新環(huán)保股份有限公司總裝機(jī)容量38MW，一期項(xiàng)目裝機(jī)容量30MW，二期新裝1 臺(tái)8MW 中溫次高壓抽氣發(fā)電機(jī)組，75t/h 生物質(zhì)次高壓中溫循環(huán)流化床鍋爐。受該公司委托，對(duì)其運(yùn)行的3 臺(tái)型號(hào)相同的75t/h 燃用固體生物質(zhì)（雞糞和稻殼）循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行能效測(cè)試，依據(jù)的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)是TSG G0002-2010《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》、GB10184-2015《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》和DL/T964-2005《循環(huán)流化床鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》，測(cè)試采用的方法是反平衡法。

3 臺(tái)鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)說(shuō)明如下，一期項(xiàng)目1#和2#電站鍋爐，制造單位均為唐山信德鍋爐集團(tuán)有限公司，其設(shè)計(jì)參數(shù)一樣，設(shè)計(jì)額定蒸發(fā)量75t/h,設(shè)計(jì)額定壓力5.3MPa,設(shè)計(jì)蒸汽溫度450℃，設(shè)計(jì)給水溫度153℃，設(shè)計(jì)空預(yù)器出口煙溫145℃，設(shè)計(jì)鍋爐效率87%。二期的3#電站鍋爐為無(wú)錫華光工業(yè)鍋爐有限公司制造生產(chǎn)，設(shè)計(jì)額定蒸發(fā)量75t/h,設(shè)計(jì)額定壓力5.3MPa,設(shè)計(jì)蒸汽溫度450℃，設(shè)計(jì)給水溫度152℃，設(shè)計(jì)空預(yù)器出口煙溫153℃，設(shè)計(jì)鍋爐效率86%。其設(shè)計(jì)空預(yù)器出口煙溫與1#和2#鍋爐相差8℃，設(shè)計(jì)給水溫度分別為153℃和152℃，基本一致。燃料收到各個(gè)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)燃料參數(shù)與實(shí)測(cè)化驗(yàn)參數(shù)對(duì)比

從3 臺(tái)鍋爐的設(shè)計(jì)燃料特性參數(shù)可以看出，1#和2#鍋爐的設(shè)計(jì)燃料和實(shí)測(cè)燃料對(duì)應(yīng)的各個(gè)元素分析數(shù)據(jù)比較接近，設(shè)計(jì)燃料中主要可燃元素C 比實(shí)測(cè)燃料高2%左右，但實(shí)測(cè)燃料中收到基中水分比設(shè)計(jì)燃料收到基中水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高11%。因此實(shí)測(cè)燃料收到基的低位發(fā)熱量與設(shè)計(jì)燃料收到基的低位發(fā)熱量相比偏低。3#鍋爐的設(shè)計(jì)燃料與實(shí)測(cè)燃料各個(gè)參數(shù)偏差比較大，其中實(shí)測(cè)燃料中主要可燃元素C 比設(shè)計(jì)燃料高5%，而且實(shí)測(cè)燃料中收到基中水分比設(shè)計(jì)值收到基中水分低17.6%，故設(shè)計(jì)燃料低位發(fā)熱量?jī)H為實(shí)測(cè)燃料低位發(fā)熱量的50%。燃料元素分析收到基C 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)決定收到基低位發(fā)熱量。3 臺(tái)鍋爐實(shí)測(cè)效率見(jiàn)表2。

表2 3 臺(tái)鍋爐實(shí)測(cè)效率對(duì)照表

從表2 可以看出，3 臺(tái)鍋爐蒸發(fā)量在83%～88%額定負(fù)荷之間，其中3#鍋爐實(shí)測(cè)效率最高，1#鍋爐次之，2#鍋爐效率最低。從各項(xiàng)熱損失上來(lái)看，3 臺(tái)鍋爐中排煙熱損失占比最高，固體未完全燃燒熱損失次之。測(cè)試得到各項(xiàng)損失符合電站鍋爐一般的熱損失分布規(guī)律。從運(yùn)行來(lái)講，3#鍋爐投產(chǎn)不到1 年，各受熱面換熱情況良好，該公司生產(chǎn)運(yùn)行管理水平比較高，過(guò)量空氣系數(shù)維持在1.40，符合TSG G0002-2010《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》第九條：流化床鍋爐和采用膜式壁的鍋爐排煙處過(guò)量空氣系數(shù)不大于1.4 的要求。同時(shí)，該鍋爐設(shè)計(jì)排煙溫度為153℃，而實(shí)測(cè)煙溫只有140.90℃，經(jīng)過(guò)計(jì)算3#鍋爐的排煙熱損失為6.35%，遠(yuǎn)小于1#鍋爐排煙熱損失9.24%和2#鍋爐排煙熱損失11.90%，故3#鍋爐實(shí)測(cè)的熱效率最高。對(duì)于1#和2#鍋爐，2 臺(tái)鍋爐設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行一致，2#鍋爐排煙溫度偏高，比1#鍋爐高17℃，所以排煙熱損失最高，實(shí)測(cè)效率最低。2#鍋爐不但排煙溫度偏高，而且其過(guò)量空氣系數(shù)是3 臺(tái)鍋爐中最高的。因?yàn)樵囼?yàn)規(guī)程要求機(jī)組試驗(yàn)前不吹灰，由此可判斷2#鍋爐的尾部受熱面污染比較嚴(yán)重，而且其運(yùn)行水平與1#鍋爐相比,穩(wěn)定性較差，排煙處過(guò)量空氣系數(shù)波動(dòng)較大。而2#鍋爐的固體未完全燃燒熱損失是最低的，查看運(yùn)行狀態(tài)和記錄，發(fā)現(xiàn)2#鍋爐的一次風(fēng)與引風(fēng)機(jī)處的壓力相比1#鍋爐都偏低，說(shuō)明燃料在爐膛內(nèi)停留的時(shí)間更長(zhǎng)，所以燃盡效果更好，固體未完全燃燒愈小。因?yàn)槲膊繜煹赖臒煔饬魉龠^(guò)低，所以煙氣中的顆粒物非常容易在省煤器和空預(yù)器等換熱面管處沉積，造成積灰影響受熱面換熱效果，造成排煙溫度較高。這也驗(yàn)證2#鍋爐的排煙溫度偏高現(xiàn)象。

2 折算鍋爐熱效率對(duì)比分析

根據(jù)GB/T10184-2015 電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程中第7.7換算到設(shè)計(jì)（保證）條件下的鍋爐效率的要求，試驗(yàn)期間，要求進(jìn)出系統(tǒng)邊界的空氣、給水、蒸汽、燃料和脫硫劑等特性參數(shù)都應(yīng)符合設(shè)計(jì)或保證值要求。如它們偏離設(shè)計(jì)或保證值時(shí)，根據(jù)事先達(dá)成的試驗(yàn)協(xié)議規(guī)定，可將試驗(yàn)結(jié)果換算成為設(shè)計(jì)或保證條件下的結(jié)果?？紤]到鍋爐正常運(yùn)行情況下對(duì)鍋爐效率的影響因素，鍋爐的進(jìn)風(fēng)溫度會(huì)影響熱效率計(jì)算中的輸入熱量和排煙溫度，給水溫度偏離設(shè)計(jì)值會(huì)導(dǎo)致排煙溫度的變化。故此次測(cè)試主要對(duì)進(jìn)風(fēng)溫度和給水溫度做了設(shè)計(jì)值的修正，修正方法參照GB/T10184-2015 電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程中的要求。

（1）進(jìn)風(fēng)溫度的改變影響輸入熱量和排煙溫度，對(duì)進(jìn)風(fēng)溫度偏離設(shè)計(jì)值的修正方法如式（1）。

式中，tfg.AH.lv.cr.a為換算到設(shè)計(jì)的（保證的）空氣預(yù)熱器進(jìn)口空氣溫度下的排煙溫度；ta.AH.end為設(shè)計(jì)的（保證的）空氣預(yù)熱器進(jìn)口空氣溫度；tfg.AH.en.m為實(shí)測(cè)空氣預(yù)熱器進(jìn)口煙氣溫度；tfg.AH.lv.m為實(shí)測(cè)空氣預(yù)熱器出口煙氣溫度；ta.AH.en.m為實(shí)測(cè)空氣預(yù)熱器進(jìn)口空氣溫度。

（2）給水溫度偏離設(shè)計(jì)值會(huì)導(dǎo)致排煙溫度的變化。按設(shè)計(jì)給水溫度修正后的排煙溫度修正方法如下：

式中，tfg.AH.lv.cr.fw為換算到設(shè)計(jì)的給水溫度下的排煙溫度；tfg.ECO.en為省煤器進(jìn)口煙氣溫度；tfg.ECO.lv為省煤器出口煙氣溫度；tfw.m為實(shí)測(cè)的給水溫度；tfw.d為設(shè)計(jì)的（保證的）給水溫度。

（3）將修正后的外來(lái)熱量和修正后的熱損失，代入鍋爐效率計(jì)算公式中，即可求得設(shè)計(jì)或保證條件下的鍋爐效率，即折算鍋爐效率。對(duì)該3 臺(tái)鍋爐的折算效率計(jì)算結(jié)果如表3 所示。

表3 3 臺(tái)鍋爐折算效率對(duì)照表

從表3 可以看出，3#鍋爐作為二期新投運(yùn)的鍋爐，其運(yùn)行參數(shù)如表2 所示，給水溫度151.26℃和入爐冷空氣溫度26.91℃與設(shè)計(jì)偏差不大。但是，因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)燃料化驗(yàn)數(shù)據(jù)值與實(shí)際燃料化驗(yàn)數(shù)據(jù)值偏差比較大，特別是設(shè)計(jì)燃料收到基水分占收到基質(zhì)量分?jǐn)?shù)的50%。導(dǎo)致理論干煙氣量和煙氣中水蒸氣的量增大，煙氣所含水蒸氣帶走了大量的熱量，修正的排煙熱損失由6.35%急劇增大至8.73%，導(dǎo)致折算后的鍋爐效率與實(shí)測(cè)鍋爐熱效率相比，少了3.1%。1#和2#鍋爐，因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)燃料收到基水分比實(shí)測(cè)收到基水分低，實(shí)測(cè)給水溫度高于設(shè)計(jì)給水溫度153℃，兩個(gè)因素疊加，所以1#和2#鍋爐理論修正的排煙熱損失大大減少，分別由9.24%降低至7.41%，11.90%降低至8.63%，修正后的鍋爐效率反而增加。1#和2#鍋爐的實(shí)測(cè)鍋爐熱效率經(jīng)過(guò)折算到設(shè)計(jì)參數(shù)下后，結(jié)果鍋爐的折算效率比實(shí)測(cè)效率高。

3#鍋爐因?yàn)樵O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)偏差太大，經(jīng)過(guò)折算到設(shè)計(jì)參數(shù)下后，鍋爐的折算效率比實(shí)測(cè)鍋爐效率低。甚至3#鍋爐投運(yùn)的新鍋爐，在相同運(yùn)行人員的運(yùn)行管理中，其折算后的熱效率卻低于已經(jīng)運(yùn)行了多年的1#和2#鍋爐。1#和2#鍋爐的折算效率比3#鍋爐的折算效率高，說(shuō)明鍋爐的折算效率無(wú)法真實(shí)反映鍋爐的實(shí)際運(yùn)行效果。

因此，在進(jìn)行鍋爐效率試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)盡量使試驗(yàn)工況接近鍋爐的設(shè)計(jì)工況，減少參數(shù)的修正量。當(dāng)用戶(hù)在考核鍋爐性能保證值時(shí)，應(yīng)要根據(jù)事先達(dá)成的協(xié)議規(guī)定等，將試驗(yàn)結(jié)果換算成為設(shè)計(jì)或保證條件下的結(jié)果。否則，當(dāng)試驗(yàn)工況偏離設(shè)計(jì)工況太大時(shí)，鍋爐實(shí)測(cè)效率與折算效率相差較大，無(wú)法對(duì)鍋爐的實(shí)際運(yùn)行性能作出準(zhǔn)確判斷。

3 結(jié)語(yǔ)

依照GB10184-2015《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》，對(duì)該3 臺(tái)同型號(hào)不同設(shè)計(jì)參數(shù)鍋爐的實(shí)測(cè)效率與折算效率對(duì)比進(jìn)行分析，可以得到以下結(jié)論。

（1）鍋爐燃用設(shè)計(jì)燃料與實(shí)測(cè)燃料在燃料化驗(yàn)成分相差較大情況下，折算效率不能反映鍋爐的實(shí)際運(yùn)行狀況，鍋爐的運(yùn)行狀況應(yīng)以實(shí)測(cè)效率為準(zhǔn)。（2）鍋爐的折算效率不同于鍋爐的實(shí)測(cè)效率，其受設(shè)計(jì)燃料、設(shè)計(jì)給水溫度等設(shè)計(jì)參數(shù)影響比較大。（3）設(shè)計(jì)條件與實(shí)際運(yùn)行工況條件相近條件下，鍋爐折算效率可以有效地考核鍋爐運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)的偏離程度，準(zhǔn)確指導(dǎo)鍋爐的生產(chǎn)運(yùn)行。（4）對(duì)于不同設(shè)計(jì)參數(shù)的鍋爐，缺乏橫向?qū)Ρ鹊闹笇?dǎo)意義。鍋爐能效監(jiān)管單位監(jiān)管依據(jù)，鍋爐折算效率不能體現(xiàn)鍋爐的實(shí)際運(yùn)行效率。通過(guò)分析，可以看到鍋爐折算效率受鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)影響大，偏離實(shí)際效率大。造成鍋爐的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)偏差較大，鍋爐的設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)無(wú)法有效指導(dǎo)鍋爐的實(shí)際運(yùn)行。所以，今后在鍋爐的設(shè)計(jì)中，對(duì)于鍋爐的設(shè)計(jì)燃料特性除收到基低位發(fā)熱量、飛灰熔融特性、可磨性等指標(biāo)外，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)鍋爐的熱力計(jì)算的重視。發(fā)電機(jī)組鍋爐運(yùn)行工況盡可能在設(shè)計(jì)條件下運(yùn)行，達(dá)到效率的最優(yōu)狀態(tài)。