袁棨正 笪耀東 王 龍 常勇強(qiáng),2

(1.國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)管重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(特種設(shè)備安全與節(jié)能)，中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院 北京 100029）

（2.北京科技大學(xué) 能源與環(huán)境工程學(xué)院 北京 100083)

1 前言

鍋爐等高耗能特種設(shè)備的節(jié)能工作已成為中國(guó)節(jié)能減排國(guó)家戰(zhàn)略的主要內(nèi)容之一。由于中小型鍋爐數(shù)量多、運(yùn)行效率低、能源浪費(fèi)嚴(yán)重、節(jié)能潛力大，引起了各級(jí)政府和社會(huì)各界的高度重視。為積極響應(yīng)國(guó)家關(guān)于節(jié)能減排的總號(hào)召，全面貫徹落實(shí)《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》精神，切實(shí)做好工業(yè)鍋爐節(jié)能減排工作，從根本上開(kāi)展對(duì)工業(yè)鍋爐的節(jié)能降耗、提高能效、減少污染的實(shí)質(zhì)性工作，原國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)高耗能特種設(shè)備節(jié)能監(jiān)管工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》（國(guó)質(zhì)檢特函〔2008〕264 號(hào)），要求對(duì)在用鍋爐實(shí)際運(yùn)行能效狀況進(jìn)行測(cè)試[1]。

工業(yè)鍋爐能效測(cè)試一般采用熱工性能試驗(yàn)的方法，按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，在規(guī)定的條件下，對(duì)鍋爐介質(zhì)流量、溫度、進(jìn)出口壓力、排煙溫度、煙氣成分等運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行測(cè)試；對(duì)燃料、爐渣、漏煤、煙道灰、飛灰、爐水和蒸汽等進(jìn)行取樣、稱(chēng)重和化驗(yàn)分析，計(jì)算出鍋爐的各項(xiàng)熱損失，進(jìn)一步計(jì)算出鍋爐的熱效率。文中對(duì)工業(yè)鍋爐能效測(cè)試過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行了梳理和總結(jié)，旨在規(guī)范鍋爐能效測(cè)試工作，提高鍋爐能效測(cè)試的質(zhì)量和水平。

2 儀器儀表選用和填寫(xiě)方法常見(jiàn)問(wèn)題分析

鍋爐能效測(cè)試使用的儀器儀表應(yīng)當(dāng)根據(jù)GB/T 10180—2017《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程》和NB/T 47066—2018《冷凝鍋爐熱工性能試驗(yàn)方法》等標(biāo)準(zhǔn)中的要求對(duì)其精度、測(cè)量范圍進(jìn)行配置，確保使用的儀器儀表質(zhì)量合格、未出現(xiàn)損壞且在有效的計(jì)量檢定或校準(zhǔn)周期內(nèi)[2]。測(cè)試人員在填寫(xiě)儀器儀表量程和精度的時(shí)候由于對(duì)儀器儀表的理解不清楚，經(jīng)常填錯(cuò)。下面就儀表量程和精度的選用和填寫(xiě)方法進(jìn)行介紹：

2.1 測(cè)量量程

測(cè)量量程是儀表對(duì)被測(cè)量能在規(guī)定的精確度要求下進(jìn)行測(cè)量的上、下限值所限定的一個(gè)量的區(qū)域。例如某一溫度表在保證同樣的精確度下能測(cè)量的溫度下限值為-20 ℃、上限值為100 ℃，則該儀表的測(cè)量范圍為-20～100 ℃。因此，儀器儀表的量程應(yīng)填寫(xiě)儀器儀表檢定或校準(zhǔn)證書(shū)給定范圍。

2.2 精確度

儀表的示值與被測(cè)量（約定）真值的一致程度稱(chēng)精確度。引用誤差是滿(mǎn)量程內(nèi)的最大絕對(duì)誤差與儀表的滿(mǎn)量程值之比[見(jiàn)式（1）]，是一個(gè)用于描述儀器精度和可靠性的重要參數(shù)。引用誤差越小，儀表的精確度越高，對(duì)于同一精確度的儀表，量程范圍小的儀表的測(cè)量誤差更小。例如2 個(gè)相同精確度的溫度表，在測(cè)量50 ℃溫度的時(shí)候，使用量程范圍為-20～100 ℃的溫度表的測(cè)量誤差比使用量程范圍為-20～500 ℃的溫度表的測(cè)量誤差要小。

引用誤差=絕對(duì)誤差的最大值/儀表量程(1)

在工業(yè)測(cè)量中，通常用精確度等級(jí)來(lái)表示儀表的準(zhǔn)確程度。精確度等級(jí)是符合一定的計(jì)量要求，使誤差保持在規(guī)定極限以?xún)?nèi)的儀表的等別、級(jí)別。精確度等級(jí)習(xí)慣上稱(chēng)為精度等級(jí)。式（1）取絕對(duì)值乘以100就是儀表的精度等級(jí)。根據(jù)GB/T 13283—2008《工業(yè)過(guò)程測(cè)量和控制用檢測(cè)儀表和顯示儀表精確度等級(jí)》，推薦的工業(yè)儀表精度等級(jí)有0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0、5.0 等。級(jí)數(shù)越小，精確度就越高。對(duì)于多測(cè)量范圍的儀表，各測(cè)量范圍可以同屬某一精確度等級(jí)，也可以分屬不同精確度等級(jí)；單測(cè)量范圍的儀表可分成不同精確度等級(jí)的2 個(gè)或多個(gè)分范圍[3]。

2.3 儀器儀表量程和精度的確定

能效測(cè)試常用儀器儀表有溫度測(cè)量?jī)x、煙氣分析儀、流量計(jì)、壓力表、數(shù)字指示秤等。其中流量計(jì)、壓力表和數(shù)字指示秤常見(jiàn)的計(jì)量證書(shū)為檢定證書(shū)，溫度測(cè)量?jī)x、煙氣分析儀和電導(dǎo)率儀等常見(jiàn)的計(jì)量證書(shū)為校準(zhǔn)證書(shū)。在收到儀器儀表的計(jì)量檢定證書(shū)后，首先要根據(jù)計(jì)量檢定證書(shū)和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)儀器儀表的要求，對(duì)儀器儀表進(jìn)行驗(yàn)收，確認(rèn)其能否滿(mǎn)足測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。檢定證書(shū)給定了測(cè)量?jī)x器的精度等級(jí)和對(duì)應(yīng)的測(cè)量范圍，按照檢定證書(shū)填寫(xiě)即可。校準(zhǔn)證書(shū)不判定是否合格，只出具示值誤差。校準(zhǔn)證書(shū)在反映整體的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的同時(shí)，會(huì)提供校準(zhǔn)時(shí)的測(cè)量不確定度。測(cè)量不確定度不等同于儀器校準(zhǔn)的準(zhǔn)確度偏差。根據(jù)JJF 1094—2002《測(cè)量?jī)x器特性評(píng)定》[4]中的5.3.1.4 條中的式(14)及下方的文字說(shuō)明，在保證U/MPEV ≤1/3 的情況下，直接用示值誤差測(cè)得值Δ 的絕對(duì)值（即計(jì)量特性校準(zhǔn)值）與最大允差絕對(duì)值（即被校儀器的計(jì)量要求）相比較，以判定被校儀器是否合格。在判定合格的情況下，可以依據(jù)校準(zhǔn)證書(shū)中的示值誤差和測(cè)量范圍來(lái)確定相應(yīng)的精度等級(jí)。

下面以數(shù)字式溫度計(jì)為例進(jìn)行說(shuō)明。表1 是一臺(tái)數(shù)字式溫度計(jì)的校準(zhǔn)結(jié)果，在收到該校準(zhǔn)結(jié)果時(shí)，首先用校準(zhǔn)證書(shū)給出的不確定度判定示值誤差校準(zhǔn)值是否值得采信，方法是根據(jù)JJF 1094—2002 中的公式U/MPEV ≤1/3 進(jìn)行判斷。因?yàn)?.60 ℃/2 ℃＜1/3，所以判定示值誤差校準(zhǔn)值值得采信，可以使用。根據(jù)表1 和式（1）可得，在量程（0～200 ℃）時(shí)，數(shù)字式溫度計(jì)可滿(mǎn)足精度等級(jí)為0.5 級(jí)的應(yīng)用，滿(mǎn)足GB/T 10180—2017 的要求；在量程（0～300 ℃）時(shí)，數(shù)字式溫度計(jì)可滿(mǎn)足精度等級(jí)為1.0 級(jí)的應(yīng)用，不能滿(mǎn)足GB/T 10180—2017[5]中關(guān)于溫度測(cè)量?jī)x器儀表的要求。因此，該數(shù)字式溫度計(jì)可以在量程（0～200 ℃）時(shí)運(yùn)用于工業(yè)鍋爐能效測(cè)試。

表1 數(shù)字式溫度計(jì)校準(zhǔn)結(jié)果

3 測(cè)試方案常見(jiàn)問(wèn)題分析

測(cè)試工作開(kāi)始前，測(cè)試項(xiàng)目負(fù)責(zé)人應(yīng)該結(jié)合測(cè)試任務(wù)、測(cè)試目的和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況，合理布置測(cè)點(diǎn)，選擇測(cè)試儀器儀表，確定最佳的測(cè)試方案。測(cè)試方案的編寫(xiě)應(yīng)當(dāng)建立在充分了解現(xiàn)場(chǎng)情況的基礎(chǔ)上，由具有測(cè)試經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)人員承擔(dān)，從而確保得到客觀精確的結(jié)果。

公共基礎(chǔ)教學(xué)課程作為四年制高職學(xué)生的基礎(chǔ)課程，是學(xué)生培養(yǎng)良好職業(yè)道德、練就較強(qiáng)專(zhuān)業(yè)知識(shí)技能、養(yǎng)成終身學(xué)習(xí)能力的核心課程，因此加強(qiáng)公共基礎(chǔ)課教師隊(duì)伍建設(shè)，提升公共基礎(chǔ)課教師隊(duì)伍素質(zhì)是更好服務(wù)四年制高職公共基礎(chǔ)教學(xué)的當(dāng)務(wù)之急。師資隊(duì)伍建設(shè)要敢于結(jié)合當(dāng)前發(fā)展潮流，結(jié)合省情和學(xué)院情況，積極引進(jìn)與四年制高職學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)相適應(yīng)的教師人才；要有計(jì)劃地組織安排在職公共基礎(chǔ)課教師參加有助于專(zhuān)業(yè)發(fā)展與拓寬視野的培訓(xùn)活動(dòng)；進(jìn)一步更新高職教育思想觀念、加強(qiáng)自身修養(yǎng)、主動(dòng)樹(shù)立服務(wù)專(zhuān)業(yè)的意識(shí)，充分認(rèn)識(shí)到公共基礎(chǔ)課程對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)培養(yǎng)的作用，幫助學(xué)生做好職業(yè)生涯規(guī)劃。

TSG 91—2021 《鍋爐節(jié)能環(huán)保技術(shù)規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)規(guī)程）中要求熱水鍋爐、蒸汽鍋爐以及額定熱功率大于1.4 MW 的有機(jī)熱載體鍋爐的排煙溫度不高于170 ℃[6]。鍋爐制造單位一般采用增加尾部受熱面的方法來(lái)達(dá)到規(guī)程中關(guān)于排煙溫度的要求，但受限于工質(zhì)換熱的條件，增加的尾部受熱面有時(shí)會(huì)采用工質(zhì)單獨(dú)循環(huán)來(lái)增加換熱量，降低鍋爐排煙溫度。因此，在鍋爐能效測(cè)試中經(jīng)常遇到鍋爐尾部帶有單獨(dú)循環(huán)系統(tǒng)的情況。在鍋爐能效測(cè)試報(bào)告的檢查和鍋爐能效測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的檢查中發(fā)現(xiàn)，在鍋爐尾部帶有單獨(dú)循環(huán)系統(tǒng)的測(cè)試中經(jīng)常發(fā)生漏測(cè)或測(cè)試不規(guī)范的情況。下面分別就蒸汽鍋爐和熱水鍋爐尾部帶有單獨(dú)循環(huán)系統(tǒng)的常見(jiàn)的錯(cuò)誤情況進(jìn)行分析。

3.1 蒸汽鍋爐帶單獨(dú)循環(huán)系統(tǒng)

燃?xì)庹羝仩t中常見(jiàn)如圖1所示的鍋爐尾部帶有節(jié)能器或得節(jié)能水箱的布置形式，節(jié)能器或節(jié)能水箱出口水與鍋爐給水使用同一個(gè)水箱，有些測(cè)試機(jī)構(gòu)為了簡(jiǎn)化測(cè)試，直接測(cè)試節(jié)能器進(jìn)口的給水流量作為鍋爐給水流量。該測(cè)試方法存在的問(wèn)題在于，節(jié)能器出水進(jìn)入水箱后，再由給水泵送進(jìn)鍋爐，但是測(cè)試過(guò)程中水箱水位和水溫都會(huì)發(fā)生變化，有些測(cè)試機(jī)構(gòu)在測(cè)試情況說(shuō)明中會(huì)說(shuō)明測(cè)試過(guò)程中水箱水位和水溫未發(fā)生變化，這在鍋爐實(shí)際運(yùn)行中無(wú)法真正達(dá)到。而且水箱本身也存在一部分散熱，因此導(dǎo)致測(cè)量的鍋爐輸出熱量與實(shí)際不符。

圖1 常見(jiàn)的蒸汽鍋爐帶單獨(dú)循環(huán)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)布置圖

正確的測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示，尾部節(jié)能器工質(zhì)單獨(dú)循環(huán)的部分的換熱量單獨(dú)測(cè)量，鍋爐本體按照常規(guī)蒸汽鍋爐測(cè)量。這樣雖然增加了工作量，但是保證了鍋爐輸出熱量測(cè)量的準(zhǔn)確性。

圖2 正確的蒸汽鍋爐帶單獨(dú)循環(huán)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)布置圖

3.2 熱水鍋爐帶單獨(dú)循環(huán)系統(tǒng)

熱水鍋爐尾部帶有單獨(dú)循環(huán)系統(tǒng)，容易發(fā)生錯(cuò)誤的地方在于：節(jié)能器的進(jìn)出水與鍋爐使用同一套出回水系統(tǒng)，有些測(cè)試機(jī)構(gòu)為了簡(jiǎn)化測(cè)試，會(huì)選擇在出水管或得回水管測(cè)試一個(gè)總的循環(huán)水流量，這樣測(cè)試雖然能夠準(zhǔn)確測(cè)試出鍋爐及節(jié)能器系統(tǒng)的輸出熱量，但是，由于節(jié)能器循環(huán)水量對(duì)鍋爐尾部排煙溫度有一定影響，不同的循環(huán)水流量、節(jié)能器的換熱效果不同，進(jìn)而導(dǎo)致鍋爐尾部排煙溫度不同，鍋爐的熱效率也會(huì)發(fā)生變化。因此，若不測(cè)試節(jié)能器循環(huán)水量，很難復(fù)現(xiàn)當(dāng)時(shí)的測(cè)試情況，從溯源的角度考慮，該測(cè)試方法不具備可重復(fù)性。建議測(cè)試機(jī)構(gòu)在測(cè)試的同時(shí)，應(yīng)該考慮數(shù)據(jù)的可重復(fù)性，按圖3所示進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布置。

圖3 熱水鍋爐帶單獨(dú)循環(huán)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)布置圖

4 測(cè)試過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題分析

4.1 RO2 數(shù)據(jù)錯(cuò)誤問(wèn)題

RO2即CO2+SO2，一般來(lái)說(shuō)煙氣中SO2比例不到CO2的1%，因此RO2可以?xún)H考慮CO2。目前，鍋爐能效測(cè)試機(jī)構(gòu)使用的煙氣分析儀中的一部分煙氣分析儀的CO2數(shù)據(jù)是根據(jù)燃料類(lèi)型和煙氣中的氧量計(jì)算得出的，而測(cè)試人員在測(cè)試過(guò)程中往往忽視了燃料類(lèi)型的選擇，導(dǎo)致測(cè)試數(shù)據(jù)中的CO2數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。下面就煙氣中CO2的計(jì)算方法進(jìn)行分析，使測(cè)試人員了解不同燃料類(lèi)型的CO2范圍。

對(duì)于固體燃料和液體燃料，燃料特征系數(shù)β的計(jì)算見(jiàn)式（2）：

對(duì)于氣體燃料，燃料特征系數(shù)β的計(jì)算見(jiàn)式（3）：

β的數(shù)值與燃料的可燃質(zhì)有關(guān)，與燃料中的水分、灰分無(wú)關(guān)，燃料一定，β值便可算出，而且是一定值。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于木柴，β≈0.05；對(duì)于無(wú)煙煤，β≈0.1；對(duì)于煙煤，β≈0.2；對(duì)于褐煤，β≈0.06；對(duì)于天然氣，β≈0.8；對(duì)于重油，β≈0.36[7]。

對(duì)于不同燃料鍋爐，理論最大RO2百分率的計(jì)算見(jiàn)式（4）：

4.2 蒸汽濕度測(cè)量問(wèn)題

蒸汽濕度測(cè)量包括蒸汽取樣計(jì)量、爐水取樣計(jì)量和樣品的電導(dǎo)率、Na+和Cl-化驗(yàn)。在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)蒸汽濕度測(cè)量主要存在以下需要注意的問(wèn)題：

1)蒸汽取樣點(diǎn)應(yīng)開(kāi)設(shè)在蒸汽主管的直管段上，蒸汽取樣管中間安裝針形閥調(diào)節(jié)取樣量，然后接至冷凝器，將蒸汽冷卻成蒸汽冷凝水；

2)鍋水取樣點(diǎn)應(yīng)從具有代表鍋水濃度的管道上引出，一般選在水位表排污處或鍋爐表面排污處，鍋水取樣管中間安裝調(diào)節(jié)閥，取樣管下接冷卻器[8]；

3)取樣冷卻器和冷卻管應(yīng)用不影響分析的耐腐蝕材料制成，以免樣品被金屬腐蝕產(chǎn)物污染；

4)蒸汽冷凝水和鍋水取樣應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，樣品需在冷卻器中冷卻到30～40 ℃，蒸汽冷凝水和鍋水樣品應(yīng)保持常流，并加以計(jì)量，以確保樣品有充分的代表性[5]。

4.3 出廠形式及散熱面積選擇錯(cuò)誤

很多測(cè)試人員對(duì)鍋爐出廠形式散裝、整裝和組裝分不清楚，出現(xiàn)鍋爐出廠形式選取錯(cuò)誤。特別是對(duì)于燃油燃?xì)忮仩t，其散熱損失是按照GB/T 10180—2017中附錄F.4 計(jì)算得出，因此，當(dāng)鍋爐散熱表面積填寫(xiě)數(shù)據(jù)偏離實(shí)際，會(huì)導(dǎo)致q5計(jì)算結(jié)果與實(shí)際相差較大。

5 結(jié)束語(yǔ)

2014年7部委聯(lián)合印發(fā)的《燃煤鍋爐節(jié)能環(huán)保綜合提升工程實(shí)施方案》（發(fā)改環(huán)資〔2014〕2451 號(hào)）實(shí)施內(nèi)容中指出要加快推廣高效鍋爐：以鍋爐定型產(chǎn)品能效測(cè)試結(jié)果為主要依據(jù)遴選推廣產(chǎn)品，因此鍋爐定型產(chǎn)品能效測(cè)試質(zhì)量對(duì)高效鍋爐的推廣和工業(yè)鍋爐的節(jié)能減排有重要影響。文中從儀器儀表、測(cè)試方案以及測(cè)試過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行了分析，旨在規(guī)范鍋爐能效測(cè)試工作，提高鍋爐能效測(cè)試的質(zhì)量和水平。