測量不確定度對CFB鍋爐熱效率反平衡法測試的影響

王義廂安徽省特種設備檢測院

測量不確定度對CFB鍋爐熱效率反平衡法測試的影響

王義廂
安徽省特種設備檢測院

王義廂（1979-）男，山東臨沂人，工程師，長期從事鍋爐檢驗、節(jié)能等研究。

CFB鍋爐是20世紀八九十年代發(fā)展起來的一種環(huán)保新型鍋爐，該類型鍋爐具有燃料適應性廣泛、負荷調(diào)節(jié)范圍大、燃燒效率高、污染物排放少的優(yōu)點，在企業(yè)自備電站中得到了廣泛應用。該類型鍋爐在二三十年的設計、制造、運行中不斷總結與優(yōu)化，部分爐型仍存在可靠性差、運行效率偏低等缺點，鍋爐的安全、經(jīng)濟運行得不到保證。提高鍋爐的熱效率，降低煤耗，提高運行的經(jīng)濟性，是鍋爐設計、制造、運行特別重視的環(huán)節(jié)。而評價電廠運行狀態(tài)的重要手段是鍋爐熱效率測試，也是每個CFB鍋爐使用優(yōu)化燃燒、經(jīng)濟運行評價的主要判斷依據(jù) 。鍋爐的熱效率測試有正平衡法和反平衡法兩種，正平衡法直接測量確定效率的主要參數(shù)（輸入、輸出），但采用正平衡法來獲取鍋爐輸入熱量的數(shù)值誤差很大，并且鍋爐輸出熱量的有效利用數(shù)據(jù)也存在很多的誤差；而反平衡法雖然需要較多的測量，且某些損失實際上無法測量，其值必須估計，但反平衡測量根據(jù)各項損失所得的數(shù)據(jù)，可以優(yōu)化運行參數(shù)，對實際的經(jīng)濟運行具有指導意義。

為了更科學的對測量結果進行評判，美國技術標準研究院及中國國家質(zhì)量技術監(jiān)督局都提出了測量不確定度的概念。不確定度的數(shù)值大小表達了測試水平和測試結果的質(zhì)量和應用價值，也把它作為定量表達試驗結果精確度的一種方法。表征鍋爐運行狀態(tài)的重要指標采用鍋爐熱效率反平衡法，其各項數(shù)據(jù)測量的不確定度顯得尤為重要。

CFB鍋爐熱效率反平衡法

對于循環(huán)流化床鍋爐（CFB）來說，反平衡法計算鍋爐熱效率公式為：η=1-q2-q3-q4-q5-q6，式中η：為鍋爐熱效率；q2：為排煙熱損失；q3：為化學未完全燃燒熱損失；q4：為機械未完全燃燒熱損失；q5：為散熱損失；q6：為灰渣物理熱損失。對于大容量CFB鍋爐，鍋爐在正常工況運行狀態(tài)，結合入爐煤提供足夠的風量和適宜的煙氣氧含量，可燃性氣體在煙氣中所占份額已相當少，采取措施降低該項熱損失對提高鍋爐熱效率已基本沒多大意義；制造完成并投入運行的鍋爐結構，本體的散熱面積和保溫條件基本成型，保溫措施良好的情況下，再采取別的措施去降低鍋爐散熱損失也幾乎不可能；CFB鍋爐的熱渣排放已基本采用冷渣器，已極大的回收了這部分熱量，本身灰渣物理熱損失所占比例相對很小。在反平衡法熱效率計算中，排煙熱損失最大，而循環(huán)流化床鍋爐燃料適應性范圍廣，機械未完全燃燒熱損失也是一個值得重視的指標，因而減少這兩項損失是提高鍋爐經(jīng)濟性的關鍵。

測量不確定度的影響

誤差分析

測量誤差有三類，一是隨機誤差：由隨機出現(xiàn)的偶然因素而引起的誤差，數(shù)值大小和正負方向不定，并有抵償性，其分布符合正態(tài)分布定律；二是系統(tǒng)誤差：由于儀表自身存在缺陷、客觀因素的改變、測試者的習慣與偏向等因素引起的誤差?？煞譃橐讯ㄏ到y(tǒng)和未定系統(tǒng)兩種誤差。疏失誤差：在測量過程中，由某些突然發(fā)生的不正常因素或測量中的疏忽而引起的明顯測量結果的誤差。對于已定系統(tǒng)誤差可根據(jù)產(chǎn)生的原因加以清除，未定系統(tǒng)誤差也可作為隨機誤差計算。對疏失誤差應對其消除，但不能因為測量過程中工況變化引動的測量值的變化也進行消除。

熱損失的主要影響因素

機械未完全燃燒熱損失中，最重要的影響指標是灰渣中含碳量，該項數(shù)據(jù)需要在實驗室化驗才能獲得，取樣過程、測量儀器、儀器及儀表讀數(shù)等都是不確定度的主要來源。對于鍋爐排煙熱損失來說，其不確定度的影響指標也存在多個方面，主要有煤質(zhì)分析，灰、渣含碳量，排煙溫度、煙氣成分等多個參數(shù)的不確定度。

測量實例分析

根據(jù)某電廠130t/h循環(huán)流化床鍋爐熱效率試驗中多次測量的數(shù)值，計算得到的測量參數(shù)的不確定度（如表1）。

表1 測量參數(shù)的不確定度

采用靈敏系數(shù)來判別不確定度的影響大小，在相關文獻中在合成標準不確定度計算過程中采用數(shù)值擾動法進行估值。根據(jù)得到的靈敏系數(shù)與不確定度的乘積（如表2）。

表2 靈敏系數(shù)與不確定度的乘積

由上表可以看出，排煙溫度、爐渣含碳量、煙氣含氧量的數(shù)據(jù)較大，對排煙熱損失、機械不完全燃燒熱損失的不確定度影響比較大。

結語

通過分析鍋爐熱效率不確定度的分析方法，同時結合實際的測量總結，得出了排煙溫度、爐渣含碳量、煙氣含氧量的測量數(shù)值的準確程度對熱損失的不確定度影響比較大。因此為提高鍋爐熱效率反平衡法測試結果的準確度，應采用如下方法最盡量減少測試過程中的不確定因素：首先，保證儀器、儀表及測量設備的精度；其次保證測試期間鍋爐運行工況的穩(wěn)定，增加重復采樣的次數(shù)；然后專人負責采樣計數(shù)，中間不得隨意更換；最后偏差較大的數(shù)據(jù)應重新測量。