折算效率對電站鍋爐能效測試結(jié)果的影響分析

陳燁強(qiáng)

（閩江師范高等專科學(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，對于我國實施碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略，節(jié)能減排事業(yè)有重大意義。通過鍋爐能效測試，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，政府部門掌握全社會用能情況，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，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)智能升級。國家通過在全國開展鍋爐能效測試作為節(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《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》GB10184-2015中，有折算效率和實測效率之分。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)能行政主管部門加強(qiáng)節(jié)能監(jiān)察。本文以3 臺型號噸位均相同的燃固體生物質(zhì)電站鍋爐能效測試為例，分析不同設(shè)計參數(shù)進(jìn)行修正后，對鍋爐折算效率的影響。

1 鍋爐設(shè)計參數(shù)和熱效率測試結(jié)果對比分析

福建圣新環(huán)保股份有限公司總裝機(jī)容量38MW，一期項目裝機(jī)容量30MW，二期新裝1 臺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，對其運(yùn)行的3 臺型號相同的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《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》和DL/T964-2005《循環(huán)流化床鍋爐性能試驗規(guī)程》，測試采用的方法是反平衡法。

3 臺鍋爐設(shè)計參數(shù)說明如下，一期項目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)計參數(shù)一樣，設(shè)計額定蒸發(fā)量75t/h,設(shè)計額定壓力5.3MPa,設(shè)計蒸汽溫度450℃，設(shè)計給水溫度153℃，設(shè)計空預(yù)器出口煙溫145℃，設(shè)計鍋爐效率87%。二期的3#電站鍋爐為無錫華光工業(yè)鍋爐有限公司制造生產(chǎn)，設(shè)計額定蒸發(fā)量75t/h,設(shè)計額定壓力5.3MPa,設(shè)計蒸汽溫度450℃，設(shè)計給水溫度152℃，設(shè)計空預(yù)器出口煙溫153℃，設(shè)計鍋爐效率86%。其設(shè)計空預(yù)器出口煙溫與1#和2#鍋爐相差8℃，設(shè)計給水溫度分別為153℃和152℃，基本一致。燃料收到各個元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)參數(shù)見表1。

表1 設(shè)計燃料參數(shù)與實測化驗參數(shù)對比

從3 臺鍋爐的設(shè)計燃料特性參數(shù)可以看出，1#和2#鍋爐的設(shè)計燃料和實測燃料對應(yīng)的各個元素分析數(shù)據(jù)比較接近，設(shè)計燃料中主要可燃元素C 比實測燃料高2%左右，但實測燃料中收到基中水分比設(shè)計燃料收到基中水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高11%。因此實測燃料收到基的低位發(fā)熱量與設(shè)計燃料收到基的低位發(fā)熱量相比偏低。3#鍋爐的設(shè)計燃料與實測燃料各個參數(shù)偏差比較大，其中實測燃料中主要可燃元素C 比設(shè)計燃料高5%，而且實測燃料中收到基中水分比設(shè)計值收到基中水分低17.6%，故設(shè)計燃料低位發(fā)熱量僅為實測燃料低位發(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 臺鍋爐實測效率見表2。

表2 3 臺鍋爐實測效率對照表

從表2 可以看出，3 臺鍋爐蒸發(fā)量在83%～88%額定負(fù)荷之間，其中3#鍋爐實測效率最高，1#鍋爐次之，2#鍋爐效率最低。從各項熱損失上來看，3 臺鍋爐中排煙熱損失占比最高，固體未完全燃燒熱損失次之。測試得到各項損失符合電站鍋爐一般的熱損失分布規(guī)律。從運(yùn)行來講，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量空氣系數(shù)不大于1.4 的要求。同時，該鍋爐設(shè)計排煙溫度為153℃，而實測煙溫只有140.90℃，經(jīng)過計算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#鍋爐實測的熱效率最高。對于1#和2#鍋爐，2 臺鍋爐設(shè)計、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，實測效率最低。2#鍋爐不但排煙溫度偏高，而且其過量空氣系數(shù)是3 臺鍋爐中最高的。因為試驗規(guī)程要求機(jī)組試驗前不吹灰，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，排煙處過量空氣系數(shù)波動較大。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，說明燃料在爐膛內(nèi)停留的時間更長，所以燃盡效果更好，固體未完全燃燒愈小。因為尾部煙道的煙氣流速過低，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。這也驗證2#鍋爐的排煙溫度偏高現(xiàn)象。

2 折算鍋爐熱效率對比分析

根據(jù)GB/T10184-2015 電站鍋爐性能試驗規(guī)程中第7.7換算到設(shè)計（保證）條件下的鍋爐效率的要求，試驗期間，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)計或保證值要求。如它們偏離設(shè)計或保證值時，根據(jù)事先達(dá)成的試驗協(xié)議規(guī)定，可將試驗結(jié)果換算成為設(shè)計或保證條件下的結(jié)果。考慮到鍋爐正常運(yùn)行情況下對鍋爐效率的影響因素，鍋爐的進(jìn)風(fēng)溫度會影響熱效率計算中的輸入熱量和排煙溫度，給水溫度偏離設(shè)計值會導(dǎo)致排煙溫度的變化。故此次測試主要對進(jìn)風(fēng)溫度和給水溫度做了設(shè)計值的修正，修正方法參照GB/T10184-2015 電站鍋爐性能試驗規(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，對進(jìn)風(fēng)溫度偏離設(shè)計值的修正方法如式（1）。

式中，tfg.AH.lv.cr.a為換算到設(shè)計的（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)計的（保證的）空氣預(yù)熱器進(jìn)口空氣溫度；tfg.AH.en.m為實測空氣預(yù)熱器進(jìn)口煙氣溫度；tfg.AH.lv.m為實測空氣預(yù)熱器出口煙氣溫度；ta.AH.en.m為實測空氣預(yù)熱器進(jìn)口空氣溫度。

（2）給水溫度偏離設(shè)計值會導(dǎo)致排煙溫度的變化。按設(shè)計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為實測的給水溫度；tfw.d為設(shè)計的（保證的）給水溫度。

（3）將修正后的外來熱量和修正后的熱損失，代入鍋爐效率計算公式中，即可求得設(shè)計或保證條件下的鍋爐效率，即折算鍋爐效率。對該3 臺鍋爐的折算效率計算結(jié)果如表3 所示。

表3 3 臺鍋爐折算效率對照表

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)計偏差不大。但是，因為其設(shè)計燃料化驗數(shù)據(jù)值與實際燃料化驗數(shù)據(jù)值偏差比較大，特別是設(shè)計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測鍋爐熱效率相比，少了3.1%。1#和2#鍋爐，因為其設(shè)計燃料收到基水分比實測收到基水分低，實測給水溫度高于設(shè)計給水溫度153℃，兩個因素疊加，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#鍋爐的實測鍋爐熱效率經(jīng)過折算到設(shè)計參數(shù)下后，結(jié)果鍋爐的折算效率比實測效率高。

3#鍋爐因為設(shè)計數(shù)據(jù)與實際運(yùn)行數(shù)據(jù)偏差太大，經(jīng)過折算到設(shè)計參數(shù)下后，鍋爐的折算效率比實測鍋爐效率低。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，說明鍋爐的折算效率無法真實反映鍋爐的實際運(yùn)行效果。

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

3 結(jié)語

依照GB10184-2015《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》，對該3 臺同型號不同設(shè)計參數(shù)鍋爐的實測效率與折算效率對比進(jìn)行分析，可以得到以下結(jié)論。

（1）鍋爐燃用設(shè)計燃料與實測燃料在燃料化驗成分相差較大情況下，折算效率不能反映鍋爐的實際運(yùn)行狀況，鍋爐的運(yùn)行狀況應(yīng)以實測效率為準(zhǔn)。（2）鍋爐的折算效率不同于鍋爐的實測效率，其受設(shè)計燃料、設(shè)計給水溫度等設(shè)計參數(shù)影響比較大。（3）設(shè)計條件與實際運(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）對于不同設(shè)計參數(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)鍋爐的實際運(yùn)行效率。通過分析，可以看到鍋爐折算效率受鍋爐設(shè)計參數(shù)影響大，偏離實際效率大。造成鍋爐的實際運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計運(yùn)行參數(shù)偏差較大，鍋爐的設(shè)計運(yùn)行參數(shù)無法有效指導(dǎo)鍋爐的實際運(yùn)行。所以，今后在鍋爐的設(shè)計中，對于鍋爐的設(shè)計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)對鍋爐的熱力計算的重視。發(fā)電機(jī)組鍋爐運(yùn)行工況盡可能在設(shè)計條件下運(yùn)行，達(dá)到效率的最優(yōu)狀態(tài)。