折算效率對電站鍋爐能效測試結果的影響分析

陳燁強

（閩江師范高等專科學校，福建 福州 350108）

電站鍋爐作為電廠的三大主機設備之一，提高電站鍋爐能效運行水平，對于我國實施碳達峰、碳中和戰略，節能減排事業有重大意義。通過鍋爐能效測試，一方面，企業可以充分了解鍋爐的用能情況、主要能耗環節及發掘節能潛力，通過節能減排低碳、零碳技術，進行裝備工藝改造，達到提高經濟效益的目的。另一方面，政府部門掌握全社會用能情況，制定相關法規，限定指標，督促企業持續優化用能結構，提升資源利用率，實現產業結構智能升級。國家通過在全國開展鍋爐能效測試作為節能監管手段，引導企業向高效、循環、低碳節能、綠色的方向發展。

現行的《電站鍋爐性能試驗規程》GB10184-2015中，有折算效率和實測效率之分。區分清楚兩者的適用范圍，不僅有利于企業了解鍋爐運行水平，更可作為政府節能行政主管部門加強節能監察。本文以3 臺型號噸位均相同的燃固體生物質電站鍋爐能效測試為例，分析不同設計參數進行修正后，對鍋爐折算效率的影響。

1 鍋爐設計參數和熱效率測試結果對比分析

福建圣新環保股份有限公司總裝機容量38MW，一期項目裝機容量30MW，二期新裝1 臺8MW 中溫次高壓抽氣發電機組，75t/h 生物質次高壓中溫循環流化床鍋爐。受該公司委托，對其運行的3 臺型號相同的75t/h 燃用固體生物質（雞糞和稻殼）循環流化床鍋爐進行能效測試，依據的法規、標準是TSG G0002-2010《鍋爐節能技術監督管理規程》、GB10184-2015《電站鍋爐性能試驗規程》和DL/T964-2005《循環流化床鍋爐性能試驗規程》，測試采用的方法是反平衡法。

3 臺鍋爐設計參數說明如下，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有限公司，其設計參數一樣，設計額定蒸發量75t/h,設計額定壓力5.3MPa,設計蒸汽溫度450℃，設計給水溫度153℃，設計空預器出口煙溫145℃，設計鍋爐效率87%。二期的3#電站鍋爐為無錫華光工業鍋爐有限公司制造生產，設計額定蒸發量75t/h,設計額定壓力5.3MPa,設計蒸汽溫度450℃，設計給水溫度152℃，設計空預器出口煙溫153℃，設計鍋爐效率86%。其設計空預器出口煙溫與1#和2#鍋爐相差8℃，設計給水溫度分別為153℃和152℃，基本一致。燃料收到各個元素的質量分數參數見表1。

表1 設計燃料參數與實測化驗參數對比

從3 臺鍋爐的設計燃料特性參數可以看出，1#和2#鍋爐的設計燃料和實測燃料對應的各個元素分析數據比較接近，設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計燃料收到基中水分的質量分數高11%。因此實測燃料收到基的低位發熱量與設計燃料收到基的低位發熱量相比偏低。3#鍋爐的設計燃料與實測燃料各個參數偏差比較大，其中實測燃料中主要可燃元素C 比設計燃料高5%，而且實測燃料中收到基中水分比設計值收到基中水分低17.6%，故設計燃料低位發熱量僅為實測燃料低位發熱量的50%。燃料元素分析收到基C 的質量分數決定收到基低位發熱量。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 臺鍋爐蒸發量在83%～88%額定負荷之間，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律。從運行來講，3#鍋爐投產不到1 年，各受熱面換熱情況良好，該公司生產運行管理水平比較高，過量空氣系數維持在1.40，符合TSG G0002-2010《鍋爐節能技術監督管理規程》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不大于1.4 的要求。同時，該鍋爐設計排煙溫度為153℃，而實測煙溫只有140.90℃，經過計算3#鍋爐的排煙熱損失為6.35%，遠小于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 臺鍋爐設計、安裝、運行一致，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是3 臺鍋爐中最高的。因為試驗規程要求機組試驗前不吹灰，由此可判斷2#鍋爐的尾部受熱面污染比較嚴重，而且其運行水平與1#鍋爐相比,穩定性較差，排煙處過量空氣系數波動較大。而2#鍋爐的固體未完全燃燒熱損失是最低的，查看運行狀態和記錄，發現2#鍋爐的一次風與引風機處的壓力相比1#鍋爐都偏低，說明燃料在爐膛內停留的時間更長，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象。

2 折算鍋爐熱效率對比分析

根據GB/T10184-2015 電站鍋爐性能試驗規程中第7.7換算到設計（保證）條件下的鍋爐效率的要求，試驗期間，要求進出系統邊界的空氣、給水、蒸汽、燃料和脫硫劑等特性參數都應符合設計或保證值要求。如它們偏離設計或保證值時，根據事先達成的試驗協議規定，可將試驗結果換算成為設計或保證條件下的結果。考慮到鍋爐正常運行情況下對鍋爐效率的影響因素，鍋爐的進風溫度會影響熱效率計算中的輸入熱量和排煙溫度，給水溫度偏離設計值會導致排煙溫度的變化。故此次測試主要對進風溫度和給水溫度做了設計值的修正，修正方法參照GB/T10184-2015 電站鍋爐性能試驗規程中的要求。

（1）進風溫度的改變影響輸入熱量和排煙溫度，對進風溫度偏離設計值的修正方法如式（1）。

式中，tfg.AH.lv.cr.a為換算到設計的（保證的）空氣預熱器進口空氣溫度下的排煙溫度；ta.AH.end為設計的（保證的）空氣預熱器進口空氣溫度；tfg.AH.en.m為實測空氣預熱器進口煙氣溫度；tfg.AH.lv.m為實測空氣預熱器出口煙氣溫度；ta.AH.en.m為實測空氣預熱器進口空氣溫度。

（2）給水溫度偏離設計值會導致排煙溫度的變化。按設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為換算到設計的給水溫度下的排煙溫度；tfg.ECO.en為省煤器進口煙氣溫度；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的鍋爐，其運行參數如表2 所示，給水溫度151.26℃和入爐冷空氣溫度26.91℃與設計偏差不大。但是，因為其設計燃料化驗數據值與實際燃料化驗數據值偏差比較大，特別是設計燃料收到基水分占收到基質量分數的50%。導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過折算到設計參數下后，結果鍋爐的折算效率比實測效率高。

3#鍋爐因為設計數據與實際運行數據偏差太大，經過折算到設計參數下后，鍋爐的折算效率比實測鍋爐效率低。甚至3#鍋爐投運的新鍋爐，在相同運行人員的運行管理中，其折算后的熱效率卻低于已經運行了多年的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行效果。

因此，在進行鍋爐效率試驗時，應盡量使試驗工況接近鍋爐的設計工況，減少參數的修正量。當用戶在考核鍋爐性能保證值時，應要根據事先達成的協議規定等，將試驗結果換算成為設計或保證條件下的結果。否則，當試驗工況偏離設計工況太大時，鍋爐實測效率與折算效率相差較大，無法對鍋爐的實際運行性能作出準確判斷。

3 結語

依照GB10184-2015《電站鍋爐性能試驗規程》，對該3 臺同型號不同設計參數鍋爐的實測效率與折算效率對比進行分析，可以得到以下結論。

（1）鍋爐燃用設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行狀況，鍋爐的運行狀況應以實測效率為準。（2）鍋爐的折算效率不同于鍋爐的實測效率，其受設計燃料、設計給水溫度等設計參數影響比較大。（3）設計條件與實際運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行參數與設計參數的偏離程度，準確指導鍋爐的生產運行。（4）對于不同設計參數的鍋爐，缺乏橫向對比的指導意義。鍋爐能效監管單位監管依據，鍋爐折算效率不能體現鍋爐的實際運行效率。通過分析，可以看到鍋爐折算效率受鍋爐設計參數影響大，偏離實際效率大。造成鍋爐的實際運行參數與設計運行參數偏差較大，鍋爐的設計運行參數無法有效指導鍋爐的實際運行。所以，今后在鍋爐的設計中，對于鍋爐的設計燃料特性除收到基低位發熱量、飛灰熔融特性、可磨性等指標外，還應加強對鍋爐的熱力計算的重視。發電機組鍋爐運行工況盡可能在設計條件下運行，達到效率的最優狀態。