工业锅炉能效测试技术数据计算与分析宋吉民 沈阳特种设备检测研究院目 录n第一节 锅炉物质平衡及热平衡n第二节 锅炉正平衡效率计算n第三节 锅炉反平衡效率计算n第四节 锅炉运行工况热效率简单测试计算n第五节 数据折算和修正第一节 锅炉物质平衡及热平衡一、锅炉物质平衡锅炉的物质平衡指的是锅炉正常运行中，输入锅炉的物质 的质量等于输出物质的质量。由于锅炉包括“锅”和“炉”两个方面，所以物质平衡也包括两 个方面：炉侧（燃料侧）物质平衡和锅侧（工质侧）物质平衡 n 锅炉内物质：风、烟 煤、灰 汽、水风-烟 、煤-灰燃料侧物质平衡 汽、水工质侧物质平衡 第一节 锅炉物质平衡及热平衡（一）燃料侧物质平衡对固体燃料，一般是由可燃质（C、H、S）和不可燃质（O、N 、A、M）组成的，可燃质燃烧后形成烟气，其气态形式从炉内排出 ，而不可燃质除一部分挥发成气态以外，其他部分以固态物质存在， 残存的固态物质就是灰渣。灰渣来自燃料中的灰分。可燃质（C、H、S） 烟气不可燃质（O、N、A、M） 灰渣燃料1、灰平衡当锅炉连续稳定地运行时，单位时间内进入锅炉中的灰量等 于从锅炉排出的灰量，这就是锅炉的灰平衡。 第一节 锅炉物质平衡及热平衡n灰渣的外排：一部分灰渣在炉内排出，叫做炉渣；有时炉排会有漏煤，或回用，或排出；另一部分细颗粒灰分被烟气夹带而去，叫做飞灰。n炉渣、漏煤和飞灰各占燃料灰分的比值称为炉渣份额、漏煤份额和飞灰份额。（灰比）第一节 锅炉物质平衡及热平衡n对于一台锅炉的灰平衡，由于飞灰部分地在对流烟道内沉降，因而排烟中的飞灰量少于炉膛出口的飞灰量，即n 对于全炉的灰平衡，第一节 锅炉物质平衡及热平衡2、风平衡风平衡是指送入锅炉的风量加上漏入锅炉的风量等于从锅炉排出的风量。u过量空气系数实际送风量与理论送风量的比值即为过量空气系数。进入炉膛以前的过量空气系数用 表 示，进入炉膛以后的过量空 气系数用 表示。u漏风系数漏风系数即为漏风量与理论空气量的比值，用 表示 由于锅炉一般是在“负压”下运行，即炉膛和烟道内的压力略低 于炉外大气压力，以避免向炉外喷火、冒烟。因而会通过炉门、看 火孔以及炉墙不严密处向锅炉内漏入空气。第一节 锅炉物质平衡及热平衡n 受热面的风平衡 对任何一个受热面来说， 第一节 锅炉物质平衡及热平衡受热面炉膛风平衡过热器风平衡省煤器风平衡热 空 气空气预热器风平衡冷 空 气空气侧风平衡n热风道在无泄漏情况下的风平衡按下式计算：n如果对流烟道各处漏风系数的总和为 ，炉膛出口过量空气系数为 ，则烟气离开锅炉时，排烟的过量空气系数为第一节 锅炉物质平衡及热平衡(二) 工质侧物质平衡工质侧物质平衡主要是汽水平衡。汽水平衡：送入锅炉的水量等 于排出锅炉的水量和汽量之和。即：Ggs = D + Dzy + Dpw第一节 锅炉物质平衡及热平衡Ggs锅炉给水量Dpw排污量D输出蒸汽流量Dzy 锅炉自用蒸汽量汽水平衡模型 1-锅筒 2-省煤器 3-蒸汽过热器第一节 锅炉物质平衡及热平衡n排污率 ：排污水量占蒸汽量的百分比。如 ， 则二、锅炉热平衡锅炉热平衡是指在稳定运行状态下，锅炉输入热量与输出热量及各项热损失之间热量的平衡关系。 n 以1kg固体或液体燃料或标准状态下1m3气体燃料为基准来计算的。 第一节 锅炉物质平衡及热平衡n热平衡方程 第一节 锅炉物质平衡及热平衡Qr Q1 + Q2 + Q3+ Q4 + Q5 + Q6Qr锅炉输入热量； Q1锅炉输出热量； Q2排烟热损失； Q3气体未完全燃烧热损失； Q4固体未完全燃烧热损失； Q5散热损失； Q6灰渣物理热损失。式中第一节 锅炉物质平衡及热平衡若以锅炉输入热量的百分率来表示，则可得q1 输出热量占输入热量的百分比（%）； q2 排烟热损失占输入热量的百分比（%）； q3 气体未完全燃烧热损失占输入热量的百分比（%）； q4 固体未完全燃烧热损失占输入热量的百分比（%）； q5 散热损失占输入热量的百分比（%）； q6 灰渣物理热损失占输入热量的百分比（%）。式中第一节 锅炉物质平衡及热平衡锅炉热平衡示意图Qr 输入热量 Q1 有效利用热量 Q2 排烟热损失 Q3 气体未完全燃烧热损失 Q4 固体未完全燃烧热损失 Q5 散热损失 Q6 灰渣物理热损失锅炉热平衡图第一节 锅炉物质平衡及热平衡锅炉热平衡图Qr 输入热量 Q1 有效利用热量 Q2 排烟热损失 Q3 气体未完全燃烧热损失 Q4 固体未完全燃烧热损失 Q5 散热损失 Q6 灰渣物理热损失第一节 锅炉物质平衡及热平衡第二节 锅炉正平衡效率计算一、锅锅炉输输入热热量收到基低 位发热值加热燃料 或外来热燃料物理 热自用蒸汽 带入热量锅炉正平衡效率即为锅炉输出热量占锅炉输入热量的百分率。第二节 锅炉正平衡效率计算各项热量的计算公式为： 第二节 锅炉正平衡效率计算第二节 锅炉正平衡效率计算二、锅炉输出热量第二节 锅炉正平衡效率计算n 对于饱和蒸汽锅炉 第二节 锅炉正平衡效率计算n对于过热蒸汽锅炉当测量给水流量时，当测量过热蒸汽流量时 ，第二节 锅炉正平衡效率计算n对于热水锅炉和热油载体锅炉，n 对于电加热锅炉，其输出热量按每小时作为计算单位，而不是按每千 克或每标准立方米燃料作为计算单位，因此，其输出热量计算公式是：对于输出饱和蒸汽时，对于输出热水和热油载体时，锅炉反平衡效率在锅炉热平衡试验中，通过计算各项热损失，算出锅炉的热效 率。 第三节 锅炉反平衡效率计算一、排烟热损失q2由于锅炉排烟带走的热量占输入热量的百分率 。q2产生的原因 是由于排出锅炉的烟气焓大于进入锅炉的空气焓而造成的热损失。所以，排烟损失的热量为烟气带走的热量与空气带入锅炉的热量的差值。q2计算公式：第三节 锅炉反平衡效率计算nHpy排烟处烟气焓，kJ/kg；kJ/m3nHlk入炉冷空气焓， kJ/kgn 修正系数（%）， q2的主要影响因素n排烟温度：排烟温度，q2一般排烟温度提高10，q2约增加1% n排烟量 ：排烟量，q2第三节 锅炉反平衡效率计算二、 气体未完全燃烧损失q3 可燃气体成分因未放出其燃烧热，而造成的热量损失占输入热 量的百分率。nq3产生原因燃料的可燃挥发份在燃烧过程中，可能由于空气不足，或是空 气与燃料混合状况不良，或是炉温不高等原因，部分可燃气体（如 CO、H2、CH4等）未能在炉膛中燃烧完就随烟气从锅炉中排出，从 而造成热量损失。 第三节 锅炉反平衡效率计算q3计算公式：第三节 锅炉反平衡效率计算式中 排烟处干烟气体积（m3/kg；m3/ m3）；排烟处烟气中CO、H2、CmHn的含量（%）.q3的主要影响因素n燃料挥发分燃料挥发分， q3n过量空气系数过量空气系数， q3足够的氧气与可燃气体混合n炉膛温度：炉膛温度， q3当炉膛温度低于800时，CO很难燃烧 n炉内烟气混合流动情况： 混合越好，q3第三节 锅炉反平衡效率计算三、固体未完全燃烧损失q4 灰渣中未燃尽可燃物造成的热损失占输入热量的百分率。nq4产生原因燃料中未燃烧或未燃尽碳造成的热损失，这些碳残留在灰渣中，也 称为机械未完全燃烧损失或未燃碳损失。 第三节 锅炉反平衡效率计算q4计算公式：第三节 锅炉反平衡效率计算q4的主要影响因素n燃料特性燃料的灰分越高，灰分熔点越低，炉渣损失越大；煤的挥 发分低而结焦性强时，易形成熔渣，炉渣损失也大；水分低而 结焦性弱且细末又多时，飞灰损失大。n燃烧方式不同的燃烧方式直接决定了各项固体未完全损失的大小， 机械或者风力抛煤机炉比链条炉的飞灰损失大；煤粉炉尽管不 漏风，但飞灰损失远远大于层燃炉；炉排间隙大，则漏煤损失严重。 第三节 锅炉反平衡效率计算n锅炉运行水平 当锅炉负荷增大时，燃料增加，风量相应提高，风速增加，飞灰损失加大；层燃炉的煤层厚度、链条炉炉排速度及风量 分配，煤粉炉运行时的煤粉细度及配风操作等对q4也有影响。第三节 锅炉反平衡效率计算四、散热损失q5 锅炉向四周环境散热的热量占输入热量的百分率 。nq5产生原因锅炉正常运行时，由于炉墙、金属结构，锅炉范围内的烟风道， 汽水管道，联箱等温度高于环境温度，所以总要通过对流和辐射方 式向大气中散热。这部分热损失为散热损失。 第三节 锅炉反平衡效率计算散热损失的计算方法包括热流计法、查表法和计算法。 （一）热流计法第三节 锅炉反平衡效率计算式中 q1、q2、qn分别为各区段的散热强度（kJ/m2h） F1、F2、Fn分别为各区段的面积（m2）各区段的面积一般不得大于2m2第三节 锅炉反平衡效率计算（二）查表法(散装锅炉)蒸汽锅炉散热损失锅炉出力 t/h461015203565散热损失q5 %2.92.41.71.51.31.10.8热水锅炉散热损失锅炉出力 MW2.84.27.010.5142946散热损失q5 %2.92.41.71.51.31.10.8（三）计算法快、组装锅炉（包括燃油、气锅炉和电加热锅炉）的散热 损失按下式计算： 第三节 锅炉反平衡效率计算式中 F锅炉散热表面积（m2）q5的影响因素锅炉散热表面积、表面温度、保温层性能和厚度以及环境温度等。一般来说，随着锅炉容量的增大，燃料消耗量成比例增 加，但是锅炉的外表面积并不是成比例增加的，因此单位燃料对 应的外表面积反而是较小的，因此散热损失随着锅炉容量的增大 是减小的。第三节 锅炉反平衡效率计算第三节 锅炉反平衡效率计算五、灰渣物理热损失q6 炉渣、漏煤或溢流灰排出锅炉时带走的热量占输入热量的百分 率。q6计算公式：炉渣温度的选取：流化床：800，固态炉及火床炉：600nq6产生原因由灰平衡可知，燃固体燃料的锅炉，其炉渣以不同形式外排，这些灰从炉内排出时，都具有一定的温度，要带走一部分热量，由此引起的热损失叫灰渣热物理损失。一、排烟热损失q2不同燃料的计算系数燃料 种 类褐煤烟煤无烟煤油、气m0.60.40.305n3.83.63.53.45第四节 锅炉运行工况热效率简单测试计算二、气体未完全燃烧热损失q3气体未完全燃烧热损烧热损 失（q3）项目单位数值CO% (ppm)CO0.05 （CO500）0.050.1（ CO1000）q3%0.20.51第四节 锅炉运行工况热效率简单测试计算三、固体未完全燃烧热损失q4第四节 锅炉运行工况热效率简单测试计算燃烧方式煤种飞灰（fh）漏煤（lm）炉渣（冷灰）（lz ） 往复炉排201057585链条炉排201057585抛煤机炉排302056575流化床50405060煤粉炉90801020水煤浆80702030飞灰、漏煤、炉渣含灰量占入炉燃料总灰量的重量百分比（%） 第四节 锅炉运行工况热效率简单测试计算注：在选取时，应满足fh+lm+lz =100 对于燃油、燃气锅炉，q4为0四、散热损失q5第四节 锅炉运行工况热效率简单测试计算1、锅炉实际运行出力不低于额定出力的75时，散热损失按表选取.锅锅炉额额定出力下散热损热损 失q5锅炉额定出力t/h461015203565MW2.84.27.010.5142946散热损失q5ed%2.92.41.71.51.31.10.82、当锅炉实际 运行出力低于额定出力的75时，散热损 失 按照下式修正：热水锅炉：蒸汽锅炉：3、当锅炉实际运行出力低于额定出力30时，按30出力条件 进行修正；无法计量锅炉出力时，实际出力按额定出力的65计算。