锅炉烟气参数在负荷率及相关热损失计算中的应用

杨洪泽，王 鹏，游本虎

(乌鲁木齐铁路局节能环保监测站，新疆 乌鲁木齐 830011)

锅炉烟气中污染物排放量与锅炉负荷密切相关[1]，同时锅炉负荷、排烟热损失(q2)、气体未完全燃烧热损失(q3)是锅炉经济运行管理的重要数据[2－4]，而且文献[1]规定应在锅炉运行出力大于该锅炉额定负荷70%的状况下进行锅炉排放烟尘测试才有效。锅炉负荷一般用流量孔板法、水表法、水箱法及耗煤量法等方法测算[5－6]，但在实际工作中很多锅炉房不具备上述监测条件，使得负荷测试无法进行或偏差极大;排烟热损失、气体未完全燃烧热损失的测算只有通过热平衡测试，费时费力，成本极高[7－8]。因此，提出一种简便易行、较为准确的锅炉出力及q2、q3的估算方法具有现实意义。本文采用燃煤理论空气量的计算方法，结合环保监测中烟气测量参数，能够简便准确的计算出燃料燃烧量、q2、q3、锅炉负荷率，在满足污染物排放监测要求的同时为锅炉经济运行和节能管理提供基础数据。

1 基本原理

根据锅炉排烟量，可以方便的计算出锅炉内完全燃烧的燃料量，也就是进入锅炉燃料总量减去灰渣未燃尽而损失的部分。实际上锅炉负荷仅与参与燃烧的燃料量有关，我们关心固体未完全燃烧热损失(q4)只是为了从总入炉燃料中将其扣除。因此如果我们计算了参与燃烧的燃料释放出的热量与锅炉额定出力之间的比值，就可以根据锅炉参数，按照文献[9]估算锅炉排烟热损失、气体未完全燃烧热损失、负荷率。

1.1 排烟热损失q2

排烟热损失是锅炉排出的烟气焓高于进入锅炉的空气焓而造成的热损失，包括干烟气带走的热量和烟气中水蒸气带走的热量，此项损失与烟气流量、排烟温度直接相关。

式中 Vgy——干烟气量/m3(标干)·kg－1;

Cgy——排烟干烟气平均定压比热容/kJ·m－3·℃－1，Cgy=(RO'2CRO2+N'2CN2+ O'2CO2)/100;

RO'2、N'2、O'2——排烟干烟气中 RO2、N2、O2的体积分数[%];

CRO2、CN2、CO2——RO2、N2、O2定压比热容/kJ·m－3·℃－1;

tpy——排烟温度/℃;

VH2O——水蒸气体积/m3(标)·kg－1;

CH2O——水定压比热容/kJ·m－3·℃－3;

α——过量空气系数;

Vok——燃料燃烧的理论空气量/m3(标)·kg－1;

(Ct)Lk——入炉冷空气定压比热容/kJ·m－3·℃－1;

tLk——入炉冷空气温度/℃;

Qnet，v，ar——燃 料 收 到 基 低 位 发 热 量/kJ·kg－1。

为了便于在现场快速估算q2值，设计了q2系数表(见表1)。

表1 过量空气系数α、烟温—q2系数表

1.2 气体未完全燃烧热损失q3

气体未完全燃烧热损失指排烟中残留的可燃气体成分CO、H2、CmHn等未放出燃烧热而造成的热量损失占锅炉输入热量的百分率，计算公式为

q3=(126.36CO'+107.98H'2+358.18CmH'n)

CO'、H'2、CmH'n——排烟干烟气中 CO、H2、CmHn的体积分数/[%]。

为了便于在现场快速估算q3值，设计了q3系数表(见表2)。

表2 过量空气系数、CO'—q3系数表

1.3 锅炉负荷率

实际上锅炉负荷与参与燃烧的燃料量有关，因此如果我们计算了参与燃烧的燃料释放出的热量与锅炉额定出力之间的比值，则可以根据《工业锅炉热工性能试验规程》(GB/T10180－2003)计算热效率的方法确定锅炉的负荷率。

理论空气量是理论上燃烧1 kg燃料所需的标准状态下的干空气量，由于各种燃料相对于发热量为4 186 kJ所需的空气量基本上是固定的，因而知道燃料发热量就可以方便而准确的计算出理论烟气量，然后根据实际烟气量计算有效燃煤量及发热量。如烟煤(灰分＞15%)经验公式如下[10]。

Vy——实际烟气量/m3(标)·kg－1。

锅炉燃料燃烧释放出的热量为 Qnet，v，arQ'N/Vy，既扣除q4后的参与燃烧的燃料放出的热量，则存在下式

K'=(Qnet，v，arQ'N/Vy)/(锅炉额定功率 × 3600)

K'——燃料燃烧放出的热量占锅炉额定出力的比例;

Q'N——标准状态下干烟气流量/m3(标干)·h－1。

为了便于在现场快速估算K'值，设计了K'系数表(见表3)。

表 3 过量空气系数、Qnet，v，ar － K'系数表

锅炉负荷率K可按下式计算:

q'2、q'3:计算公式同 q2、q3，计算时以 K'代替100－q4

正常情况下，锅炉散热损失q5是一项较小的热损失，可按表4确定这项损失[9]。

表4 锅炉散热损失

锅炉灰渣物理热损失(q6)指炉渣和漏煤排出锅炉时所带出的热量占锅炉输入热量的百分率，一般在0.5%左右，且变化不大，本文按0.5%计算。

2 实例

乌西车辆段DHL20－1.25－AII型锅炉监测数据:烟气流量24 926 m3(标干)/h，烟温:162℃，冷空气温度:18℃，O':10.9%(α:2.06)，CO:487 ppm，H2:47 ppm，CmHn:64 ppm，CO2:9.09%。

按上述公式计算 q2=9.6%，q3=0.5%，K=82%。

简易查表法:按 α =2.1、Qnet，v，ar=25 000 kJ/kg查表3 并计算:K'=700 ×1.3437/10=94.1(%)，按α =2.1、tpy=160℃查表1并计算:q2=0.114×85=9.7(%)，q'2=0.114 × 94.1=10.7(%);按 α =2.1、CO'=0.05查表2并计算:q3=0.6×85/100=0.5(%)，q'3=0.6 ×94.1/100=0.6(%);计算 K=K'－q'2－ q'3－ q5－ q6=94.1－10.7 －0.6 －1.7 －0.5=80.6(%)。

数据表明:排烟损失热量(q2∶9.6%)数值偏大，原因为排烟温度较高，应检查锅炉尾部受热面及省煤器状况，加强锅炉吹灰。气体未完全燃烧热损失热量(q3∶0.5%;燃煤的层燃炉 q3一般在 0.3% ～1.0%之间)在正常范围之内，锅炉负荷率:80.6%，在正常范围之内。

应用烟气参数确定锅炉负荷与流量孔板法等方法的实测数据对比见表5，公式计算负荷率与实测方法测试的负荷率相比较其相对误差在－2.4% ～4.2%之间，查表估算负荷率与实测方法测试的负荷率相比较其相对误差在－5.1% ～3.1%之间。

表5 应用烟气参数确定锅炉负荷与标准方法数据表(%)

3 结论

通过对K、q2、q3的公式计算与查表计算结果相差在3%以内，因此推荐使用查表法。

在计算过程中出现K'＞100，仅表示有效燃料释放出的能量大于锅炉额定出力。

可以通过炉渣含炭量的测试准确的计算q4，同时计算锅炉热效率。

方法产生的误差主要来源于烟气流量和烟气含氧量测试的准确性，为了保证准确测量烟气流量，要求严格按照测试标准的要求选取测试断面，需要时可加密测点;对烟气含氧量应多次测试，取其平均值，以使计算结果更客观实际。

在锅炉烟气污染物测试过程中，应用烟气参数通过计算或查表估算锅炉的负荷率，公式计算值、查表估算值与实测值具有较好的一致性，公式计算负荷率的相对误差为－2.4% ～4.2%。查表估算负荷率的负荷率相比较其相对误差为－5.1% ～3.1%，方法简便、实用。本文仅应用于燃烧烟煤的锅炉负荷率、q2、q3估算，如使用其它燃料，可参照本文推导公式和制定表格。

[1]GB5468－1991，锅炉烟尘测试方法[S].

[2]薛峰，李茂东，张振顶.2 t/h燃气锅炉的节能分析[J].节能技术，2011，29(4):382 －384.

[3]曾建微.循环流化床锅炉运行经济性分析及节能途径[J].节能技术，2005，23(4):378 －381.

[4]金成万.浅谈链条锅炉的经济运行[J].节能技术，2010，28(4):377 －380.

[5]朱宇龙，陆涛，青俊，等.小型燃煤蒸汽锅炉节能技术分析[J].节能技术，2010，28(6):569 －572.

[6]封军.工业锅炉节能监测分析[J].节能技术，2006，24(05):478－480.

[7]刘平安，张晓东.略论工业锅炉经济运行与节能的途径[J].节能技术，2008，26(3):279 －282.

[8]李昕明.由锅炉经济运行情况浅析节能技术管理工作[J].节能技术，2008，26(2):191 －193.

[9]GB/T10180－2003，工业锅炉热工性能试验规程[S].

[10]天津市锅炉压力容器学会，机械工业沈阳教材编委会.工业锅炉技术管理手册[M].沈阳:东北工学院出版社，1987:156－181，850－919.