《工业锅炉热效率在线监测技术规范》的编制说明

柯丽娜



《工业锅炉热效率在线监测技术规范》的编制说明

柯丽娜1，2

（1 福建省计量科学研究院，福建 福州 350003）
（2 福建省能源计量重点实验室，福建 福州 350003）

摘要：文中介绍了《工业锅炉在线监测技术规范》的编制背景、依据、制订的主要原则，及有关技术要求确定的理由；目的督促工业锅炉长期、稳定地在较好工况下运行，提高能源利用率。

关键词：工业锅炉热效率；在线监测

1　前言

工业锅炉广泛应用于各行各业，是化工、建材、钢铁等众多行业消耗化石燃料的主要热能转换设备。根据《福建省节约能源条例》和国家发改委、环境保护部、财政部、国家质检总局等七个部委联合下文的《关于印发燃煤锅炉节能环保综合提升工程实施方案的通知》（发改环资〔2014〕2451号文）以及国务院《能源发展战略行动计划（2014-2020年）》（国办发〔2014〕31号文）的“节约优先战略”等法规和文件的有关要求、精神，对工业锅炉热效率进行有效监测，督促锅炉长期、稳定地在较好经济工况下运行，提高能源利用率，将有助于提升工业锅炉的运营管理水平。

1.1 工业锅炉的现状和存在的主要问题

1.1.1现状［1］

我国锅炉以燃煤为主，其中燃煤电站锅炉近年来向大容量、高参数方向快速发展，无论是生产制造还是运营管理均已接近国外先进水平；而燃煤工业锅炉保有量大、分布广、能耗高、污染重，能效和污染控制整体水平与国外相比还有一定的差距，节能潜力巨大。［1］截至2012年底，我国在用燃煤工业锅炉达46.7万台，总容量达178万蒸吨，年消耗原煤约7亿吨，占全国煤炭消耗总量的18%以上。我国燃煤工业锅炉整体能效水平较低，其实际运行效率比国际先进水平低15个百分点左右，具有较大的节能潜力。［1］

1.1.2存在的主要问题［1］

（1）一是技术装备落后；二是经济运行水平不高；三是燃料匹配性差；四是环保设施不到位；五是政策法规不完善。［1］

（2）在线监测是在现有锅炉技术装备和设备条件下、已有的工业锅炉节能监督政策下，进一步节约能源、提高能源利用率的有效手段之一。

在现有的锅炉技术装备条件下，采用在线监测技术，及时掌握实时锅炉热效率，通过已有的工业锅炉节能政策的指导和标准的监督，加强锅炉设备的技术管理，对设备修复、改造，使锅炉长期、稳定地在较好的经济工况下运行；减少能源、工质、热量的浪费，是节约能源、提高能源利用率的有效手段之一。

为此，福建省质监局下达了制订《工业锅炉热效率在线监测技术规范》的工作任务，进一步加强福建省工业锅炉节能监督管理，促进工业锅炉能效水平的提升。

2　任务来源

编制《工业锅炉热效率在线监测技术规范》工作是根据福建省质量技术监督局《关于印发第三批福建省地方标准制修订计划项目的通知》（闽质监标〔2014〕279号文）而开展的，为首次制定。

2.1编制《工业锅炉热效率在线监测技术规范》的必要性

（1）工业锅炉现场尚缺乏锅炉热效率热效率在线监测与监控装置。

如前言所述，工业锅炉现状与存在的问题不容忽视。但在锅炉使用现场还尚缺乏在线监测、监控锅炉从点火到停炉时段的运行热效率测量装置，无法及时掌握实时热效率等技术指标。

为落实《GB/T17954-2007工业锅炉经济运行》、《DB35/T996-2010燃煤工业锅炉经济运行》、《DB35/ T995-2010燃油工业锅炉经济运行》、《DB35/ T994-2010燃气工业锅炉节能监测方法》等标准要求，发挥各标准指导、监督锅炉运行的作用，有必要配备锅炉热效率在线监测装置以及时掌握实时锅炉运行热效率，因此，有必要制订《工业锅炉热效率在线监测技术规范》，以统一的技术要求，规范工业锅炉运行热效率在线监测技术，有利于工业锅炉节能监督、监控工作开展。

（2）锅炉能源利用率的高低应该用一个统计期内有效供热量与所消耗燃料热量的比值来衡量。

目前，国内按照《GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程》要求、采用人工方式对工业锅炉进行周期性检测和锅炉性能试验；反映了锅炉所能达到的热效率水平，是锅炉应达能力水平的体现。锅炉从点火到停炉期间包括了锅炉启、停、排污、燃烧调整、设备状况等诸多因素对锅炉热效率的影响，锅炉能源利用率的高低，应该用锅炉在一定的统计周期（或如一个采暖期）内有效供热量与所消耗的燃料热量总和的比值来衡量［2］。

所以，制订、实施《工业锅炉热效率在线监测技术规范》以监测一个统计期内锅炉能源利用率的高低。

（3）工业锅炉在线监测仍适用于后续新型节能环保替代品的煤粉锅炉。

随着《GB/T13271-2014锅炉大气污染物排放标准》于2014年7月1日的颁布实施，部分工业燃煤锅炉或将由新型节能环保型煤粉锅炉替代。工业锅炉热效率在线监测仍适用于新型节能环保型煤粉锅炉。

（4）制定“工业锅炉热效率在线监测技术规范”，成为地方标准，消除技术堡垒，提供验证工作效果的统一衡量准则。

制定“工业锅炉热效率远程在线监测技术规范”为地方标准，消除技术堡垒；便于锅炉间运行经济技术指标的比较、评价，利于企业、行业、政府职能部门等各方，以标准的统一、协调、程序化来进一步推动工业锅炉节能降耗工作的全面展开。

（5）制定与实施《工业锅炉热效率在线监测技术规范》为地方技术标准，是落实《福建省节约能源条例》的一个技术管理措施。

2012年7月27日福建省第十一届人民代表大会常务委员会第三十一次会议通过的《福建省节约能源条例》的第九条明确指出：“省人民政府质量技术监督主管部门会同同级节能主管部门根据节能工作实际，组织制定用能产品、设备能源效率和高耗能产品能耗限额等地方标准，建立健全地方节能标准体系；会同同级有关部门建立能源计量数据的采集、应用管理制度，并组织实施。”又在第二十二条、第三十二条、第四十六条等条款规定了“用能设备的用能效率不符合本省节能规定的，用能单位应当进行更新改造”以及明确处罚条款。

制定与实施《工业锅炉热效率在线监测技术规范》是符合《福建省节能管理条例》的工作要求。

（6）制订《工业锅炉热效率在线监测技术规范》补充和完善锅炉运行节能环保技术规范的地方标准，符合国家发改委等七个部委联合下文《燃煤锅炉节能环保综合提升工程实施方案》的要求。

综上所述，有必要制定并实施《工业锅炉热效率在线监测技术规范》。

2.2工业锅炉热效率在线监测的作用与目的

（1）作用

工业锅炉热效率在线监测解决了工业锅炉运行工况下的锅炉热效率、能耗水平无法及时准确掌握的问题；及时为锅炉提供当前的运行技术指标和可以改进的方向；可用于锅炉监控、节能监督，可避免燃料浪费、能量工质流失，提高能源利用率，是一种很好的监测管理手段和节能技术管理工具。

（2）目的

一是工业锅炉使用单位建立工业锅炉热效率在线监测系统，并加强锅炉调节，修复设备缺陷或技术改造，减少能量损失和工质流失，促使锅炉长期、稳定地在经济性较好的工况下运行，提高能源利用率。

二是建立政府统一监测平台，监控锅炉达到GB/T17954、DB35/T996、DB35/T995、DB35/T994等各标准或更高的要求，为政府节能职能部门监督促进工业锅炉节能减排工作的全面开展提供技术数据支持，促进工业锅炉能效水平的提升。或比如：借助于2008年底由省政府规划、国家质检总局批准成立国家城市能源计量中心（福建）的能源计量数据在线采集与监测公共平台对省内工业锅炉进行监测，监控锅炉长期、稳定在较高效率工况下运行。

2.3 标准的先进性

2014年底由福建省质量技术监督局提出的、下达制订《工业锅炉热效率在线监测技术规范》的工作计划任务符合福建省地方节能降耗的工作需要，填补地方乃至国内工业锅炉热效率在线监测技术规范的标准空白。

3　本标准与《GB/T10180-2003 工业锅炉

热工性能试验规程》的关联和区别

3.1本标准与《GB/T10180-2003 工业锅炉热工性能试验规程》的关联

本标准按照《GB/T10180-2003 工业锅炉热工性能试验规程》中锅炉参数测点位置、参数测量的仪器仪表准确度等级的要求进行规范工业锅炉热效率在线监测测量参数的技术要求。

3.2本标准与《GB/T10180-2003 工业锅炉热工性能试验规程》的区别

3.2.1测试工况条件不同

（1）《GB/T10180-2003 工业锅炉热工性能试验规程》用于工作压力小于3.8MPa的蒸汽锅炉以及热水锅炉的定型试验、验收试验、仲裁试验和运行试验。其测试工况条件是锅炉热工况稳定、关闭连排和定排等条件下进行锅炉热效率测试。

（2）《工业锅炉热效率在线监测技术规范》对锅炉热效率的监测是在锅炉运行过程中定期排污、连排不关闭、锅炉运行工况或有不稳定的条件下测试一个统计期内锅炉热效率，也监测锅炉排污对运行热效率的影响。

3.2.2两者侧重点不同

《GB/T10180-2003 工业锅炉热工性能试验规程》侧重用于人工方式实测、锅炉产品应达能力的性能鉴定和周期性检测。《工业锅炉热效率在线监测技术规范》侧重用于在线实测、实时掌握一个统计期内的锅炉运行热效率。

3.3 两者服务的对象相同，最终目的相同

两者服务的对象均是工业锅炉产品。

（1）《GB/T10180-2003 工业锅炉热工性能试验规程》规定了人工测试锅炉产品热效率的测试方法，锅炉产品性能鉴定和周期性检测锅炉热效率对工业锅炉节能降耗是必不可少的。

（2）工业锅炉热效率在线监测在锅炉热效率周期性检测前后的空档期，监测、监控锅炉运行经济性。工业锅炉的节能降耗需要锅炉应用在线监测其运行经济性。

工业锅炉的节能降耗需要这两者共同发挥应有的作用。

4　编制工作简介

4.1标准制定的依据

标准依据的主要法律法规是《福建省节约能源条例》、《能源计量监督管理办法》、《中华人民共和国节约能源法》、《中华人民共和国计量法》法规和国家关于节能减排等方面政策等。

4.2标准制定的原则

4.2.1标准制定的原则

（1）以国家标准《GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程》要求为指导，规定《工业锅炉热效率在线监测技术规范》的测点位置、参数测量的仪器仪表准确度等级要求；其中，要求给水流量计准确度等级优于或等于0.5级。

（2）本着节约资源的原则，避免建设的再次投入，统一技术要求。

为避免数据通讯间的多次转换，减少在线监测建设的再次投入。本标准对工业锅炉热效率在线监测系统的平台结构、协议层次和通讯协议建议采用《GB/T 29873-2013 能源计量数据公共平台数据传输协议》的平台结构（GB/T 29873的图1）、协议层次和通讯协议。仪表数据接口技术协议建议采用《GB/T 29871-2013 能源计量仪表通用数据接口技术协议》。数据集中采集终端建议采用《GB/T 29872-2013 工业企业能源计量数据集中采集终端通用技术条件》。数据传输协议建议采用《GB/T 29873-2013 能源计量数据公共平台数据传输协议》。

考虑工业锅炉系统自控装置、参数测量设备的配备参差不齐。有的锅炉配置自控系统、测量设备水平较高，但有的锅炉却是基本能源测量设备也缺失，考虑应有一个适应、过渡的过程，本标准定为推荐性标准。

4.2.3标准的适用性及锅炉热效率在线监测的各项技术指标

工业锅炉多为中小型企业使用。热效率是锅炉性能综合反映的技术指标之一，综合考虑配置设备的费用、维修与维护的便利、在线监测的及时性、实用性；工业锅炉热效率在线监测系统的目标既能监测热效率又能监控热损失。而监测锅炉反平衡热效率需配备实时监测锅炉尾部受热面飞灰可燃物含量的设备，该设备的费用及维护成本高，考虑以经济适用为原则，暂只确定工业锅炉正平衡热效率为在线监测的首要技术指标。因此，有下列六个技术指标。

（2）因蒸汽锅炉只有对外输送的蒸汽或热水具有热交换或作功能力，则确定锅炉实际利用热效率sj（%）为工业锅炉热效率在线监测的技术指标之一。

（3）在锅炉各项热损失中，排烟损失是影响锅炉热效率最大的两项热损失之一，一般为5%-12%，占锅炉热损失的60%-70%，影响排烟热损失的主要因素是排烟温度［3］。则，确定排烟温度为工业锅炉热效率在线监测的技术指标之一。

（4）锅炉排污是锅炉运行中的一个重要环节，它不仅影响锅炉安全运行，也关系到锅炉运行的能源损失；排污率每增加1%，浪费的能源是该炉能耗的0.3%～1%［4］。则，确定锅炉排污扩容器前的排污率为工业锅炉热效率在线监测的技术指标之一。

（5）吨蒸汽原燃料消耗量，kg/t或m3/t。反映吨蒸汽所消耗的原燃料量。为锅炉车间班组竞赛提供直观的技术经济性指标。

所有产妇入室后均持续心电监护,建立静脉通路,输注复方乳酸钠,剂量为400ml左右,观察患者采用腰硬联合麻醉,取左侧卧位,以L3~4间隙为穿刺点应用AS-E/S型16号腰硬联合麻醉穿刺针进行穿刺。穿刺成功后罗哌卡因组以0.2ml/s的速度向蛛网膜下间隙注入0.75%布比卡因(国药准字H20123147)+10%葡萄糖注射液1m L,输注完毕后留置硬膜外导管;术中根据病情酌情增减麻药,若基础血压下降大于20%给予麻黄碱15mg并加快输液速度;若心率小于60次/min则给予阿托品0.5 mg[2]。

（6）吨蒸汽标准煤量，t/tce。可用于不同容量、燃用不同燃料品种之间锅炉的对比、分析。

4.3编制组制订《工业锅炉热效率在线监测技术规范》的过程简述

4.3.1确定技术要求

4.3.1.1 查阅锅炉热效率的误差限，主要有：

（1）《GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程》的锅炉热效率误差7.7c）条款：“每次试验的正、反平衡测的效率之差应不大于5%，两次试验测量的正平衡效率之差应不大于3%，两次试验测得的反平衡效率之差应不大于4%。但是，对于燃油、燃气锅炉各种平衡的效率值之差均应大于2%。”［5］。美国锅炉性能试验规程《ASME PCT4-2008 Fired Steam Gennerators Performance Test Codes》，采用人工测试方法、输入-输出法（正平衡方法）的锅炉热效率不确定度为3%～6%（但备注人工测试方式不推荐采用正平衡法）［6］。暂定以工业锅炉热效率在线监测的不确定度为3%（=2）为限，对在线监测的能源计量器具进行选型配置。

（2）工业锅炉热效率在线监测不确定度分析。

文献［7］以燃煤饱和蒸汽锅炉为例，当入炉燃料量、蒸汽流量、蒸汽压力（温度）、给水流量、给水温度（压力）以文献［7］的表1中仪表准确度等级配置时，对在线监测的工业锅炉热效率不确定度进行B类评定，得出其相对扩展不确定度=2时，r=2.1%［7］。而入炉燃料计量装置配置不同准确度等级设备时，引起的在线监测工业锅炉热效率不确定度变化分析，如表1所示。

表1　入炉燃料计量装置配置不同准确度等级设备的在线监测锅炉热效的不确定度分析表

从表1可看出，当入炉燃料量的计量装置准确度等级优于2.0级时，工业锅炉热效率在线监测的不确定度可满足《GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程》中的“两次试验测量的正平衡效率之差不大于3%”的误差要求。

标准中对入炉燃料计量装置准确度等级要求为0.5级［8,9,10］，实际运行中入炉燃料配置的计量器具准确度等级必须优于2.0级。

4.3.2 标准的形成过程

一个标准的形成是长时间的科研与实践相结合的结果。同样，《工业锅炉热效率在线监测技术规范》的形成也是科研与实践的过程。

4.3.2.1科研项目的研发

《锅炉煤耗/效率监测系统的研究》（FJQI2009027）和《锅炉热效率远程监测系统的研究》（2010QK019）的完成实现了锅炉热效率在线监测。经过不断的完善，《锅炉煤耗/效率在线监测系统的研究与应用》获得福建省2012年度科学技术进步奖二等奖，得到福建省人民政府的肯定。

4.3.2.2政府和职能部室的联合发文推动工业锅炉热效率在线监测工作的开展

福建省质监局、原福建省经贸委联合发文《关于开展重点用能企业蒸汽锅炉热效率数据采集试点工作的通知》（闽质监量〔2011〕288号），开展蒸汽锅炉（不含电站锅炉）热效率监测。在2012年、2013年的原福建省经贸委、福建省质监局联合发文（闽经贸环资〔2012〕394号文和闽经贸环资〔2013〕308号文）把工业锅炉热效率在线监测列入能源计量数据采集工作，推进工业锅炉节能降耗，加强福建省工业锅炉的节能监督与管理。

4.3.2.3工业锅炉热效率在线监测的实践应用

2008年底，经福建省政府规划、国家质检总局批准成立国家城市能源计量中心（福建）的能源计量数据在线采集与监测公共平台已有工业锅炉热效率在线监测系统，展开了工业锅炉热效率在线监测的实践应用。

（1）工业锅炉热效率在线监测监控锅炉排污率，控制锅炉燃料消耗量。如图1、图2、图3所示（因对企业保密承诺，隐去企业名称），图1是监控到锅炉连排阀门门芯脱落而导致排污率异常；图2是该台炉连排阀门修复后的锅炉热效率界面图；图3是另一时段该台炉热效率界面图。从监测数据来看，该炉排污率每增加1%，该炉燃料消耗量增加约0.8%。

图1　20吨锅炉连排阀门泄漏引起锅炉热效率低的界面图

图2　20吨锅炉连排阀门泄漏修复后的锅炉热效率界面图

图3　公司近期锅炉热效率界面图

（2）锅炉热效率监测系统的监控，使企业调节锅炉在较高热效率运行。图4和图5是某公司的DHCF25-1.25-WⅡAⅠ型锅炉分别在两个时段锅炉热效率界面图，锅炉年产汽量以16万吨计，若锅炉长时间控制调节热效率在72.25%状态下运行，则年可节约2115吨原煤，以每吨原煤为500元计，年可节省100万元成本。

图4　福建某一有限公司DHCF25-1.25-WⅡAⅠ型锅炉热效率界面图

图5　福建某一有限公司DHCF25-1.25-WⅡAⅠ型另一时间段锅炉热效率界面图

（3）通过锅炉热效率在线监测，及时查找设备缺陷，采取技术改造或修复，提高锅炉热效率，节约燃料。

2010年底锅炉热效率监测系统监测到某一公司的一台SHL10-1.25-AⅡ型锅炉热效率仅为60%左右，且排烟温度高达226.3℃。经对炉膛受热面适当改造，消除烟气回路短路等缺陷，清灰除垢。重新点炉、细化燃烧调整，测得排烟温度下降到167.2℃，锅炉热效率在68%-70%之间，如图6所示。

图6　某一公司SHL10-1.57-WⅡ型号锅炉改造前后对比图

（4）应用锅炉热效率在线监测，一是及时避免锅炉工质流失，减少热量损失、燃料浪费；二是监控并避免较高锅炉热效率的滑落。比起原先无监测、无监控导致设备缺陷无从知晓、锅炉运行热效率无法及时掌握的状况，节能效果、经济效益不言而喻。

（5）科研与实践结合的应用，促使了标准的形成，标准的制订与实施将监控锅炉在较好状态下运行。

5　结语

（1）工业锅炉运行的节能降耗，需要锅炉性能试验、周期性检测和锅炉热效率在线监测共同发挥应有的作用。

（2）持续、常态化地发挥工业锅炉热效率在线监测及时性、有效性等优点与作用，需要社会、政府监管部门、工业锅炉使用单位等各方共同维持。

（3）工业锅炉热效率在线监测有利于工业锅炉使用单位、政府监管部门、社会等各方对锅炉运行监督管理，提高能源利用率。《工业锅炉热效率在线监测技术规范》制定与实施将加强工业锅炉运行的监督、提高运行管理水平，达到节约能源、保护环境目的。

参考文献

［1］国家发改委《关于印发燃煤锅炉节能环保综合提升工程实施方案的通知》（发改环资司〔2014〕2451号文），2014 年10月29日.

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［3］崔海鹏.排烟温度对锅炉热效率的影响［D］.华北电力学院，2012.3:2-4.

［4］岳玉玲.工业锅炉排污探讨［J］.工业锅炉，2010.05:41-43. ［5］ GB/T 10180-2003 工业锅炉热工性能试验规程［s］.

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［9］ JJF1054-2012锅炉燃煤自动计量装置校准规范［s］.

［10］ GB/T 18603-2014 天然气计量系统技术要求［s］.

［11］ GB/T 29871-2013 能源计量仪表通用数据接口技术协议［s］. ［12］ GB/T 29872-2013 工业企业能源计量数据集中采集终端通用技术条件［s］.

［13］ GB/T 29873-2013 能源计量数据公共平台数据传输协议［s］.

收稿日期：2016-03-11

项目基金：福建省地方标准制修订计划项目（闽质监标〔2014〕279号）

作者简介：柯丽娜，女，福建省计量科学研究院，高级工程师

Preparation Instructions of "Technical Specification for Online Monitoringof Thermal Efficiency of Industrial Boiler"

KE Li-Na1，2
（1 Fujian Institute of Metrology， Fuzhou 350003， Fujian， China）（2 Fujian Provincial Key Laboratory of Energy Metrology， Fuzhou 350003， Fujian， China）

Abstract:This paper introduces theestablishment background， basis， establish the main principleandthe relevant technical requirements determine the reasonin"technical specifcation for online monitoring of thermal effciency of industrial boiler"，to urge industrial boiler and stably for a long time in good running condition， and improve energy utilization.

Key words:Thermal effciency of industrial boiler； Online monitoring