一台燃气锅炉能效测试结果分析及值得探讨的问题

刘明舜

（福建省锅炉压力容器检验研究院泉州分院，福建 泉州 362000）



一台燃气锅炉能效测试结果分析及值得探讨的问题

刘明舜

（福建省锅炉压力容器检验研究院泉州分院，福建 泉州 362000）

锅炉运行工况热效率简单测试方法因其快速简便，经常被用来作为节能评估的一项依据。文中介绍了一台WNS1-1.25-Y.Q燃气锅炉热效率简单测试的测试方案，通过对其测试结果和检验结论进行分析，发现按照现行的规范TSG G0002-2010和TSG G0003-2010来评价该燃气锅炉能效状况，会存在测试结果有偏差、检验结论不准确等问题。经文献查阅，结合试验数据，进一步探讨更为合乎燃气锅炉能效实际的评价规则，从而为燃气锅炉的节能评价提供指导依据。

燃气锅炉；热效率；过量空气系数；热损失

1　引言

2010年，国家质检总局发布了TSG G0003《工业锅炉能效测试与评价规则》和TSG G0002《锅炉节能技术监督管理规程》，对锅炉节能的设计、制造、安装、维修改造、使用、检验检测、能效指标等各方面作了相应的规定，并对工业锅炉的能效测试方法进行了规范［1-2］。因此，对于工业锅炉能效测试而言，这两份《特种设备安全技术规范》无疑是目前最具权威的指导性文件。

因其快速简便，锅炉运行工况热效率简单测试方法经常被检验检测机构用来作为节能评估的一项依据而广泛采用。锅炉热效率简单测试是指对在用工业锅炉进行主要参数的简单测试，用于快速判定锅炉实际运行能效状况。其测试方法是采用反平衡法进行测量，锅炉热效率值也按照反平衡法来计算［1］。相对于固体燃料的锅炉而言，燃气（油）锅炉由于不存在固体未完全燃烧热损失（q4）和灰渣物理热损失（q6），热损失主要来自排烟热损失（q2）、气体未完全燃烧热损失（q3）和散热损失（q5）这三方面。文中以某食品厂一台WNS1-1.25-Y.Q燃气锅炉的热效率测试和计算结果为例，通过对其测试结果和检验结论进行分析，发现按照现行的规范TSG G0002和TSG G0003来评价该燃气锅炉能效状况，会存在测试结果有偏差、检验结论不准确等问题。通过试验数据结合有关文献，进一步探讨更为合乎燃气锅炉能效实际的评价规则，从而为燃气锅炉的节能评价提供指导依据。

2　锅炉热效率测试方案及计算结果

2.1测试依据

相关测量项目按照TSG G0003-2010、TSG G0002-2010和GB/T 10180-2003要求的方法进行测量［1-3］。

2.2测试说明及仪表

正常生产运行负荷工况下，以反平衡法；测试时间为0.5h，烟气测量7次，每次间隔5min，取算术平均值作为测试结果；测点选择锅炉最后一节受热面1米内的排烟出口处。尾部烟气各成分及含量由testo 340型烟气分析仪测量；排烟温度和入炉冷空气温度分别由两台testo 925型数字温度计测量；测试时间由Z-2008A型秒表测量。

2.3测试结果与计算

某日，在锅炉运行工况稳定1h后，对该锅炉进行热效率简单测试，现场原始记录见表1。

表1　WNS1-1.25-Y.Q锅炉能效测试原始记录

2.4计算结果与检验结论

根据反平衡法计算，锅炉的过量空气系数α、各项热损失和锅炉热效率值的计算结果详见表2。其中，数值1是按照TSG G0003方法的计算结果；数值2根据下文公式（1）修正了q3的取值，其余各项计算同数值1；数值3根据下文查表法修正了q5的取值，其余各项计算同数值1。

表2　反平衡法计算锅炉各热损失和热效率与修正值比对

由上表数值1，根据TSG G0002和TSG G0003，该锅炉热效率简单测试的检验报告结论可描述为：锅炉在正常生产运行负荷工况，其排烟处过量空气系数α为0.89，符合要求（≤1.15）；排烟温度为192.5℃，偏高（应≤170℃）；其中，排烟热损失（q2）占5.77%，气体未完全燃烧热损失（q3）占1.00%，散热损失（q5）占4.46%（因不明出力，按65%额定出力折算），热效率为88.77%，达到TSG G0002所规定限定值（即88%）以上的要求。

3　值得探讨的问题

检验结论的准确描述，是对锅炉用户在节能改进具有直接的指导意义。纵观上述结论，结合该台锅炉实际情况，笔者认为在过量空气系数α是否处于合理范围以及气体未完全燃烧热损失（q3）和散热损失（q5）的取值存在有很大的讨论空间。

根据TSG G0002第九条规定：锅炉排烟处的过量空气系数应当符合以下要求：“（三）正压燃油（气）锅炉，不大于1.15”。从计算结果来看，该台燃气锅炉的过量空气系数α为0.89是符合要求的。但是，从测试数据来看O2和CO2的风配比显然不合适，且从烟气中CO含量过高可以判断，有大量的天然气不完全燃烧，这显然是空气中氧气供给不足造成的。因此，这样的过量空气系数是不合理的。然而，在现行规范里没有针对过量空气系数合理范围给出下限，造成检验结论的描述不准确。

3.2气体未完全燃烧热损失（q3）的取值

表3　气体不完全燃烧损失取值

然而，根据锅炉定型测试和详细测试经验，当CO含量大于1%时，其实际的气体不完全燃烧损失将达1.3%以上，有的甚至是10%以上。如果再按照这种取值方法，就会存在着较大的误差。因此，表3中经验取值已无法准确地反应锅炉实际热损失状况，应对当q3的取值重新修正。据文献［7-8］报道，采用以下经验公式（1）可以计算出更加合乎实际的q3值，并辅以大量数据验证其合理性和准确性。

q3= 0.11 （αpy - 0.6） × 30.2 CO （1）

若按以上公式计算，该锅炉的q3为5.36%，比按表3取值该项热损失增加4.36%，当其它热损失计算方法不变时，则该锅炉的实际热效率值应为84.41%（见表2数值2）。

根据TSG G0003，锅炉的散热损失（q5）是根据表4中对应的额定出力进行取值，再按照实际运行负荷进行相应的折算。

表4　蒸汽锅炉额定出力下散热损失

众所周知，表4中的数值已沿用几十年。但随着锅炉制造技术和保温技术的大力提升，散热损失已经大大降低。因此，表4的取值比实际值普遍偏大。据文献［8］报道，通过热流计法可以较为准确地测出锅炉的散热损失。表5为热流计法测量燃气锅炉散热损失的经验取值。通过表4和表5两组数据对比，可以很直观地看出表5给出的q5明显比表4中的数值要小，更能符合现代锅炉散热损失的实际值。因此，若根据表5经验取值，该锅炉的q5实为1.44%，比按表4取值该项热损失下降3.02%，当其它热损失计算方法不变时，则该锅炉的实际热效率值可达91.79%（见表2数值3）。值得一提的是，表5中的q5经验取值的准确性还有待大量的实验数据加以验证及完善。

表5　热流计法测试的散热损失

4　结论

通过对一台WNS1-1.25-Y.Q燃气锅炉的热效率简单测试结果和检验结论分析，发现现行的TSG G0002和TSG G0003对于燃气锅炉能效评价会存在某些不适用问题。文中对此展开讨论，并结合文献，给出更为合乎实际的评价方法，以便能更好地指导燃气锅炉的燃烧。主要可归纳为：（1）过量空气系数α合理范围在1.00-1.15为宜；（2）气体未完全燃烧热损失（q3）的取值可以参考采用经验公式q3=0.11（α-0.6）×30.2CO；（3）散热损失（q5）的经验取值可以参考表5。总而言之，燃气锅炉本身燃料成本较高，节能降耗意义更为重大，准确的评价方法和规则将更加有效地指导其合理燃烧和节能改进。因此，对锅炉能效测试计算方法和评价方法的研究，必将成为今后锅炉节能评价的一大重要研究方向。

［1］ TSG G0003-2010. 工业锅炉能效测试与评价规则［S］.

［2］ TSG G0002-2010. 锅炉节能技术监督管理规程［S］.

［3］ GB/T 10180-2003. 工业锅炉热工性能试验规程［S］.

［4］宋洪鹏，周屈兰，惠世恩，等.过量空气系数对燃气燃烧中NOx生成的影响［J］.节能，2004（1）：12-13.

［5］赵软新，惠世恩.燃油燃气锅炉［M］.西安：西安交通大学出版社，2000.

［6］张文胜，张树林，蒙剑琼，等.中小型燃气锅炉热效率估算［J］. 工业锅炉， 2005（1）： 20-22.

［7］张晓明，净晓春，魏小光.对TSG G0003-2010《工业锅炉能效测试与评价规则》中气体未完全燃烧损失计算的改进建议［J］. 中国特种设备安全， 2015（11）： 6-10.

［8］程静，谢常欢，吴继权，等.《工业锅炉能效测试及评价规则》的相关问题［J］.中国特种设备安全，2013（6）： 50-51.

Analysis of Energy Efficiency Test Results of a Gas-fired Boiler and some Problems to Be Discussed

LIU Ming-Shun
（Quanzhou Branch of Fujian Boiler and Pressure Vessel Inspection Institute， Quanzhou 362000， Fujian， China）

The simple test method for thermal efficiency of boiler operating conditions is often used as one of basis for the evaluation of energy saving. The scheme for a WNS1-1.25-Y.Q gas-fired boiler thermal efficiency simple test is introduced in this paper. After analyzing test results， it's found that evaluating the gas-fired boiler energy efficiency status is in accordance with the current specification TSG G0002-2010 and TSG G0003-2010， such as deviated calculation results， inaccurate conclusion. With the aid of literature， combined with test data， the further discussion is more in keeping with the actual evaluation rules of gas-fired boiler energy efficiency， so as to provide guidance for the evaluation of gas-fired boiler.

Gas-fired boiler； Thermal efficiency； Excess air coefficient； Heat loss

2016-06-28

刘明舜，男，福建省锅炉压力容器检验研究院泉州分院，检验员，工程师，硕士