第二節　鍋爐熱效率

一、加強鍋爐房管理

要提高鍋爐熱效率，必須設法降低各項熱損失。為此就需要定量確定各項熱損失的分布與流向，通常要進行鍋爐正反熱平衡測試或節能診斷。

對于鍋爐熱平衡測試或節能診斷的用途與作用，目前僅限于執法監測。鍋爐設計單位與用戶應該運用這一技術，來指導和改造鍋爐結構，加強鍋爐房管理，制訂針對性節能措施。例如：

①對鍋爐經濟運行現狀進行真實的分析與評價。經過測試或診斷，對該鍋爐結構是否合理，燃燒調整與控制是否良好，操作技術是否得當，各項熱損失大小與流向是否合理，能耗高的原因何在等問題，均應作出科學分析與評價，并提出針對性的改進意見與建議。

②新鍋爐投產后，應按照國家標準規范進行熱工試驗。對能否達到設計水平與合同要求，作出科學鑒定。鍋爐經過技術改造后，也應進行測試，評定其經濟效果。

③為了加強鍋爐房的科學管理，制訂合理的技術操作規程、燃燒調整方法，優選有關操作參數以及制訂合理的燃料消耗定額等，都應該進行實際測定，不斷修改完善。

④目前環保監測僅限于執法，對于如何加強燃料管理與加工，改進設備與操作技術，既提高鍋爐熱效率，又降低污染物排放量、提高脫硫效果，應加強指導，進行深入研究。把二者結合起來，通過實際試驗研究，達到雙贏效果。

二、鍋爐熱平衡原理

所謂鍋爐熱平衡就是在連續穩定運行工況下，弄清鍋爐總收入熱量與有效利用熱量和各項熱損失之間的平衡關系，編制熱平衡表，繪制熱流圖，計算出鍋爐熱效率，并對測試結果進行分析與評價，提出改進意見和建議。有關測試與計算方法，在國家標準GB/T 10180《工業鍋爐熱工試驗規程》和GB/T 15317《工業鍋爐節能監測方法》中都有明確的規定，在此不再贅述。現僅對熱平衡原理與熱效率概念作一點說明。

通常為簡化計算，取環境溫度為基準，在沒有外來熱源加熱的情況下，可認為燃料與空氣帶入的物理顯熱為“0”，即

Q入≈0

因此，可建立鍋爐熱平衡方程式：

∑Q收入=Q有效+Q排　　（2-1）

鍋爐正平衡熱效率為：

鍋爐反平衡熱效率為：

國家標準規定，小型工業鍋爐熱效率以正平衡為準，大中型工業鍋爐以反平衡為準，新標準規定按正反平衡平均值。但在測試時必須都做正反平衡測試，且二者相差不得大于±5％。

三、對鍋爐熱效率的界定與剖析

鍋爐熱效率是經濟運行的綜合性指標，它是評價鍋爐經濟性，并對其進行技術改造與報廢的主要評判依據。通常所說的鍋爐效率是一個總稱，根據不同情況，采用不同的細分名稱，各自含義不同，數值也不同。如設計效率與鑒定效率，測試效率與平均運行效率，毛效率與凈效率及燃燒效率等。有時還會用到現場儀表指示效率、煤汽比等其他一些效率名稱。明確這些名稱的確切含義與不同應用場合，并正確應用與考察，對經濟運行是很有必要的。

1.鍋爐設計效率

在設計鍋爐時，根據鍋爐設計參數和設計燃料品種，以及所確定的結構，經熱工計算而得出的效率，稱為鍋爐設計效率。鍋爐廠家在設計時有一定的效率要求，并載入設計任務書或者產品說明書內，作為鍋爐出廠質量標準的一項重要性能指標，代表了設計水平，是向用戶作出的公開承諾。前已提到，目前我國工業鍋爐設計效率，約72％～80％。JB/T　10094《工業鍋爐通用技術條件》規定了設計條件下工業鍋爐新產品鑒定、檢驗、驗收的最低熱效率指標。

2.鑒定效率（驗收效率）

新產品開發試驗或新安裝鍋爐投產，以及技術改造完成后，按照GB/T 10180《工業鍋爐熱工試驗規程》要求，在規定燃料品種和規定工況下，經過正確運行調試，實際測定的熱效率，作為新產品鑒定或驗收依據，稱為鍋爐鑒定效率，用以考核是否達到了設計效率指標或合同約定要求，作出相應的鑒定或驗收結論。

鍋爐鑒定效率不應低于設計效率，它們之間的差別過大，說明設計或運行調試存在問題，應查明原因，加以改進。

3.運行測試效率

按GB/T 15317《工業鍋爐節能監測方法》或各省市出臺的有關地方標準，在正常生產運行工況條件下，測取各項實際運行參數，計算出鍋爐正反平衡熱效率，稱為鍋爐運行效率。它與鑒定效率的區別在于鑒定試驗時所規定的試驗條件比較嚴格，達到或接近于設計要求且鍋爐是新的。而運行測試效率是在鍋爐運行數年時間且在關閉排污條件下測試的，受熱面難免會發生結垢、積灰、結渣，影響傳熱效率，所用燃料多數不完全符合設計要求，爐體可能不太嚴密，存有跑漏風現象，一般低于鑒定效率。鍋爐運行測試效率，主要反映該鍋爐在生產運行狀態與所用燃料條件下的測試效率水平，即在實際運行條件下所能達到的不包括排污熱損失的最佳測試水平。

4.平均運行效率

鍋爐平均運行效率或稱實際使用效率，所代表的是對鍋爐某一考核期內的平均運行水平或者稱實際達到的水平。它并非直接測試的鍋爐效率，可用統計計算法間接求得，也可根據測試值再加上考核期內排煙溫度、空氣系數、灰渣含碳量以及排污率、負荷率等的變化情況經經驗修正得出。因為在測試時，主要是依據這些參數的測試平均值計算出來的。在一個較長的考核期內，如一個月以至一年內，這些與熱效率相關的參數是變化的，還有正常維護、檢修或者事故等情況的停爐影響。因此，鍋爐平均運行效率必然低于測試效率。但它在一定程度上綜合反映了生產管理方面的影響，更能表征鍋爐房的實際燃料消耗水平，是管理節能的重要內容。

5.儀表指示效率

由于工業計算機的快速發展，在鍋爐控制技術方面的廣泛應用，以及先進檢測儀表的研制出臺，借鑒或結合一些有關經驗數據，可以在線直接測取并顯示運行鍋爐的某些有關參數，通過計算機編程運算，直接顯示鍋爐的瞬時熱效率與主要熱損失值。此種效率值雖沒有前述方法精確，但很直觀，對現場操作調試非常方便實用，目前在電站鍋爐和大型工業鍋爐已有應用，值得推廣。

6.煤汽比

蒸汽鍋爐在統計期內（如一班、一個月或一年），根據實際耗煤量與實際產汽量的累計統計值，來計算煤汽比，求得生產每噸蒸汽的實際耗煤量。既可反映鍋爐的實際燃料消耗指標，是能源統計報表與成本核算的主要數據，又可依燃煤發熱量和蒸汽壓力等相關參數換算成鍋爐平均運行效率。可用于班組與廠際之間的評比考核。

7.毛效率與凈效率

鍋爐設計效率、鑒定效率、測試效率都是毛效率。只要燃料燃燒的熱量傳給工質水就認為是有效的，不管排污熱損失與自用蒸汽等。而凈效率則要扣除自用蒸汽與輔助設備耗電等能量，以便更全面地綜合評價能耗與產生有效熱量之間的關系。一般凈效率比毛效率低2％～4％，但很少用凈效率評價鍋爐熱效率。

8.燃燒效率

鍋爐熱效率的高低，不能完全正確地說明燃燒技術水平的優劣，因為還有排煙溫度、鍋爐系統漏風和保溫狀況等與燃燒技術無關的因素，影響鍋爐效率。燃燒效率的計算式為η2=100％-（q3+q4），％，表明燃料燃燒的完全程度。

9.鍋爐不同效率的用途

通過以上對工業鍋爐熱效率的討論分析，明確了各種熱效率的不同含義、界定情況與所對應的工況，因而，各具有不同的用途。

①鍋爐設計效率主要用作考察設計計算依據、設計水平，是設計、制造廠家對用戶的公開承諾。而產品鑒定是為了評價鍋爐是否達到設計水平或合同約定要求，依據GB/T 10180，測取的鑒定效率來評判。在JB/T10094《工業鍋爐通用技術條件》中規定了鍋爐試驗、檢驗以及新產品投產鑒定時的最低熱效率值，起碼要達到國家標準規定，方可認定合格。

②依據GB/T 10180或GB/T 15317測取的鍋爐測試效率，主要用于鍋爐熱平衡分析，對反平衡的各項熱損失進行分析，并找出原因；對其耗能水平進行診斷，是否達到標準規定，提出改進意見與建議，必要時評判鍋爐是否淘汰或需要進行更新改造。節能監測是執法行為，可依據上述標準是否合格作出評判，并依據GB/T 17954《工業鍋爐經濟運行》與GB/T 3486《評價企業合理用熱導則》等，對其耗能情況進行綜合考評。

③評價一個單位鍋爐房的管理水平或者對其進行考核評比、能耗統計報表、成本核算時，應當用考核期內的鍋爐平均運行效率或產品燃料單耗來進行評判。因為這些指標除與設備狀況、操作技術有關外，還與管理水平、人員素質、各項規章制度貫徹執行情況有關。

④依據國家企業能量平衡通則與統計法的相關規定，在作統計報表或作企業熱平衡時，企業的熱能利用率通常是能源轉換效率（鍋爐效率）、輸送效率（供汽管網）和耗能設備使用效率（設備熱效率）三者的乘積。在此情況下，應用鍋爐平均運行效率或用煤汽比進行換算。

⑤現場操作、燃燒調整時，可參照在線鍋爐儀表的指示效率進行。

⑥燃燒效率是評價燃燒技術的主要依據。不論固體、液體或氣體燃料，用某種燃燒設備進行燃燒時，q3和q4表明了各自的燃盡程度，因而可評判燃料完全燃燒程度的優劣。

四、工業鍋爐熱效率計算方法

有關各項熱損失的測試與計算方法詳見國家標準《工業鍋爐熱工試驗規程》，在此不贅述。這里著重介紹鍋爐平均運行熱效率計算方法。

實際上工業鍋爐熱平衡測試所測得的正反平衡熱效率，只是測試期間的一個瞬間平均值，不能代表一個月或一年的實際平均運行熱效率。因為在某一段考核期內，與熱效率密切相關的排煙溫度、空氣系數、灰渣含碳量與鍋爐負荷率等是變化的，而且在測試時并未包括排污熱損失和鍋爐檢修、維護等影響。因此，應該在保持供熱負荷與燃料質量相對穩定的條件下，尋找一種計算平均運行熱效率的方法。現介紹兩種方法，供參考。

1.用煤汽比換算平均運行效率

從鍋爐正平衡熱效率計算式得知，影響熱效率高低的最主要因素是燃料發熱量、煤汽比（D/B）、蒸汽壓力，此外還有給水溫度（一般可取20℃）、蒸汽濕度（一般可取5％）等，影響很小。因此，它們之間的函數關系可用下式表達：

ηsr=KmKη，％　　（2-4）

式中，Km為煤汽比，按實際耗煤量與產汽量計算；Kη為熱效率換算系數，見表2-1；ηsr為考核期內鍋爐平均運行熱效率，％。

根據多年來對中小型工業鍋爐大量測試資料得知，所用煤的收到基發熱量在18820～25100kJ/kg之間（4500～6000kcal/kg），蒸汽壓力一般為0.3～1.0MPa，煤汽比為4～7左右，特好煤可能達到8。通過計算發現，在一定的發熱量和蒸汽壓力條件下，熱效率換算系數Kη為一個常數，與煤汽比無關，因而可利用表2-1算出鍋爐平均運行熱效率。當燃煤發熱量和蒸汽壓力與表中數值不一致時，可用插入法求取換算系數。

2.用校正法求取平均運行效率

為了將工業鍋爐測試的瞬時熱效率值換算為代表考核期內的平均運行效率，需用考核期內的統計平均排煙溫度、空氣系數、灰渣含碳量和排污率等平均值進行修正。這樣比較科學、公正、合理，可作為運行鍋爐分級考核評判依據。用下式表示：

ηsr=ηp±Δη　　（2-5）

式中，ηsr為考核期內鍋爐平均運行熱效率，％；ηp為鍋爐正平衡與反平衡平均熱效率，％；Δη為鍋爐熱效率綜合修正值，％。

Δη=KTΔT+KαΔα+KCΔC+KpΔp，％　　（2-6）

式中，KT為排煙溫度修正值，％，即排煙溫度對鍋爐熱效率的影響值，可經試驗確定；Kα為空氣系數修正值，％，即空氣系數對鍋爐熱效率的影響值，可經試驗確定；KC為灰渣含碳量修正值，％，即灰渣含碳量對鍋爐熱效率的影響值，可經試驗確定；Kp為鍋爐平均排污率修正值，％，即排污熱損失對鍋爐熱效率的影響值，可經試驗確定；ΔT為測試排煙溫度與考核期內平均排煙溫度之差，℃；Δα為測試空氣系數與考核期內平均空氣系數之差；ΔC為測試灰渣含碳量與考核期內平均灰渣含碳量之差，％；Δp為考核期內鍋爐平均排污率，％。