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朱榮全
（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院，河南鄭州450000）
摘要：通過對生物質氣特點的分析，明確了影響能效測試結果的主要因素，并通過對影響因素的分析提出了生物質氣鍋爐定型熱效率的測試方法并舉例實際計算過程。
引言
隨著國家節能減排的工作推進，鍋爐作為耗能和排放大戶也在進行更新或改造，傳統燃煤鍋爐和生物質直燃鍋爐正逐漸被淘汰。鍋爐改造較為常見的方式采用“煤改氣”或“煤改電”，由于“煤改氣”較為經濟，煤改電則相對較少執行。但隨著天然氣供應量的緊張，生物質氣作為可替代的燃料成為“煤改氣”的重要途徑之一。
生物質在我國南方地區原材料豐富，生物質氣化技術改變了直接燃燒生物質的利用方式，提高了廢棄生物質的能源品位，對節約常規能源、降低環境污染、保護生態環境具有重要意義。筆者就燃生物質氣鍋爐的設計以及定型熱效率測試提出自己的思路。
1鍋爐設計分析
生物質氣鍋爐設計時除了需要考慮燃天然氣鍋爐的易燃易爆、燃燒方式、節能環保等因素外，還需要考慮生物質熱解產生的液體燃料稱為熱解油，生物質氣化成分以楊樹板皮廢料為例，其化驗分析如表1。
熱解生物油中乙酸、糠醛、羥基丙酮、丙酸、苯酚類物質含量比較多。生物質油的特性，黏度大，不易清理。結構設計時既要滿足工業鍋爐相關國家規范和技術標準的要求，也要利于生物質油的收集和清理。
生物質氣的熱值較天然氣約35MJ/Nm3低很多，設計時考慮加大輻射和對流受熱面以及尾部受熱面；不建議采用常規的WNS結構。采用WNS結構生物質油不易清理，且煙管中容易積灰，不利于傳熱和節能。結構設計上可采用SZS型號的D型設計如圖1，采用臥式三回程結構形式，燃燒方式采用微正壓燃燒。燃料噴入爐膛中燃燒，高溫煙氣由爐膛進入對流管束第一回程，經前煙箱進入對流管束第二回程，最后由后煙箱、節能器、煙囪排向大氣。燃燒室檢查門可以很方便的打開檢修清理爐膛。其結構簡單、制造方便，其獨特的設計使鍋爐結構緊湊，擾流性強，傳熱效果好。在本體低處設計有焦油收集槽。
2定型熱效率測試
2.1測試方法的選擇
按TSGG0003-2010《工業鍋爐能效測試與評價規則》和GB/T10180-2017《工業鍋爐熱工性能試驗規程》要求燃氣鍋爐熱效率應同時采用正平衡法和反平衡法進行測試，在額定工況下，熱效率測試不小于2次。取兩次測試結果的算術平均值作為最終測試結果。對于鍋爐熱平衡系統邊界內發生煙氣冷凝且熱量回收利用的鍋爐試驗時，鍋爐本體部分應采用正反平衡測量法，冷凝段部分可僅采用正平衡測量法，然后計算鍋爐熱效率。
一般的智能氣體流量計通過測出溫度壓力和流量，自動將工況流量轉化為標準狀態下的流量。首先通常燃氣流量計的使用環境溫度為-15℃～+55℃，溫度傳感器的測量范圍-40℃～+100℃，而氣化爐出口生物質氣溫度150℃左右；其次生物質氣流量計的使用量少，研制成本高；再者熱解產生的液體燃料稱為熱解油，具有水分含量大、氧含量高、黏度大、腐蝕性強等缺點，導致普通的燃氣流量計測量數據不準確，同時降低了流量計的使用壽命，燃氣流量測量不準確直接導致測量誤差大而不能采用正平衡法測量。
當采用正平衡法進行測試，燃氣熱值和流量轉化為標態下，由于生物質油的影響，測出的只是氣體的熱值，生物質油的熱值和生物質氣的物理熱并沒有包括進去，導致正平衡計算效率偏高。
因此，此類鍋爐本體部分（鍋爐主機和節能器）采用反平衡測量法，冷凝段部分采用正平衡測量法，最后計算鍋爐整體熱效率比較符合工作實際。
2.2鍋爐熱效率計算
2.2.1鍋爐構成范圍的確定
鍋爐出力由鍋爐本體（鍋爐主機和節能器）和冷凝器兩個部分有效吸收熱量相加，其出力為鍋爐本體部分的折算值加上鍋爐冷凝器有效吸熱量，并需扣除自用蒸汽量和鍋水采樣量。
鍋爐構成范圍如圖2。
2.2.2具體計算過程
排煙溫度低于80℃煙氣冷凝，GB/T10180-2017《工業鍋爐熱工性能試驗規程》的測試公式已不能滿足要求。對于鍋爐熱平衡系統邊界內發生煙氣冷凝且熱量回收利用的生物質氣鍋爐試驗時，鍋爐本體部分采用反平衡測量法。燃料消耗量按反平衡效率反推算的方法確定之后再采用正平衡法計算冷凝段部分的熱效率，本體部分反平衡熱效率平均值加上冷凝段正平衡效率即為鍋爐熱效率。根據TSGG0003-2010《工業鍋爐能效測試與評價規則》中3.2.2測試結果的確定條款中規定燃氣鍋爐各種平衡的效率之差均應當不大于1%，取兩次測試結果的算術平均值作為鍋爐熱效率最終測試結果。計算出的鍋爐熱效率能否用作定型能效測試報告的結論需征得試驗各方同意。
測試用儀器儀表本身存在誤差，導致反平衡測試結果與標準值存在誤差，利用鍋爐本體部分的反平衡效率計算出的燃料消耗量及冷凝段正平衡存在誤差，但是要比超出燃氣儀表工況條件和測量范圍測出的燃料消耗量數據以及計算出的最終結果更可靠。
3結束語
通過結構的優化使鍋爐更適合生物質氣的燃燒利用，提高了鍋爐熱效率。
采用正平衡法進行測試，生物質氣流量計量困難且轉化為標態數值不準確，測試時的計算輸入熱量僅為生物質氣的熱值，生物質油的熱值和生物質氣的物理熱并沒有包括進去，導致正平衡計算效率偏高，因此采用反平衡法計算本體熱效率，在此基礎上計算燃料消耗量后采用正平衡法計算冷凝段部分的熱效率，最后計算整體熱效率更為準確。
參考文獻
[1]楊晴.烘焙對生物質熱解產物特性的影響[J].農業工程學報,2013,29(20):214-218.
[2]TSGG0003-2010工業鍋爐能效測試與評價規則[S].
[3]GB/T10180-2017工業鍋爐熱工性能試驗規程[S]. |
