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我国标准GB10184-88《电站锅炉性能试验规程》和美国标准ASME PTC4-2008《Fired Steam Generators Performance Test Code》对中小型燃气锅炉而言,按照反平衡法计算热效率,测定及计算步骤多而繁琐,在实际运用中受到限制;因此在实际操作中,按照正平衡法计算得到其运行工况下的热效率值,但是正平衡法无法对锅炉各项热损失进行明确具体的量化计算与判断判定,不能直接找到热效率低的原因和提出有利的改进措施,失去了能效审核的意义,因此,有必要建立基于物料平衡的燃气锅炉热效率模型,此模型不仅能够按照正平衡法便捷的计算锅炉热效率,而且能够按照反平衡法定量分析各项热量损失及找到需要调试的热量损失因素并确定调试范围。 根据物质流分析原理与质量守恒定律,建立得到燃气锅炉燃料、空气-烟气的物料平衡和燃料含水量、湿空气含水量、燃烧生成水量与湿烟气含水量平衡的物料衡算模型;根据热力学理论与方法,建立燃烧释放热量和工质(水或水蒸气)吸收热量模型,进而得到基于物料平衡的燃气锅炉热效率的计算模型。 与GB10184-88比较模型优点:1、利用正平衡法计算锅炉热效率水平状态,通过反平衡法定量分析各项热损失(散热损失除外);2、根据残氧量、温度、压力等实际测量值和气体各成分定压摩尔热容及工质特定温度、压强下的焓值等基本参数计算,模型数据精确度高;3、能够定量分析排烟损失、燃烧生成水及漏风等引起的五种主要损失,能指明热损失的原因。 与ASME PTC4-2008比较模型优点:1、利用正平衡法计算得到锅炉热效率,通过反平衡法定量分析各项热损失(散热损失除外);2、依据数据包括测量值(残氧量、燃料消耗量及燃烧各阶段始末状态的温度、压力等)和基本参数(气体各成分定压摩尔热容、工质特定温度、压力下的焓值等),模型数据精确度高;3、模型残氧量、排烟温度、工质流量及温度、压力等均为实际测量值,ASME PTC4-2008的燃料、空气及烟气流量、过量空气率、排烟温度及漏风量等为大量参数的间接计算值,测量参数数量大约是本文的11倍多。 根据热力学理论与方法,进行残氧量、排烟温度及残氧量和排烟温度共同对排烟损失热量等五种主要热量损失的影响(损失热量和热量损失率两方面)程度分析,得到主要结论如下: (1)残氧量变化:残氧量在0%-12%范围增大时,排烟热量损失严重,损失热量率变化明显,可见残氧量对排烟损失热量的影响程度较大,因此实际操作中应将残氧量控制在合理的范围;利用燃气锅炉热效率模型可精确计算残氧量在0%-12%范围具体变化时,由排烟损失可得到具体节能量(节能空间)。 (2)排烟温度变化:排烟温度若控制在液化温度100℃以下,塔里木气田、陕-京一线和四川气田天然气燃烧锅炉热效率可提高13.45、13.43、13.49个百分点以上,回收利用汽化潜热是提高锅炉热效率的关键;利用燃气锅炉热效率模型可精确计算出排烟温度在60℃-270℃之间具体变化时,由排烟损失可节能量(节能空间)的具体值。