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【摘要】本课题主要开发面向燃煤、燃油（气）及有机热载体锅炉的集成快速能效测试系统。该系统能够使测试人员采用集成便携式能效测试仪及相关软件，在线数据采集，现场样品测试分析，在线计算，快速得出实时热效率和各项热损失；并通过该项目的开发，建立工业锅炉能效评价体系，根据能效指标判定软件评定锅炉节能等级，现场得出测试报告，指导企业节能改造。
【关键词】工业锅炉 在线 能效测试 热效率 节能改造
1 工业锅炉节能减排迫切性
工业锅炉是我国重要的热能动力设备，主要指压力P≤2.45MPa和容量D≤45.5 MW（或≤65t/h）的工业用蒸汽锅炉、采暖热水锅炉、民用生活锅炉、自备热电联产锅炉、特种用途锅炉和余热锅炉。目前，我国工业锅炉现状如下：数量：截至2009年底，我国在用锅炉总台数约59.52万台，其中：电站锅炉约0.8万台，工业锅炉约58.72万台（从燃料结构上看，燃煤锅炉占总量的80%以上，燃油、气锅炉约占15%，电加热锅炉占1%左右，其余为生物质、垃圾锅炉等）；分布：工业锅炉量大面广，平均容量小，且以燃煤为主，布点分散，难以集中治理；能耗：工业用煤 80%用于工业锅炉燃烧，年耗煤量达4亿吨标准煤。目前我国燃油、气工业锅炉的实际热效率平均在80%～85%，燃煤工业锅炉的实际热效率平均仅为60%～65%，而发达国家的燃煤工业锅炉运行热效率平均为80%～85% 。由于工业锅炉运行效率不高，能源浪费相当严重，每年多耗用燃煤约6000万吨；管理：司炉工管理不到位，管理粗放，运行浪费严重；保养：日常维护不及时，系统存在跑、冒、滴、漏，传热部件存在积灰结碳现象等，同样造成能源浪费。
2 开展工业锅炉快速能效测试必要性
工业锅炉能效测试是“把脉”锅炉能耗的最有效方法。它能够找出造成锅炉能量损失的主要因素，以针对性的技术指导帮助企业改造锅炉，促进节能减排。当前，工业锅炉节能降耗工作的瓶颈就是锅炉能效测试技术能力严重不足和缺乏高效的节能监管手段。我国工业锅炉数量众多，使用分散，企业节能意识淡薄，能源浪费严重，是节能减排的重点和难点。因此，国家非常重视工业锅炉的能效测试工作。国家质检总局近期刚颁布的《高耗能特种设备节能监督管理办法》；TSG G0002-2010 《锅炉节能技术监督管理规程》；TSG G0003-2010 《工业锅炉能效测试与评价规则》，就是对工业锅炉能效测试的规范和指导。目前，我国工业锅炉能效测试工作刚刚起步，许多地区能效测试工作还未展开，国家质检总局虽然颁布了相關规程，但并未给出具体的测试技术和实施方法，且各地开展能效测试方法多种多样，并不统一，急需有效的锅炉能效测试手段。因此，开发一种面向工业锅炉的具有通用、快速、高效的能效测试系统势在必行。该系统能够使测试人员采用集成便携式能效测试仪及软件，在线数据采集，现场样品测试分析，在线计算，快速得出实时热效率和各项热损失，并现场出测试报告。
3 国内外研究现状和发展趋势
目前，关于锅炉能效测试及节能监测课题的研究主要集中在电站锅炉上，文献主要介绍了电站锅炉热效率软件的开发和制作，软件侧重于离线计算，即根据现场测试数据和实验室分析数据，进行离线计算，得出锅炉热效率；文献主要介绍了在线检测技术用于锅炉热效率计算软件的开发和制作。虽然，电站锅炉能效测试技术开展广泛，且手段先进，但是电站锅炉能效测试计算模型针对性较强，对测量有较高要求，计算过程复杂，并不适用于工业锅炉能效测试。
总体来说，以上相关锅炉能效测试课题研究主要侧重于热效率计算模型，且软件开发过多集中在电站锅炉能效测试上；工业锅炉热效率的测试大多是离线进行，主要采用热平衡试验法，而用于现场实际运行监测有一定的困难；系统地对工业锅炉在线测试技术研究较少，特别是便携式（或车载式）快速在线测试仪器及软件的集成开发几乎没有涉及；另外，工业锅炉在线节能监控装置的研制也未涉及。因此，开展面向工业锅炉的，具有通用、快速、高效的能效测试技术和在线节能监控系统的开发和应用能够对我国工业锅炉的节能降耗工作起到非常大的推进作用。
4 研究方案和技术路线
4.1 系统开发流程
开发面向燃煤、燃油（气）及有机热载体锅炉的集成快速能效测试系统，能够使测试人员采用集成便携式能效测试仪及软件，在线数据采集，现场样品测试分析，在线计算，快速得出实时热效率和各项热损失现场得出测试报告，该测试技术最大优点在于：
（1）便携式（或车载式）快速能效测试系统携带方便、便于拆装，利于推广应用；
（2）快速能效测试系统集成现场能效数据采集、样品现场测试分析及在线计算于一体，省去了样品实验室分析和离线计算两个步骤，使得能效测试时间快、效率高、人员少及测试结果误差较小；
（3）能现场得出能效测试报告，并根据各项热损失快速对企业提出锅炉节能整改措施。
该测试系统的开发和应用能够使工业锅炉能效检测形成集能耗诊断、在线实时节能监测、现场出报告为一体的锅炉能耗测试完备体系。
4.2 技术路线
根据TSG G0003-2010的规定，能效测试方法分为三种，分别为锅炉定型产品热效率测试，锅炉运行工况热效率详细测试和锅炉运行工况热效率简单测试。其中，前两种方法适用于锅炉定型产品能效评价和节能诊断，后一种方法适用于运行锅炉定期能效快速判定。
锅炉定型产品测试和运行锅炉详细测试的测试方法依据GB/T 10180-2010，测试内容复杂，项目繁多，测试结果精确度要高。该测试技术路线设计为：测试人员通过能效测试仪器现场采集能效数据，测试样品拿回实验室测试分析，再通过离线计算软件，确定锅炉热效率和各项热损失，最后得出能效测试报告及提出锅炉节能整改意见。因此，离线计算软件的开发成为关键所在。目前，国内电站锅炉热效率计算软件的开发已很成熟，每个电厂都有适合自己锅炉的能效计算软件。而工业锅炉由于品种广泛，数量众多，各地开发的能效计算软件纷繁复杂，很难有效地推广使用，因此，开发通用的工业锅炉离线热效率计算软件成为本课题研究的关键问题之一。 锅炉运行工况热效率简单测试方法用于定期能效快速判定，重在快速，即快速检测仪器的研制和计算软件的开发。因此，该技术路线设计为：测试人员采用集成便携式能效测试仪及软件，在线数据采集，现场样品测试分析，在线计算，快速得出实时热效率和各项热损失，然后根据不确定度分析原理优化测试结果，再根据能效指标判定软件评定锅炉节能等级，最后现场得出测试报告，并根据测试内容指导企业节能改造。其中：集成快速便携式能效测试仪器、通用能效测试在线计算软件和能效指标判定软件的开发成为本课题研究的关键问题所在。
5 技术关键及难点
5.1 便携式集成快速能效测试仪器研制
燃煤锅炉在能效测试过程中，燃煤特性对锅炉热效率的计算影响很大。目前，国内煤质分析主要通过实验室工业分析仪和元素分析仪等进行离线分析，灰渣含碳量也是采用离线设备进行分析得出。如果能够实现煤质、灰渣的在线分析，即从采样传送、预处理、煤质分析工业分析和元素分析、灰渣含碳量全过程的无人值守在线分析系统，并将该系统和温度采集、烟气分析等（能够在线采集）集成成一套便携式或车载式能效测试装置（即在线能效参数采集与样品现场分析集成），则可实现工业锅炉快速能效数据采集。
效测试仪器研制的难点在于煤质在线分析，灰渣在线收集及在线分析。锅炉能效测试的温度采集、排烟测量等可实现快速、在线数据采集；煤质分析（工业分析、元素分析）主要靠离线设备实验室分析得出，目前煤质的工业分析（灰份、水分和发热量）能够达到在线检测的要求，国内已有在线检测设备；而煤燃烧后的灰渣（飞灰、灰渣）含碳量也是采用离线设备进行分析得出，能否在线测量灰渣含碳量，是該仪器开发关键。5.2 煤质元素在线分析预测模型研究
煤质特性分析包括煤的工业分析、元素分析和燃烧特性分析。煤的元素分析是确定煤中有机物的碳、氢、氧、氮、硫等含量的百分比。它们是燃煤锅炉能效计算中所必须的原始数据。但测定元素分析成分的实验项目多，时间长，操作复杂，对化验人员的要求高，工业锅炉使用企业甚至根本无力开展此项目。目前，煤的在线工业分析试验较简单，已实现在线检测。如果利用煤质在线工业分析数据，建立快速计算元素分析模型，则来简化煤质在线测试难度，为能效测试在线计算模型的研究提供便利手段。
5.3 灰渣（飞灰、灰渣）含碳量预测模型研究
燃煤锅炉在能效测试过程中，如果灰渣含碳量的在线检测研究比较困难，我们可采用人工神经网络作为工具建立锅炉运行中飞灰含碳量预测模型。这样可以简化在线测试，为工业锅炉的热效率在线检测系统的研究提供便利手段。
参考文献
[1] 国家环境保护局科技标准司.工业污染物产生和排放系数手册[M].北京：中国环境科学出版社，1996
[2] 国家质检总局.2009年全国特种设备安全状况通报
[3] 赵钦新，王善武.我国工业锅炉未来发展分析[J].工业锅炉，2007，1：1～9
[4] 王善武.中国工业锅炉行业现状分析及前景展望 [J].工业锅炉，2004，1：1～9
[5] 王善武.我国工业锅炉节能潜力分析与建议[J].工业锅炉，2005，1：1～16
[6] 赵钦新，周屈兰.工业锅炉节能减排现状、存在问题及对策[J].工业锅炉，2010，1：1～6
[7] 赵家荣.《十一五十大重点节能工程实施意见》读本[M].北京：中国发展出版社，2007，2：1～15
[8] 盛伟，刘勇.410t/h锅炉热平衡试验及其热效率计算[J].电站系统工程，2003，19（6）：37～38
[9] 赵勇纲，任润平，张存柱.电站锅炉热效率通用软件制作[J].热能动力工程，2003，18（5）：529～531
[10] 吴明全，韩润.锅炉热平衡及热效率计算VB程序开发[J].重庆科技学院学报（自然科学版），2005，7（4）：37～38
【关键词】工业锅炉 在线 能效测试 热效率 节能改造
1 工业锅炉节能减排迫切性
工业锅炉是我国重要的热能动力设备，主要指压力P≤2.45MPa和容量D≤45.5 MW（或≤65t/h）的工业用蒸汽锅炉、采暖热水锅炉、民用生活锅炉、自备热电联产锅炉、特种用途锅炉和余热锅炉。目前，我国工业锅炉现状如下：数量：截至2009年底，我国在用锅炉总台数约59.52万台，其中：电站锅炉约0.8万台，工业锅炉约58.72万台（从燃料结构上看，燃煤锅炉占总量的80%以上，燃油、气锅炉约占15%，电加热锅炉占1%左右，其余为生物质、垃圾锅炉等）；分布：工业锅炉量大面广，平均容量小，且以燃煤为主，布点分散，难以集中治理；能耗：工业用煤 80%用于工业锅炉燃烧，年耗煤量达4亿吨标准煤。目前我国燃油、气工业锅炉的实际热效率平均在80%～85%，燃煤工业锅炉的实际热效率平均仅为60%～65%，而发达国家的燃煤工业锅炉运行热效率平均为80%～85% 。由于工业锅炉运行效率不高，能源浪费相当严重，每年多耗用燃煤约6000万吨；管理：司炉工管理不到位，管理粗放，运行浪费严重；保养：日常维护不及时，系统存在跑、冒、滴、漏，传热部件存在积灰结碳现象等，同样造成能源浪费。
2 开展工业锅炉快速能效测试必要性
工业锅炉能效测试是“把脉”锅炉能耗的最有效方法。它能够找出造成锅炉能量损失的主要因素，以针对性的技术指导帮助企业改造锅炉，促进节能减排。当前，工业锅炉节能降耗工作的瓶颈就是锅炉能效测试技术能力严重不足和缺乏高效的节能监管手段。我国工业锅炉数量众多，使用分散，企业节能意识淡薄，能源浪费严重，是节能减排的重点和难点。因此，国家非常重视工业锅炉的能效测试工作。国家质检总局近期刚颁布的《高耗能特种设备节能监督管理办法》；TSG G0002-2010 《锅炉节能技术监督管理规程》；TSG G0003-2010 《工业锅炉能效测试与评价规则》，就是对工业锅炉能效测试的规范和指导。目前，我国工业锅炉能效测试工作刚刚起步，许多地区能效测试工作还未展开，国家质检总局虽然颁布了相關规程，但并未给出具体的测试技术和实施方法，且各地开展能效测试方法多种多样，并不统一，急需有效的锅炉能效测试手段。因此，开发一种面向工业锅炉的具有通用、快速、高效的能效测试系统势在必行。该系统能够使测试人员采用集成便携式能效测试仪及软件，在线数据采集，现场样品测试分析，在线计算，快速得出实时热效率和各项热损失，并现场出测试报告。
3 国内外研究现状和发展趋势
目前，关于锅炉能效测试及节能监测课题的研究主要集中在电站锅炉上，文献主要介绍了电站锅炉热效率软件的开发和制作，软件侧重于离线计算，即根据现场测试数据和实验室分析数据，进行离线计算，得出锅炉热效率；文献主要介绍了在线检测技术用于锅炉热效率计算软件的开发和制作。虽然，电站锅炉能效测试技术开展广泛，且手段先进，但是电站锅炉能效测试计算模型针对性较强，对测量有较高要求，计算过程复杂，并不适用于工业锅炉能效测试。
总体来说，以上相关锅炉能效测试课题研究主要侧重于热效率计算模型，且软件开发过多集中在电站锅炉能效测试上；工业锅炉热效率的测试大多是离线进行，主要采用热平衡试验法，而用于现场实际运行监测有一定的困难；系统地对工业锅炉在线测试技术研究较少，特别是便携式（或车载式）快速在线测试仪器及软件的集成开发几乎没有涉及；另外，工业锅炉在线节能监控装置的研制也未涉及。因此，开展面向工业锅炉的，具有通用、快速、高效的能效测试技术和在线节能监控系统的开发和应用能够对我国工业锅炉的节能降耗工作起到非常大的推进作用。
4 研究方案和技术路线
4.1 系统开发流程
开发面向燃煤、燃油（气）及有机热载体锅炉的集成快速能效测试系统，能够使测试人员采用集成便携式能效测试仪及软件，在线数据采集，现场样品测试分析，在线计算，快速得出实时热效率和各项热损失现场得出测试报告，该测试技术最大优点在于：
（1）便携式（或车载式）快速能效测试系统携带方便、便于拆装，利于推广应用；
（2）快速能效测试系统集成现场能效数据采集、样品现场测试分析及在线计算于一体，省去了样品实验室分析和离线计算两个步骤，使得能效测试时间快、效率高、人员少及测试结果误差较小；
（3）能现场得出能效测试报告，并根据各项热损失快速对企业提出锅炉节能整改措施。
该测试系统的开发和应用能够使工业锅炉能效检测形成集能耗诊断、在线实时节能监测、现场出报告为一体的锅炉能耗测试完备体系。
4.2 技术路线
根据TSG G0003-2010的规定，能效测试方法分为三种，分别为锅炉定型产品热效率测试，锅炉运行工况热效率详细测试和锅炉运行工况热效率简单测试。其中，前两种方法适用于锅炉定型产品能效评价和节能诊断，后一种方法适用于运行锅炉定期能效快速判定。
锅炉定型产品测试和运行锅炉详细测试的测试方法依据GB/T 10180-2010，测试内容复杂，项目繁多，测试结果精确度要高。该测试技术路线设计为：测试人员通过能效测试仪器现场采集能效数据，测试样品拿回实验室测试分析，再通过离线计算软件，确定锅炉热效率和各项热损失，最后得出能效测试报告及提出锅炉节能整改意见。因此，离线计算软件的开发成为关键所在。目前，国内电站锅炉热效率计算软件的开发已很成熟，每个电厂都有适合自己锅炉的能效计算软件。而工业锅炉由于品种广泛，数量众多，各地开发的能效计算软件纷繁复杂，很难有效地推广使用，因此，开发通用的工业锅炉离线热效率计算软件成为本课题研究的关键问题之一。 锅炉运行工况热效率简单测试方法用于定期能效快速判定，重在快速，即快速检测仪器的研制和计算软件的开发。因此，该技术路线设计为：测试人员采用集成便携式能效测试仪及软件，在线数据采集，现场样品测试分析，在线计算，快速得出实时热效率和各项热损失，然后根据不确定度分析原理优化测试结果，再根据能效指标判定软件评定锅炉节能等级，最后现场得出测试报告，并根据测试内容指导企业节能改造。其中：集成快速便携式能效测试仪器、通用能效测试在线计算软件和能效指标判定软件的开发成为本课题研究的关键问题所在。
5 技术关键及难点
5.1 便携式集成快速能效测试仪器研制
燃煤锅炉在能效测试过程中，燃煤特性对锅炉热效率的计算影响很大。目前，国内煤质分析主要通过实验室工业分析仪和元素分析仪等进行离线分析，灰渣含碳量也是采用离线设备进行分析得出。如果能够实现煤质、灰渣的在线分析，即从采样传送、预处理、煤质分析工业分析和元素分析、灰渣含碳量全过程的无人值守在线分析系统，并将该系统和温度采集、烟气分析等（能够在线采集）集成成一套便携式或车载式能效测试装置（即在线能效参数采集与样品现场分析集成），则可实现工业锅炉快速能效数据采集。
效测试仪器研制的难点在于煤质在线分析，灰渣在线收集及在线分析。锅炉能效测试的温度采集、排烟测量等可实现快速、在线数据采集；煤质分析（工业分析、元素分析）主要靠离线设备实验室分析得出，目前煤质的工业分析（灰份、水分和发热量）能够达到在线检测的要求，国内已有在线检测设备；而煤燃烧后的灰渣（飞灰、灰渣）含碳量也是采用离线设备进行分析得出，能否在线测量灰渣含碳量，是該仪器开发关键。5.2 煤质元素在线分析预测模型研究
煤质特性分析包括煤的工业分析、元素分析和燃烧特性分析。煤的元素分析是确定煤中有机物的碳、氢、氧、氮、硫等含量的百分比。它们是燃煤锅炉能效计算中所必须的原始数据。但测定元素分析成分的实验项目多，时间长，操作复杂，对化验人员的要求高，工业锅炉使用企业甚至根本无力开展此项目。目前，煤的在线工业分析试验较简单，已实现在线检测。如果利用煤质在线工业分析数据，建立快速计算元素分析模型，则来简化煤质在线测试难度，为能效测试在线计算模型的研究提供便利手段。
5.3 灰渣（飞灰、灰渣）含碳量预测模型研究
燃煤锅炉在能效测试过程中，如果灰渣含碳量的在线检测研究比较困难，我们可采用人工神经网络作为工具建立锅炉运行中飞灰含碳量预测模型。这样可以简化在线测试，为工业锅炉的热效率在线检测系统的研究提供便利手段。
参考文献
[1] 国家环境保护局科技标准司.工业污染物产生和排放系数手册[M].北京：中国环境科学出版社，1996
[2] 国家质检总局.2009年全国特种设备安全状况通报
[3] 赵钦新，王善武.我国工业锅炉未来发展分析[J].工业锅炉，2007，1：1～9
[4] 王善武.中国工业锅炉行业现状分析及前景展望 [J].工业锅炉，2004，1：1～9
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[6] 赵钦新，周屈兰.工业锅炉节能减排现状、存在问题及对策[J].工业锅炉，2010，1：1～6
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[10] 吴明全，韩润.锅炉热平衡及热效率计算VB程序开发[J].重庆科技学院学报（自然科学版），2005，7（4）：37～38