1-10 如何开展锅炉热平衡及热效率计算工作?
答：锅炉中投入燃料燃烧放热，放出的热能通过受热面传递给水，使水加热汽化而产生蒸汽。实际上，锅炉中的燃料并不能完全燃烧，放出的热能也并不能全部得到利用。锅炉的输入热量中仅有部分被水（汽）有效吸收，其余都损失掉了。为了降低锅炉煤耗，需要进行锅炉热平衡工作。
1.锅炉的热平衡和热效率
锅炉的热平衡可表示为：锅炉的输入热量=锅炉有效利用热量+各项热损失之和
即
Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6
式中：Qr为锅炉输入热量（kcal/kg）；Q1为有效利用热量（kcal/kg）；Q2为排烟热量损失（kcal/kg）；Q3为气体不完全燃烧损失热量（kcal/kg）；Q4为固体不完全燃烧损失热量（kcal/kg）；Q5为散热损失热量（kcal/kg）；Q6为灰渣物理热损失热量（kcal/kg）；Q2～Q6均为热损失。
锅炉热效率η是它的有效利用热量与燃料输入热量的比值，一般以百分数表示，即
由锅炉热效率可以看出锅炉输入热量的有效利用程度，从而可看出锅炉的设计和运行水平，锅炉能量平衡如图1-3所示。
通过热平衡试验测定锅炉效率的方法有正平衡法和反平衡法两种。
图1-3 锅炉能量平衡图
（1）正平衡法 直接测定锅炉产生蒸汽所需热量和所耗燃料的锅炉输入热量。这种方法只适用于小型锅炉，因这种方法只能得到锅炉的热效率和出力，不能找出各项热损失数据。
（2）反平衡法 直接测出和算出锅炉的各项热损失，并以100%减去各项热损失的总和，得出的数值为锅炉的反平衡热效率。反平衡法适用于大型锅炉，但为了校核测试的精确性和分析锅炉运行的工况以提高其热效率，可同时进行正、反平衡法测定，以利分析比较。
（3）计算公式
1）锅炉（生产饱和蒸汽）热效率：
式中：η1为正平衡热效率（%）；D为锅炉实测蒸发量（kg/h）；Dzy为锅炉自耗蒸汽量（kg/h）；Hbg为饱和蒸汽焓（kcal/kg）；Hgs为给水焓（kcal/kg）；W为蒸汽湿度（%）；r为汽化潜热（kcal/kg）；B为燃料耗用量（kg/h）；
为燃料的应用基低位发热值（kcal/kg）。
2）锅炉（生产过热蒸汽）热效率：
式中：HgG为过热蒸汽焓（kcal/kg）；Hzy为自耗蒸汽焓（kcal/kg）。
（4）计算结果的选定 锅炉正平衡法和反平衡法测试计算所得的结果有一定误差，主要是由于散热损失计量误差、取样误差及其他不计损失等所造成，如同时用正、反平衡法两种测试，要得到完全一致的数据是比较困难的。GB/T 10180—2003《工业锅炉热工性能试验规程》规定，试验应在额定载荷下进行两次，每次实测出力应接近于额定出力。在一定出力下，两次试验热效率之差，对于正平衡法不得大于4%，反平衡法不得大于6%。锅炉热效率取两次试验所取得的平均值。当同时用正、反平衡法测定热效率时，两种方法所得热效率偏差不得大于5%，而锅炉的热效率应以正平衡法测定值为准。
2.锅炉热平衡测定方法
锅炉的热平衡试验应按GB/T 10180—2017进行，这项标准适用于锅炉出力小于蒸发量30t/h和出口压力≤2.45MPa（25kgf/cm2）的蒸汽锅炉和热水锅炉。测试项目和方法如下。
（1）燃料计量 在锅炉热效率测定中，燃料特别是煤的取样和分析，对热效率计算的准确性有较大影响；由于取样工作不严格，常使试验数据造成很大差错，每次试验采集的原始煤样数量为总煤量的0.5%～1%。
（2）蒸汽量的测定 如生产的蒸汽为饱和蒸汽，则蒸汽的湿度也应测定，因为蒸汽的品质影响蒸汽的焓。一般通过测量蒸汽及锅水中氯根的含量计算出蒸汽的湿度，即
式中：W为蒸汽的湿度（%）；
为蒸汽冷凝水氯根含量（mg/kg）；
为锅水氯根的含量（mg/kg）。
（3）温度的测定 一般要测定省煤器出水、进水温度，烟气温度，空气预热器进口、出口温度，蒸汽温度等。
（4）烟气成分的分析 通过对烟气成分的分析，主要测定烟气中的RO2（即为CO2+SO2）、O2、CO的含量百分比，目的是了解锅炉的燃烧情况，以便找出实现锅炉经济运行的措施。
（5）测定时间 每次试验的测定持续时间，应随锅炉炉型、测定要求、试验条件的不同而定。一般可控制在3～5h。
（6）风道和烟道风压的控制 测试期间，应正常控制锅炉各部分风道和烟道的风压，并准确记录，以之作为今后正常生产操作的依据。
（7）仪表的应用 测试时，一般锅炉应具备下列测量仪表：煤的计量器具；蒸汽计量仪表；给水计量仪表；蒸汽出口温度和压力测量仪表；各点烟气温度，给水进口水温、省煤器出口水温的测量仪表；烟囱底部烟气风压、省煤器进口烟气风压、炉膛烟气风压的测量仪表。
（8）读数的选定 当锅炉工况稳定时，各种仪表显示的读数应该是相当稳定的。在这种情况下，压力应每隔10～15min 记录一次，其他项目可相隔15～30min 记录一次。
3.锅炉热效率的计算
采用反平衡法测定和计算锅炉热效率时，必须对锅炉的热损失逐项进行测定和计算。
（1）排烟热损失Q2 从锅炉后部烟囱排出的烟气温度一般在200～300℃，要带走一定的热量，造成排烟热损失Q2，以百分比表示为q2，即
q2的大小主要由排烟温度和排烟量决定，如烟温每降低12～15℃，则q2约减少1%。
计算q2一般采用下列公式：
式中：αpy为空气过剩系数；tPy为排烟温度（℃）；t1k为冷空气温度（℃）；q4为机械不完全燃烧热损失（%）。
（2）化学不完全燃烧热损失Q3 燃料在锅炉中燃烧时，由于空气不足，燃料与空气混合不好、炉型不合理，使燃料中部分的碳和可燃气体未能在炉膛内完全燃烧而随烟气排出，造成化学不完全燃烧热损失Q3，用百分比表示为q3，即
也可采用下列简化式计算：
q3=3.2αCO
式中，α为空气过剩系数。
（3）机械不安全燃烧热损失 固体燃料在锅炉中实际上并不能完全燃烧，这部分未燃烧掉的燃料中所含的热量未得到利用而被排出，它的热损失为Q4，以百分数表示为q4，即
在层燃炉中，它主要由以下三部分组成：灰渣中未燃烧煤，炉排的漏煤和烟气飞灰中所含的碳，因此又可用下式计算：
式中：B为燃料消耗量（kg/h）；GLz、GLm、Gth分别为每小时所收集到炉渣、漏煤、飞灰的重量（kg）；CLz、CLm、Cfh分别为对炉渣、漏煤、飞灰取样分析其中所含可燃物的重量百分数。
（4）锅炉散热损失 运行中的锅炉，由于炉墙、锅筒、集箱等温度比周围空气温度高，故存在散热损失Q5，以百分比表示为q5，即
实测工业锅炉散热损失有困难，通常按经验公式确定或从表1-14中选用q5值进行计算，再作修正即可。
表1-14 散热损失量选用
式中：F为锅炉的散热表面积（m2）；B为燃料的耗用量（kg/h）。
（5）灰渣物理热损失 锅炉中排出的灰渣温度很高，造成一定的热损失Q6，以百分比表示为q6，即
q6的大小与燃料中的灰分含量、灰渣占总灰量的比例及燃料发热量等有关，因此又可用下式计算：
式中：Ay为燃料应用基灰分含量（%）；QLm为漏煤中纯灰占燃料灰分的百分比（%）；QLz为炉渣中纯灰占燃料灰分百分比（%）；L为灰渣的比热容和温度的乘积，可参考表1-15选用。
表1-15L值参考表
