檢測鍋爐熱效率的方法與裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術屬于熱工檢測技術，公開了一種檢測鍋爐熱效率的簡易方法與裝置。氣體或液體燃料燃燒時，基本上不產生灰分，燃用無灰分燃料鍋爐的熱損失是散熱損失Δη↓［１］、排煙熱損失Δη↓［２］和不完全燃燒熱損失Δη↓［３］。根據鍋爐容量和結構查熱工手冊確定散熱損失Δη↓［１］，利用本發明專利技術１的傳感器２，檢測空氣與鍋爐３所排煙氣４的含濕量，結合大氣壓力和燃料的氫碳比、發熱量，利用本發明專利技術給出的方法計算排煙熱損失Δη↓［２］和不完全燃燒熱損失Δη↓［３］，鍋爐熱效率為η＝１－Δη↓［１］－Δη↓［２］－Δη↓［３］。（*該技術在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鍋爐熱工檢測技術，具體地說，它涉及到一種檢測鍋爐熱效率的簡易方法與裝置。鍋爐熱效率是鍋爐輸出熱量與輸入熱量之比，它是鍋爐性能的一個重要指標。對鍋爐熱效率的檢測，是鍋爐制造部門、能源管理部門和鍋爐用戶的一項經常性的工作。它對于改進鍋爐質量、節約能源、保護環境、提高企業經濟效益和社會效益，都有重大意義。檢測鍋爐熱效率的常規方法有兩種，一種叫正平衡法，另一種叫反平衡法。正平衡法是通過測定鍋爐輸出熱量及燃料輸入熱量，來計算鍋爐熱效率，反平衡法是通過測定鍋爐的各種熱損失反推熱效率，兩種方法得出的鍋爐熱效率應該相等或接近。檢測鍋爐熱效率是一件十分麻煩而又細致的工作，需要多名技術人員，在同一段規定的時間里，利用多種熱工儀表，同時、分別測定許多熱工參數，然后再根據記錄數據，計算出鍋爐熱效率。由于這項工作的復雜性，目前，多數鍋爐用戶都不能經常性地檢測鍋爐熱效率，不能及時地發現鍋爐運行中的問題。在低效率下運行的鍋爐，不僅浪費了大量寶貴的燃料，加劇了對環境的污染，有時也預示著存在某種安全隱患。鍋爐常用燃料有氣體燃料、液體燃料和固體燃料。氣體燃料不產生灰分，液體燃料灰分也很少，通常在0.1％以下，因此，可將氣體燃料和液體燃料稱為無灰分燃料，大多數無灰分燃料是碳氫化合物，可用CHn表示，n是燃料氫碳比。鍋爐燃用無灰分燃料時，可以不考慮灰分熱損失，可認為鍋爐的熱損失共有三項一是鍋爐散熱損失，記作Δη1；二是鍋爐排煙熱損失，記作Δη2；三是不完全燃燒熱損失，記作Δη3。利用反平衡法，首先根據鍋爐容量與結構，查有關熱工手冊，確定鍋爐散熱損失，再通過檢測鍋爐排煙熱損失和不完全燃燒熱損失，就可計算出鍋爐熱效率。某些固體燃料，如果灰分也很少，也可近似按照上述只有三項熱損失的方法，確定鍋爐熱效率。檢測鍋爐排煙熱損失，需要測定鍋爐排煙溫度與排煙量。測定排煙量的方法有多種，例如可以通過測定煙氣流速確定排煙量，還有一種方法是通過測定煙氣中氧含量來計算排煙量。測定煙氣流速的儀表，例如熱線風速儀，比較復雜和容易損壞。測定煙氣氧含量的傳感器，是基于電化學原理制成的，價格昂貴，使用壽命短。鍋爐燃用無灰分燃料的不完全燃燒熱損失，指的是鍋爐排煙中未完全燃燒或燃盡的可燃氣體所帶走的熱量，煙氣中所含可燃氣體包括CO，H2，CH4等。為測每一種可燃氣體在煙氣中的含量，都需要有專用傳感器。舉例來說，為了測定煙氣中CO的濃度，常用定電位電解式氣體傳感器，利用CO在電解質中被氧化成CO2，同時在電極間產生電流，根據該電流大小，就可知道CO的濃度。這也是一種電化學傳感器，它的價格也很貴，壽命也短。此外，電化學傳感器體積都比較大，它本身都不耐熱，因此利用電化學傳感器測定煙氣中某種可燃氣體濃度時，不能把電化學傳感器直接放進高溫煙氣中，而是要設置抽氣導管、抽氣泵、過濾、除濕等部件，將少量煙氣處理并降溫后，送入電化學傳感器進行檢測。可見，現有的檢測不完全燃燒熱損失的裝置結構復雜、體積大、造價高、壽命短。鍋爐燃用無灰分燃料，不僅排煙中所含固體顆粒物可忽略不計，其它有害成分(例如硫化物)也較少。從環保角度出發，國家正在大力推廣天然氣等無灰分燃料，因此，對燃用無灰分燃料的鍋爐的熱效率的檢測，將會是鍋爐生產、使用、管理等各部門的一項越來越重要的工作。但是，遺憾的是，至今還未見到有簡易、快捷的檢測方法與檢測裝置。由機械工業出版社出版，林宗虎、張永照主編的《鍋爐手冊》一書，詳細披露了常規檢測鍋爐熱效率的方法，及所用檢測儀表。本專利技術的目的是針對燃用無灰分燃料的鍋爐，給出一種檢測其熱效率的簡易方法與裝置，這種檢測方法只需在現場測定少量有關參數，這種檢測裝置是便攜式的，它成本低、長壽命、操作簡便、使用可靠。為達到上述目的，對于燃用無灰分燃料的鍋爐，本專利技術推出一種只需在現場測定環境空氣與鍋爐煙氣的溫度與濕度，結合大氣壓力、鍋爐容量與燃料性質等已知條件，就可給出鍋爐熱效率的方法。在闡述該方法的具體內容之前，先說明與該方法有關的幾個問題1.由于空氣濕度表通常是針對常壓，即105Pa壓力制定的，而實際大氣壓力可能不等于常壓，為此，在利用實測的干、濕球溫度到空氣濕度表上查空氣含濕量之前，要對濕球溫度進行非常壓修正，其修正公式是tw′=tw+(8+tw3)(1-P)]]>式中t′w為非常壓修正濕球溫度，t′w、tw的單位為℃，P是大氣壓力，單位為105Pa。該公式是參考了嚴家祿、尚德敏所著《濕空氣和烴燃氣熱力性質圖表》(高等教育出版社，1989年)一書，經研究給出的。2.只要空氣不飽和，即只要干、濕球溫度不相等，實測濕球溫度與理論濕球溫度就有偏差，尤其當空氣溫度較高時，濕球溫度偏差就更明顯。為此，參考了“工程熱物理學報”(1988.8)尚德敏、嚴家祿的論文“濕球溫度的修正因子及計算式”，經研究給出如下濕球溫度的不飽和修正公式tw′′=tw′(tw′99.63)0.031(0.02t-1)]]>(當t≥99.63℃)tw′′=tw′(tw′t)0.16exp(-0.017t)]]>(當t≤99.63℃)3.用CHn表示無灰分的碳氫化合物燃料，n為燃料中氫碳摩爾比，用x表示空氣中氮氧摩爾比(其值為3.76)，CHn在鍋爐中完全燃燒的反應式為CHn+(1+n4)(O2+xN2)=CO2+n2H2O+(1+n4)xN2---(1)]]>上述燃燒反應式等號右側，即燃燒產物中不含可燃氣體，也不含氧氣。參與燃燒的實際空氣量恰好等于化學反應所需要的理論空氣量，即過量空氣系數α為1。但是，實際燃燒情況往往不是這樣，常為了使燃料燃盡而使參與燃燒的實際空氣量大于理論空氣量，也就是過量空氣系數大于1。如果發生不完全燃燒，不完全燃燒產物中，即煙氣中殘留可燃氣體，煙氣中的可燃氣體主要是CO，H2，CH4等。在由趙欽新、惠世恩主編的《燃油燃氣鍋爐》(西安交通大學出版，2000年)一書中寫到“液體燃料和氣體燃料的不完全燃燒產物有CO，CH4和H2等，由于CH4，H2的含量比CO少得多，因此，在工程實際中是將CO的含量視為該煙氣中的不完全燃燒產物量?！?.在上述燃燒反應中，燃燒產物不含H2，即認為碳氫燃料中的氫全部與氧反應生成水。碳氫燃料CHn的含氫量(氫的質量成分)XH為XH=n12+n]]>每兩個氫原子與一個氧原子反應生成一個水分子，生成的水的質量與參與反應的氫的質量之比記作k，它等于一個水分子量與兩個氫原子質量之比k=182=9]]>每千克燃料中有XH千克氫，每千克燃料燃燒生成kXH千克水，記作mv，即mV=kXH=9×n12+n---(2)]]>5.鍋爐燃燒室入口處空氣含濕量記作d1，鍋爐煙氣含濕量記作d2，參與1千克燃料燃燒的干空氣量記作ma，生成的干煙氣記作mg，煙氣與空氣所含水蒸氣的差值應等于燃燒中生成的水蒸氣量mv，列出方程式如下d2mg－d1ma＝mv(3)式中ma＝mAα 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種檢測燃用無灰分燃料鍋爐熱效率的方法，該方法由下列步驟組成：（１）針對無灰分鍋爐燃料ＣＨ↓［ｎ］，確定其氫碳比ｎ，并從熱工手冊查出其低位發熱量Ｑ（ｋＪ／ｋｇ）；（２）根據鍋爐容量及是否有尾部散熱面，查熱工手冊，確定鍋爐散熱損失Δη↓［１］；（３）測定環境大氣溫度ｔ↓［１］和鍋爐排煙溫度ｔ↓［２］，根據ｔ↓［１］和ｔ↓［２］，從熱工手冊查出鍋爐煙氣的平均定壓質量比熱Ｃ↓［ｐ］，通?？砂矗谩郏穑莸扔冢保保耄剩耄纭嬗嬎悖唬ǎ矗y定每千克燃料燃燒生成的煙氣量ｍ↓［ｇ］（ｋｇ／ｋｇ）；（５）按下式計算鍋爐排煙熱損失Δη↓［２］；Δη↓［２］＝ｍ↓［ｇ］ｃ↓［ｐ］（ｔ↓［２］－ｔ↓［１］）／Ｑ（６）確定空氣消耗系數α；（７）如果是不完全燃燒，每千克燃料燃燒生成ＣＯ的千摩爾數用Ｘｃｏ表示，按下式計算不完全燃燒熱損失Δη↓［３］：Δη↓［３］＝２８３２０８×Ｘ↓［ＣＯ］／Ｑ式中２８３２０８是ＣＯ的燃燒發熱量，單位是ｋＪ／ｋｍｏｌ；（８）按下式計算鍋爐熱效率η：η＝１－Δη↓［１］－Δη↓［２］－Δη↓［３］該方法的特征在于：（１）測定每千克燃料燃燒生成的煙氣量ｍ↓［ｇ］的方法是：先測定環境空氣含濕量ｄ↓［１］（ｋｇ／ｋｇＤＡ），鍋爐煙氣含濕量ｄ↓［２］（ｋｇ／ｋｇＤＡ），再按下式計算鍋爐煙氣量ｍ↓［ｇ］（ｋｇ／ｋｇ）：ｍ↓［ｇ］＝ｍ↓［ｖ］／ｄ↓［２］－ｄ↓［１］式中ｍ↓［ｖ］（ｋｇ／ｋｇ）是每千克燃料中的氫燃燒時與氧化合生成的水蒸汽量，它是按下式算出的：ｍ↓［ｖ］＝Ｘ↓［Ｈ］×９式中Ｘ↓［Ｈ］是鍋爐燃料含氫量（ｋｇ／ｋｇ），它按下式計算：Ｘ↓［Ｈ］＝ｎ／１２＋ｎ（２）測定環境空氣含濕量ｄ↓［１］和鍋爐煙氣含濕量ｄ↓［２］的方法是：首先利用干濕球溫度計，分別測定環境空氣和鍋爐煙氣的干球溫度ｔ↓［１］、ｔ↓［２］（℃）和濕球溫度ｔ↓［ｗ１］、ｔ↓［ｗ２］（℃），如果環境大氣壓力Ｐ不等于常壓（１０↑［５］Ｐａ）。按照下式，首先對濕球溫度ｔ↓［ｗ１］和ｔ↓［ｗ２］分別進行非常壓修正：ｔ′↓［ｗ］＝ｔ↓［ｗ］＋（８＋ｔ↓［ｗ］／３）（１－ｐ）式中ｔ′↓［ｗ］為非常壓修正濕球溫度，單位是℃，Ｐ是大氣壓力，單位為１０↑［５］Ｐａ。環境空氣與鍋爐煙氣所含水蒸汽通常都是不飽和的，濕球溫度有偏差，再對濕球溫度ｔ′↓［ｗ１］和ｔ′↓［ｗ２］分別按下式進行不飽和修正：ｔ″↓［ｗ］＝ｔ′↓［ｗ］（ｔ′↓［ｗ］／９９．６３）↑［０．０３１（０．...

【技術特征摘要】
CN 2001-2-27 01108355.71.一種檢測燃用無灰分燃料鍋爐熱效率的方法，該方法由下列步驟組成；(1)針對無灰分鍋爐燃料CHn，確定其氫碳比n，并從熱工手冊查出其低位發熱量Q(kJ/kg)；(2)根據鍋爐容量及是否有尾部受熱面，查熱工手冊，確定鍋爐散熱損失Δη1(3)測定環境大氣溫度t1和鍋爐排煙溫度t2，根據t1和t2，從熱工手冊查出鍋爐煙氣的平均定壓質量比熱cp(kJ/kg℃)；(4)確定過量空氣系數α；(5)確定每千克燃料燃燒生成的煙氣量mG(kg/kg)；(6)按下式計算鍋爐排煙熱損失Δη2；Δη2=mGcp(t2-t1)Q]]>(7)確定不完全燃燒熱損失Δη3；(8)按下式計算鍋爐熱效率ηη＝1-Δη1-Δη2-Δη3該方法的特征在于(1)確定過量空氣系數α的方法是先測定環境空氣含濕量d1和鍋爐煙氣含濕量d2，然后利用d1和d2，以及給定的鍋爐燃料CHn的氫碳比n，利用下式計算過量空氣系數αα=9n+d2(8n-12)137.28(d2-d1)(1+0.25n)]]>(2)測定環境空氣含濕量d1和鍋爐煙氣含濕量d2的方法是首先利用于濕球溫度計，分別測定環境空氣和鍋爐煙氣的干球溫度t1、t2(℃)和濕球溫度tw1、tw2(℃)，如果環境大氣壓力P不等于常壓(105Pa)，按照下式，首先對濕球溫度tw1和tw2分別進行非常壓修正tw′=tw+(8+tw3)(1-P)]]>式中tw′為非常壓修正濕球溫度，單位是℃，P是大氣壓力，單位為105Pa，環境空氣與鍋爐煙氣所含水蒸氣通常都是不飽和的，濕球溫度有偏差，再對濕球溫度tw1′和tw2′分別按下式進行不飽和修正tw′′=tw′(tw′99.63)0.031(0.02t-1)]]>(t≥99.63℃)tw′′=tw′(tw′t)0.16exp(-0.017t)]]>(t≤99.63℃)然后，利用常壓下的空氣濕度表，由t1、tw1″查出環境空氣的含濕量d1，由t2、tw2″查出鍋爐煙氣的含濕量d2，(3)確定每千克燃料燃燒生成的煙氣量mG的方法是利用上述已確定的過量空氣系數α和給定的鍋爐燃料CHn的氫碳比n，按下式計算每千克燃料CHn燃燒生成的煙氣量mG(kg/kg)mG＝[12+n+137.28α(1+0.25n)]/(12+n)(4)確定鍋爐不完全燃燒熱損失Δη3的方法是利用上述已確定的過量空氣系數α，按下式計算不完全燃燒熱損失Δη3Δη3＝0.01α-7.27(當α≥1)Δη3＝1.01-α (當α≤1)。2.一種檢測燃用無灰分燃料鍋爐熱效率的裝置，它由下述部分構成傳感器、模擬電位器、燃料選擇鍵、尾部受熱面選擇鍵、顯示器、直流電壓表、模擬放大電路、冷端補償電路、模數轉換電路、單片機電路、顯示器譯碼電路、電源、儀表盤和儀表盒，其特征在于(1)所說的傳感器是干球溫度傳感器和濕球溫度傳感器，所說的模擬電位器是大氣壓力模擬電位器和鍋爐容量模擬電位器，所說的燃料選擇鍵，按鍋爐燃料種類確定鍵位數，在每一種燃料鍵位下，有與該燃料氫碳比和發熱量對應的模擬分壓電路，可以切換和...

【專利技術屬性】
技術研發人員：尚德敏，
申請(專利權)人：尚德敏，
類型：發明
國別省市：93[中國|哈爾濱]