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华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 锅炉热效率是反映锅炉运行经济性的一项非常重要的技术经济指标。对于火力发 电厂而言，锅炉效率试验是一项非常重要的常规性试验。由于存在各种不确定因素， 测试数据与被测真值之间有误差。以往大多采用误差分析方法对测试结果做一些分 析。近年来不确定度分析逐渐取代误差分析。本文详细研究了a s m ep t c 4 1 9 9 8 标 准热效率计算方法以及不确定度计算理论，并将不确定度计算理论应用于锅炉热效 率计算。最后将得到的理论模型基于c + + b u i l d e r 编制成计算软件，较好地指导电厂 实际运行。 关键词：锅炉，热效率，不确定度， c + + b u i l d e r a b s t r a c t t h et h e r m a le f f i c i e n c yo ft h eb o i l e ri sa ni m p o r t a n tt e c h n i c a la n d e c o n o m i ci n d e x w h i c hr e f l e c t st h eo p e r a t i o ne c o n o m yo fi t f o rt h et h e r m a lp o w e rp l a n t ，b o i l e re f f i c i e n c y t e s ti sav e r yi m p o r t a n tr o u t i n et e s t b e c a u s eo fv a r i o u sk i n d so fu n c e r t a i nf a c t o r ，t h e r e a r ee r r o r sb e t w e e nt e s td a t aa n dt r u ev a l u e w eu s u a l l ya d o p t e dt h ea n a l y t i c a lm e t h o do f t h ee r r o rt om a k es o m ea n a l y s i st ot h et e s tr e s u l ti nt h ep a s t i nr e c e n ty e a r s ，u n c e r t a i n t y a n a l y s i sr e p l a c e se r r o ra n a l y s i sg r a d u a l l y t h i st e x th a sr e s e a r c h e dt h ec a l c u l a t i n g m e t h o d so fh e a te f f i c i e n c yo fa s m ep t c 4 19 98a n dt h eu n c e r t a i n t yc a l c u l a t i o nt h e o r y i nd e t a i l a n dt h eu n c e r t a i n t yc a l c u l a t i o nt h e o r yi sa p p l i e dt ot h et h e r m a le f f i c i e n c y c a l c u l a t i o no ft h eb o i l e r i nt h el a s t ，im a k et h ec a l c u l a t i o ns o f t w a r ew h i c hu s et h et h e o r y m o d e lb yc + + b u i l d e rt oa p p l yt og u i d ep r a c t i c a lo p e r a t i o n d uh a i l i n g ( t h e r m a lp o w e re n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f y a nw e i p i n g k e yw o r d s ：b o i l e r ，t h e r m a le f f i c i e n c y ，u n c e r t a i n t y ，c + + b u i l d e r 华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 锅炉热效率是反映锅炉运行经济性的一项非常重要的技术经济指标。对于火力发 电厂而言，锅炉效率试验是一项非常重要的常规性试验。由于存在各种不确定因素， 测试数据与被测真值之间有误差。以往大多采用误差分析方法对测试结果做一些分 析。近年来不确定度分析逐渐取代误差分析。本文详细研究了a s m ep t c 4 1 9 9 8 标 准热效率计算方法以及不确定度计算理论，并将不确定度计算理论应用于锅炉热效 率计算。最后将得到的理论模型基于c + + b u i l d e r 编制成计算软件，较好地指导电厂 实际运行。 关键词：锅炉，热效率，不确定度， c + + b u i l d e r a b s t r a c t t h et h e r m a le f f i c i e n c yo ft h eb o i l e ri sa ni m p o r t a n tt e c h n i c a la n d e c o n o m i ci n d e x w h i c hr e f l e c t st h eo p e r a t i o ne c o n o m yo fi t f o rt h et h e r m a lp o w e rp l a n t ，b o i l e re f f i c i e n c y t e s ti sav e r yi m p o r t a n tr o u t i n et e s t b e c a u s eo fv a r i o u sk i n d so fu n c e r t a i nf a c t o r ，t h e r e a r ee r r o r sb e t w e e nt e s td a t aa n dt r u ev a l u e w eu s u a l l ya d o p t e dt h ea n a l y t i c a lm e t h o do f t h ee r r o rt om a k es o m ea n a l y s i st ot h et e s tr e s u l ti nt h ep a s t i nr e c e n ty e a r s ，u n c e r t a i n t y a n a l y s i sr e p l a c e se r r o ra n a l y s i sg r a d u a l l y t h i st e x th a sr e s e a r c h e dt h ec a l c u l a t i n g m e t h o d so fh e a te f f i c i e n c yo fa s m ep t c 4 19 98a n dt h eu n c e r t a i n t yc a l c u l a t i o nt h e o r y i nd e t a i l a n dt h eu n c e r t a i n t yc a l c u l a t i o nt h e o r yi sa p p l i e dt ot h et h e r m a le f f i c i e n c y c a l c u l a t i o no ft h eb o i l e r i nt h el a s t ，im a k et h ec a l c u l a t i o ns o f t w a r ew h i c hu s et h et h e o r y m o d e l b yc + + b u i l d e rt oa p p l yt og u i d ep r a c t i c a lo p e r a t i o n d u h a i l i n g ( t h e r m a lp o w e re n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f y a nw e i p i n g k e yw o r d s ：b o i l e r ，t h e r m a le f f i c i e n c y ，u n c e r t a i n t y ，c + + b u i l d e r 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文不确定度原理在锅炉热效率计算中的 应用与编程，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工 作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：走鑫趁 e t期：型堕! 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件：学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：盎龟鉴 日期：蛰疆：墨： 导师签名： 日期： 华北电力大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 选题背景与意义 锅炉是工农业生产中的主要耗能设备之一，每年都要消耗大量燃料。随着经济 的发展，一次矿物燃料资源随之逐渐减少，当前世界各国都在研究解决如何使煤炭 资源得到合理有效利用的问题。在我国电力能源中，火电约占7 0 ，我国火力发电 以煤粉悬浮燃烧机组为主。因此，如何提高燃煤机组锅炉的运行效率，降低各项燃 烧损失，对节能工作具有重要的意义。 锅炉热效率是反映锅炉运行经济性的一项非常重要的技术经济指标。在电站锅 炉性能鉴定、日常运行方式评价、燃烧工况调整等情况下，都需要对电站锅炉设备 进行不同运行工况的热效率试验。按国家有关规定，新机组在投运后都要进行一系 列性能测试，以考核新机组的性能。在机组大修及老机组改造前后，通常也要进行 性能试验，以确定机组大修或改造后的节能效果。通过这些试验，可确定锅炉运行 的经济性、查找锅炉的节能潜力、分析影响锅炉运行经济性的主要因素，为电厂改 进运行管理、提高能源利用率提供科学的依据。锅炉正常运行时，常需了解掌握锅 炉的各项热损失、热效率和煤耗等参数，以便及时进行燃烧调整，使锅炉保持在最 佳工况下运行，获得最高的经济性。因此，对于火力发电厂而言，锅炉效率试验是 一项非常重要的常规性试验。 试验完成后，需对测得的锅炉热力试验数据进行处理，计算出锅炉效率和各项 热损失。为了评价锅炉的运行情况，管理、监测和研究等部门都要对锅炉的运行效 率进行测算，进而确定提高运行效率的技术措施。一般来说，测试单位出具的测试 报告仅给出锅炉的热效率测算结果及相关测算数据，而没有对测算结果的可信度、 质量及热效率的变化区间范围作出说明，严格来说只是完成了测试工作量的一半， 另一项对测试结果的评价分析未进行。为了说明某次锅炉热力试验结果的可靠程 度，对试验结果的不确定度进行评定是非常必要的【l 】。 在新建火电机组验收及锅炉大修后对锅炉性能指标评估时，都要进行锅炉性能 试验，通常把经过修正的锅炉热效率作为试验的最终结果，而对测量结果的评定则 要使用测量不确定度。测量不确定度是指测量结果的可靠程度，并不说明测量结果 是否接近真值。在生产与实验过程中，需要测量很多物理量，使用各种各样的计量 器具。例如：要测量长度，可以使用钢直尺、游标卡尺、千分尺、量块和测长仪等， 还可使用更精密的仪器。如果对测量结果要求不高，只是大概地知道其尺寸，则用 钢直尺就可以了：如果要得到较为准确的结果，就要用游标卡尺或千分尺；如果要 华北电力大学硕士学位论文 得到更为准确的结果，就要使用量块或测长仪，甚至更为精密的仪器。如何对这一 系列的测量结果作出评价呢? 由于我们不能确切地知道被测量的真值，也就无法准确 地知道测量误差的大小，但我们可以根据所掌握的有关信息，采用概率分布的方法 得到被测量其值所处的范围，并以此作为测量结果的质量指标，这即为测量不确定 度【2 l ，用不确定度分析热效率一方面可以考察、评定锅炉热效率和其它相关测算参 数的质量，另一方面还可以探讨降低不确定度和提高热效率的技术措施。 1 2 国内外研究现状 测量不确定度的定量表示是计量学领域一个较新的概念，它的应用具有广泛性 和普遍性。正如国际单位制计量单位己渗透到各种科学技术的测量领域并被全世界 普遍采用一样，所有的测量都要给出测量结果，无论那个学科领域的测量都用到测 量不确定度。测量不确定度是测量结果带有的一个参数，用以表征合理地赋予被测 量结果的分散性。不确定度是说明测量水平的主要指标，是表示测量质量的重要依 据。不确定度理论是现代测试技术、仪器仪表以及工程实验等领域不可缺少的重要 理论基础，它在科学上与生产实践中起着重要的作用，因此受到了普遍地重视并得 到了迅速地发展。现代不确定度理论经过了近几十年的研究与发展，己经逐步形成 了一定的理论体系。 在锅炉效率测算中，由于存在各种不确定因素，测试数据与被测真值之间有误 差。以往大多采用误差分析方法，对测试结果做一些分析。近年来，不确定度 ( u n c e r t a i n t y ) 分析逐渐取代误差分析【3 】【1 0 j ，用于对测试结果的评判。不确定度，是测 量结果不确定的程度，用以表征合理地赋予被测量值的分散性，它是测量结果含有 的一个参数，能够定量地表征测试结果的质量。一般来说，不确定性越小，测试结 果的质量越高，测试水平越先进，使用价值越高。1 9 9 5 年，国际标准化组织( i s o ) 起草了测量不确定度表示指南( g u i d et ot h ee x p r e s s i o no f u n c e r t a i n t yi nm e a s u r e m e n t 简称g u m ) ，由国际标准化组织o s o ) 、国际电工委员会( i e c ) 、国际计量局( b i p m ) 、 国际法制计量组织( o i m l ) 、国际理论化学与应用化学联合会o u p a c ) 、国际理论物 理与应用物理联合会o u p a p a ) 、国际临床化学联合会( i f c c ) 等7 个国际组织联合发 布。g u m 采用国际通用的观点和方法，给出了对测试结果及其质量进行评定、表示 和比较的准则。我国参照g u m ，于1 9 9 9 年发布了测量不确定度评定与表示( j j f l 0 5 9 一1 9 9 9 ) 计量技术规范j 。 台湾工业大学y u c h um a x w e l ll ia n ds h y i m i nl u 等人对太阳能吸收器测试系 统进行不确定度分析【i2 1 。澳大利亚的国际应用系统分析研究所w o l f g a n gs c h 6 p p 等人 对污染物进行了不确定度分析【h 】。美国全球和地区环境研究的中心的r a n e y , j l s c h n o o r 用不确定度分析生物系统温室气体平衡n4 1 。还有一些学者在其他方面运 2 华北电力大学硕士学位论文 用了不确定度分析原理【1 5 1 4 2 3 1 。 我国对不确定度的研究和应用还停留在个别指标上，在锅炉系统测试中，采用 不确定度分析的工作不多，相应的论文也很少。 2 0 0 4 年华北电力大学阎维平教授翻译了( ( f i r e ds t e a mg e n e r a t o r sp e r f o r m a n c et e s tc o d e ) ) 2 4 j 一书，a s m e 性能试验规程提供了试验方法，据此得到了与当 前最完善的工程知识和实践一致的最高精度的试验结果，由代表各有关方面的委员 编制的这些试验规程规定了试验步骤、仪表、设备运行要求、计算方法和不确定度 分析。天津大学热能研究所的王志国等人用不确定度分析了锅炉进水温度、出水温 度、给水流量、给水密度等参数对热效率不确定度的影响【1 1 。国电热工研究所的杨 涛等人分析了温度测量不确定度对锅炉热效率测量结果的影响【2 5 1 。还有一些其他研 究。但这些研究局限性很大，均不完善。国内尚未有人基于a s m e 标准对大型电站 锅炉热效率不确定度做全面分析。 因此，我国对于不确定度的研究和应用还处于初级阶段，对测量不确定度的分 析往往只是局限于一个部分。我们应跟踪当前国际技术发展前沿，引入不确定度分 析，科学、合理、客观的评价测量系统，从而为如何组建一个最优的测量系统，如 何评价确认系统的质量，提供理论依据和基本保证。 1 3 效率不确定度计算难点 在效率不确定度计算中，主要存在以下问题： 1 在锅炉运行过程中会有各种外界条件变化时产生的干扰，因此不可预测因素很 多，完全准确的得出一种模型适用于各种机组、各种运行条件较难。 2 锅炉是一种复杂的热力设备，锅炉的热平衡测试是一个热工系统工程。它包括流 量、温度、压力、质量、化学分析等多种仪器设备进行测试和化验，执行多种标准 进行测试和计算，需要的测量数据很多，影响结果的不确定度分量众多，如果一一 考虑很难，从而影响模型的准确性。 1 4 本文的主要研究内容 本文主要围绕锅炉效率及其不确定度的计算方法展开研究。主要内容包括以下 几个方面： 1 建立效率计算及其不确定度计算的理论模型 用正、反平衡法分别计算锅炉热效率。反平衡计算中，根据a s m e 标准，计算 各项热损失和外来热量，进一步求出热效率。正平衡计算即为：锅炉热效率= 锅炉 3 华北电力大学硕士学位论文 输出有效热量锅炉输入热量。 建立数学模型，对各直接测量参数和间接测量参数的不确定度及最终结果的不 确定度进行计算、分析讨论。列出不确定度来源。对各分量进行不确定度评定( 用 a 类或b 类评定) ，最后合成标准不确定度，写出不确定度评定报告。 2 采用某一电厂实际参数进行实例计算与分析。 通过对某一电厂实际运行参数分析计算，给出各分量不确定度及锅炉最终效率 的不确定度，验证理论模型的可行性。根据计算结果考察、评定锅炉热效率和其它 相关测算参数的质量，进一步探讨降低不确定度和提高热效率的技术措施。 3 编制软件 将研究所得的理论模型基于c + + b u i l d e r 编制成计算软件，用于计算锅炉热效 率及其不确定度，较好的指导电厂实际运行。 4 华北电力大学硕士学位论文 2 1 概述 第二章锅炉热效率计算模型及实例 锅炉效率是表征锅炉经济运行的主要综合性指标。在电站锅炉性能鉴定、机组 考核试验等情况下，都需要对电站锅炉设备进行不同运行工况的热效率试验，帮助 电厂改进运行管理、降低成本提高能源利用率，因此需要参照一些比较完善、可靠 准确的计算标准进行考核。目前，国内外常用的计算模型有： 1 我国国家标准电站性能试验规程( g bp t c ) 中的锅炉效率计算模型【2 6 】： 2 美国机械工程师协会电站性能试验规程( a s m ep t c ) 中的锅炉效率计算模型【2 4 1 ； 3 国内锅炉原理教科书中的锅炉效率计算模型【2 7 】，【2 8 】； 4 火力发电厂技术经济性指标计算中的锅炉效率计算模型【2 9 1 。 其中，前三个计算模型主要应用于锅炉性能考核，最后一个可以用于锅炉效率 的在线计算，但主要适用于小型机组。我国的电站机组许多都在使用国标，他们对 国标中采用低位发热量和各热损失的分类方法菲常熟悉。随着电力工业的发展，我 国引进进口机组或国外技术机组越来越多，这些机组的考核试验及常规性试验大多 采用了美国a s m e 标准计算锅炉效率。a s m ep t c4 1 9 9 8 性能试验规程适应于从小 型工业锅炉机组到大型火力发电机组的各种类型锅炉，是目前世界上较为完善的锅 炉性能试验规程，在本行业很具权威性，被世界各工业化国家广泛认可【3 0 1 。本章主 要研究了美国机械工程师协会电站性能试验规程( a s m ep t c 4 1 9 9 8 ) 中的计算模型， 以及它与国标的主要区别。 2 2 锅炉效率计算模型 计算锅炉效率有两种方法：正平衡法和反平衡法。 在使用a s m ep t c 4 1 9 9 8 计算模型时，正平衡法，是在试验过程中直接确定锅 炉机组的输出能量q ，d 及送入锅炉的总热量鲫，然后直接按公式口：关呈计算出 蟛 锅炉热效率，此效率亦称为输入一输出法效率。而反平衡法，是通过试验测定出各 项热损失及外来热量，求出损失之和q p l 及外来热量之和q p b ，通过公式 e f = 1 0 0 一q p l + q p b 以间接计算出锅炉热效率。但是，正平衡法要求锅炉在较长时 间内运行工况稳定，即保持试验期间锅炉压力、负荷一定，试验始末燃烧状态和汽 包水位相同。这在锅炉运行中是难以完全做到的。另外，对于大型燃煤锅炉机组， 5 华北电力大学硕士学位论文 尤其是采用中间储仓式制粉系统的机组，要准确测量燃煤消耗量是相当困难的。更 重要的是，它未能找出锅炉热效率的各种损失原因和提高热效率的途径。所以正平 衡法大多用来确定小型锅炉的热效率；对于容量稍大的，则采用反平衡法来确定锅 炉的热效率。 2 2 1 正平衡法 正平衡法计算的效率是基于测定燃料量和计算输出能量所必需的锅炉汽水测 的测量参数。正平衡法计算的效率的不确定度直接与燃料量测量、样本燃料分析数 据和锅炉输出能量的求取等的不确定度成正比。在各种锅炉效率计算模型中，关于 正平衡法基本上都是一致的，其计算过程比较简单，所求变量也不多。下面介绍 a s m ep t c 4 1 9 9 8 的计算方法，其计算式如下： e f ：1 0 0q r o ：1 0 0q r o ， ( 2 1 ) q r lq r 壬i 当将输入能量o r 定义为燃料释放的所有能量时q r f ，所得的效率通常为燃料 效率。本文选用燃料效率来表示效率。另一种表示效率的方法是考虑输入到锅炉系 统内的总能量，常称之为毛效率。 1 输入能量 输入能量为所有的燃烧能量，它是燃料完全燃烧时可获得的最大能量 q r i = q r f = m r f h h v f( 2 2 ) 式中刚输入能量，w ； q 伊燃料的输入能量，w ： 胁f 一一燃料的质量流量，k g s ； 聊燃料高位发热量，j k g 。 2 输出能量 输出能量9 d 是指被工质吸收的且未在锅炉系统边界内回收的能量，例如 用于加热入口空气的能量。输出包括过热蒸汽、过热减温水、再热蒸汽、再热 减温水、辅助用汽和排污等吸收的能量。输出能量不包括用于预热进入锅炉的 空气的能量，例如，由锅炉提供的暖风器用蒸汽的能量。计算公式如式( 2 3 ) 。 q p o = ( m r s t 3 2 - m r w 2 5 ) ( h s t 3 2 一h w 2 4 ) + m r w 2 5 ( h s t 3 2 一h w 2 5 ) + m r s t 3 3 ( h s t 3 4 一h s t 3 3 ) + m r w 2 6 ( h s t 3 4 一h w 2 6 )( 2 - 3 ) + m r s t 4 6 a ( h s t 4 6 a h w 2 4 ) + m r w 3 5 ( h w 3 5 一h w 2 4 ) 6 华北电力大学硕士学位论文 式中朋艘3 2 主蒸汽流量，k g s ； 胁2 5 主蒸汽喷水流量，k g s ； 朋艘3 3 再热蒸汽流量，k g s ： m r w 2 6 再热减温水流量，k g s ： 胁熨4 6 彳辅助用汽流量，k g s ； 胁形3 5 排污水流量，k g s ： 胁矿2 4 给水焓，j k g ； h w 2 5 主蒸汽喷水焓，j k g ； 椰矿2 6 再热蒸汽喷水焓，j k g ： 册3 5 饱和水焓，j k g ： 微3 4 一一再热蒸汽出口焓，j k g ； 腑3 3 再热蒸汽入口焓，j k g ； h s t 3 2 主蒸汽焓，j k g ： 鼢4 6 么一一辅助用汽焓，j k g 。 2 2 2 反平衡法 反平衡法要求测定各项热损失、输入物理热和燃料的元素分析成分及发热值。 在各种锅炉计算模型中，关于反平衡法的计算大同小异，由于涉及的变量很多，计 算过程均较繁琐。 a g b 中反平衡法锅炉热效率计算式为： ，7 = l 。一兰蔓二三垂蔓j = _ 皆x 1 0 0 = 1 0 0 - ( q 2 + q 3 + q 4 + q 5 + q 6 ) ，( 2 - 4 ) 式中q ，输入锅炉能量，k j k g ； 鲮排烟热损失，k j k g ； q 3 可燃气体未完全燃烧热损失，k j k g ； q 4 一一固体不完全燃烧热损失，k j k g ： 珐散热损失，k j k g ； q 6 灰渣物理热损失，k j k g 。 b a s m ep t c 4 19 9 8 标准中反平衡法计算 华北电力大学硕士学位论文 该方法采用能量损失q p l 和外来热量q p b 来计算效率： ef=100-qpl+q趣，(2-5) 虽然大多数热损失与外来热量能被方便的用占燃料输入能量的百分数来表示， 但是某些热损失和外来热量以矽为单位计算更为方便经推导得出公式： 册刈o o - 批+ q p b ， 一q r o ， c 2 匈 式中册燃料效率，； 鲈三损失之和， ； 鲈b 外来热量，； 鲫d 输出能量，w ； q 魁损失之和，w ； 鲫b 外来热量之和，w 。 以上各项计算方法如式( 2 - 7 ) ( 2 - 1 0 ) 所示。 q p l = q p l d f g q p l h 2 f 七q p l w f 七q p l w a + q p l s m u b + q p l r s + q p l a q + q p 朋三g + q p l n q ( 2 7 ) 上式右端各项依次为干烟气损失、燃料中氢燃烧生成水而造成的损失、因固体 或液体燃料中的水分而造成的损失、因空气中水分引起的损失、由未燃可燃物造成 的损失之和、由灰渣显热引起的损失、高温烟气净化设备引起的损失、因漏风引起 的损失、形成n o x 而引起的损失。 q 肛= q r l s r c + q r l w a d + 9 儿c 腩+ q r l w s b + q r l a p + q r l r y + q 儿c 伽+ q r l a c ( 2 8 ) 上式右端各项依次为由表面辐射和对流引起的损失、额外水分引起的损失、脱 硫剂煅烧和脱水引起的损失、脱硫剂水分引起的损失、湿渣池损失、由于再循环物 质流所造成的损失、冷却水的损失、内部供给热源的暖风器损失。 q 胎= q p b d a + q p b w a + q p b f + q p b s l f( 2 - 9 ) 上式右端各项依次为进入系统的干空气所携带的外来热量、空气中水分携带的 外来热量、燃料显热携带的外来热量、脱硫反应带入的外来热量。 华北电力大学硕士学位论文 鲫b = q r b x + q r b s b + q r b w a d( 2 - 1 0 ) 上式右端各项依次为辅枧设备功率的外来热量、脱硫剂显热带入的外来热量、 额外水分携带的外来热量。 如上文所述，a s m ep t c 4 1 9 9 8 标准共定义了1 7 项损失，7 项外来热量。详尽考 虑了目前典型锅炉系统( 煤粉炉、流化床锅炉、火床炉等) 的所有热损失和外来热量 项目，同时将若干计算较为复杂的项目分解为若干子项目，即有利于测量与计算， 也有助于详细考察锅炉的性能指标。下面分别介绍主要热损失和外来热量的计算方 法。 1 干烟气损失： q p l d f g = i o o m q d f g h d f g l v c r ， ( 2 - 1 1 ) 式中m q d f g 锅炉出口干烟气质量，k g j ； h d f g l v c r 对应于离开锅炉系统边界温度的烟气焓，且已经过漏风修 正( 排除漏风的影响) ，j k g 。 2 因燃料水分引起的各项损失 ( 1 ) 燃料中日2 燃烧生成水而造成的损失： q p l h 2 f = io o m q w h 2f ( h s t l v c r 一日r e ) ， ( 2 一1 2 ) 式中岣聊：f 由燃料中的氢燃烧生成的水分，k g j ； h s t l v c r l p s i a 下的蒸汽焓，j k g ； 删r e 在基准温度下的水焓，j k g 。 ( 2 ) 因固体或液体燃料中的水分而造成的损失，也可应用于合成的气体燃料： q p l w f = 1 0 0 m q w f ( h s t l v c r h wr e ) ，( 2 1 3 ) 式中均阡燃料中水的水分，k g j ； h s t l v c r l p s i a 下的蒸汽焓，j k g ； h w r e 在基准温度下的水焓，j k g 。 3 由未燃可燃物造成的损失之和 其值是各个未燃成分造成的损失之和。 ( 1 ) 灰渣中未燃碳造成的损失 9 华北电力大学硕士学位论文 o p l u b c = m p u b c 需， 式中h i - 1 v c r s 存在于灰渣中碳的发热量，j k g ； 坳叻c 未燃碳的百分数，； 爿= m 伊燃料高位发热量，j k g 。 ( 2 ) 灰渣中未燃氢引起的损失 以日2 r s = m r r l s m 历p h 砑2 r 面s h r h v h 2 ， 式中m p h ：船灰渣中未燃氢的质量加权平均值， 且h h v h 2 = 1 4 2 1 2 0 k j k g ； 肋亿灰渣质量流量，k g s ； 黝f 燃料的质量流量， k g s ； 聊燃料高位发热量，j k g 。 ( 3 ) 烟气中一氧化碳引起的损失 q p l c o = d v p c o m o d f g 协面h h v c o q p l c o = z p c o m o f g 脚c d 需 式中d 场c d 干燥基c o 含量的测量值，容积百分数； 场c d 一一湿基c o 含量的测量值，容积百分数； m o d f g 一一干烟气摩尔数，m o l k g ； m o f g 一湿烟气摩尔数，m o l k g ； 脚c d 一一c d 的摩尔质量，k g m o l ； 删比d c d 高位发热量，1 0 1 ll k j k g ； 删阿燃料高位发热量，j k g 。 1 或 l 的数值；a s m e p t c4 1 9 9 8 一直采用过量空气率的定义，即过量的空气量占理论空 气量的百分数，用表示，但是，此处的理论空气量为修正后的理论空气量。 5 热损失与外来热量的表示单位不同 a s m ep t c4 1 9 9 8 根据各项损失与外来热量的测量难易和计算的便利性，采用 两种不同单位的表示方法： ( 1 ) 由燃烧产物导致的热损失与外来热量，表示为燃料输入热量的百分数； ( 2 ) 与燃料输入热量无直接关系的热损失与外来热量，表示为单位时间的热量；其优 点是各自的测量与计算均明确、易行。我国国标的各种热损失均统一表示为锅炉输 入热量的百分数。 6 是否需要计算锅炉的有效输出热量 按我国国标进行反平衡法热效率计算时，无须计算锅炉的有效输出热量，但 a s m ep t c4 1 9 9 8 在采用能量平衡法计算锅炉热效率时，还需先计算出锅炉的有效 输出热量。这是因为，由燃烧产物导致的各项损失均表示为输入燃料热量的百分数， 而与燃料输入热量无直接关系的项目则基于单位时问的热量计算。但在计算效率 时，不同单位表示的损失或外来热量不能直接运算，采用混合单位计算锅炉热效率 时需要锅炉的有效输出热量。a s m ep t c4 1 9 9 8 根据工程习惯，规定将基于单位时 1 5 华北电力大学硕士学位论文 问的热损失与外来热量均换算到基于输入燃料热量的百分数，因此，在计算得到锅 炉热效率后，可再由计算的燃料量将基于单位时问的损失与外来热量均换算为输入 热量的百分数。 7 关于排烟损失 a s m ep t c4 1 9 9 8 将实际烟气分为干烟气与烟气中携带的水分( 包括燃料、空气 及脱硫剂携带的水分，以及雾化及吹灰蒸汽带人的水分等) ，与我国国标的定义与计 算方法类似。但是，a s m ep t c4 1 9 9 8 定义的排烟损失与计算方法与我国国标显著 不同，因此，分别按a s m ep t c4 1 9 9 8 和我国国标计算的排烟损失不具备直接的可 比性。主要区别如下： ( 1 ) a s m ep t c4 - 1 9 9 8 将“锅炉出口 定义在锅炉省煤器出口截面，而性能试验的烟 气出口边界定义在空气预热器的出口；我国国标的锅炉出口即为锅炉排烟处，即空 气预热器出口。 ( 2 ) a s m ep t c4 1 9 9 8 规定，与排烟损失有关的干烟气量取为锅炉出口( 省煤器出口) 处的烟气量，而温度则为空气预热器出口烟温，但该烟温值并非实测值，是对实测 烟温进行修正后的计算烟温，即由测量的实际烟温换算到空气预热器完全没有漏风 的修正烟温。与排烟损失有关的烟气水分损失也是按修正后的空气预热器出口烟温 计算的。 ( 3 ) 我国国标定义的排烟损失直接由实际测量的排烟温度与实际烟气量计算。比较而 言，a s m ep t c4 1 9 9 8 规程的定义可能更合理些。因为空气预热器内的漏风是外界 空气直接漏到烟气侧，除了降低排烟温度外，没有起到任何作用。空气预热器为非 锅炉承压受热面，属于锅炉本体外的换热设备，其供货来源也不同，而且其运行性 能的变化( 主要是漏风率) 对锅炉排烟损失及锅炉热效率的影响相对较大，剔除空气 预热器本身工作性能变化的影响，有助于更完善合理地评价锅炉本体的性能。另外， a s m e 还专门制订了详细的空气预热器性能试验规程，单独评价其性能。 2 4 实例计算 本文以天津大港电厂3 0 0 m w 锅炉为例，计算其热效率。该锅炉由意大利 f r a n c o t o s i 厂制造。锅炉型号tt o s i c e1 1 0 0 。锅炉形式：亚临界、强迫循环、 辐射中间再热、平衡通风、直流四角切圆燃烧、直吹式双进双出钢球磨煤机制粉系 统，燃煤汽包锅炉。本例分别用正平衡法和反平衡法计算其热效率。 1 输出能量计算 计算所需原始数据如表2 1 。各温度焓值及计算结果如表2 2 。 1 6 华北电力大学硕士学位论文 表2 - 1 计算输出能量所需数据 名称单位数据名称单位数据 给水温度 2 9 6 过热器喷水压力 m p a1 9 7 给水压力 m p a 1 9 7过热器喷水温度2 9 6 给水流量 t h1 0 5 0 抽气量 t h 2 3 1 2 主蒸汽温度 5 4 0 再热蒸汽出口温度 5 4 0 主蒸汽压力 m p a 1 7 4 1 再热蒸汽进口温度 3 2 8 过热器一级喷水流量 t h3 9 4 6 再热蒸汽进口压力m p a3 7 8 过热器二级喷水流量 t h2 0 5 l 再热蒸汽出口压力 m p a3 5 6 表2 2 各温度焓值及输出能量计算结果 名称单位 结果 给水温度焓值 k j k g 1 3 1 3 5 3 主蒸汽温度焓值 k j k g 3 3 9 4 5 过热器喷水温度焓值 k j k g 1 3 1 3 5 3 再热蒸汽出口温度焓值 k j k g 3 5 4 0 2 再热蒸汽进口温度焓值 k j k g 3 0 4 4 6 3 主蒸汽吸热量 k w6 4 1 6 1 5 再热蒸汽吸热量 k w 1 2 0 9 7 0 输出能量 k w 7 6 2 5 8 5 正平衡法计算锅炉效率 原始数据及结果如表2 3 。 表2 - 3 效率计算 燃料高位发热量 k j k g 2 4 1 3 6 燃料量t h1 2 5 7 8 输出能量k w7 6 2 5 8 5 效率9 0 4 3 0 1 7 华北电力大学硕士学位论文 3 反平衡法计算 原始数据如表2 4 ：计算结果如表2 5 。 表2 - 4 效率计算所需数据 名称单位数据名称单位数据 碳( 收到基) 6 1 2 7 炉膛灰渣份额+ 1 0 氢( 收到基) 3 2 3省煤器飞灰份额 1 5 氧( 收到基) 7 5 0 除尘器飞灰份额 7 5 氮( 收到基) 0 4 3 炉膛灰渣含碳量 2 硫( 收到基) 1 1 0 省煤器飞灰含碳量 2 水分( 收到基) 8 1 8除尘器飞灰含碳量5 灰份( 收到基) 1 8 2 9 炉膛灰渣温度 1 0 9 0 排烟氧气体积百分含量 5省煤器飞灰温度3 4 5 排烟碳氢化合物体积百分含量 o 0 0 1 除尘器飞灰温度 1 3 5 锅炉入口湿球温度 1 0 排烟温度 1 2 4 环境干球温度 2 5 灰渣中氢含量 o 0 0 l 排烟c o 体积百分含量0 0 0 1汽包压力m p a1 8 7 9 锅炉外表面平均温度 6 0 大气压力 m p ao 1 0 锅炉外环境空气温度 3 5 一次风温度 1 0 0 空预器入口烟气中含氧量 5 2 表2 - 5 各损失和外来热量和效率计算结果 单单 名称数据名称数据 位位 1 1 3 3 灰渣中未燃碳热损失 空气中的水分带出的热损失 0 。0 1 l 灰渣中未燃氢热损失0 0 0 1干排渣灰渣物理显热损失0 1 3 6 1 8 华北电力大学硕士学位论文 烟气中未燃c o 热损失 0 。0 0 4 尾部竖井至空预器漏风损失 0 0 5 2 未燃尽碳氢化合物热损失 0 0 2 6 锅炉表面散热损失 o 3 1 6 干烟气损失 4 3 4 5 空气中水分携带的外来热量 0 0 0 7 燃料氢燃烧形成水带出热损 3 1 4 1 燃料显热携带的外来热量 0 3 1 0 失 进入系统干空气所携带的外来热 燃料水分带出热损失 0 8 9 00 量 9 0 4 3 2 效率 2 5 小结 本章介绍了a s m ep t c 4 1 9 9 8 标准热效率计算理论模型，重点介绍了反平衡法 计算，给出了部分损失和外来热量的计算方法。并对a s m e 标准与国标计算模型作 出比较，指出其异同。最后以天津大港电厂3 0 0 m w 锅炉为例，运用a s m e 标准计 算其锅炉效率。结果表明：灰渣中未燃碳热损失、干烟气损失、燃料氢燃烧形成水 带出热损失为影响热效率的主要损失，主要应降低这三项损失，以提高热效率。 1 9 华北电力大学硕士学位论文 3 1 概述 第三章锅炉热效率不确定度计算理论与实例 “不确定度 一词起源于1 9 2 7 年德国物理学家海森堡在量子力学中提出的不 确定度关系，又称测不准关系。1 9 7 0 年前后，一些学者逐渐使用不确定度一词，一 些国家计量部门也开始相继使用不确定度，但对不确定度的理解和表示方法缺乏一 致性。鉴于国际间表示测量不确定度的不一致，1 9 8 0 年国际计量局( b i p m ) 在征 求各国意见的基础上提出了实验不确定度建议书i n c 1 ；1 9 8 6 年由国际标准化 组织( i s o ) 等七个国际组织共同组成了国际部确定度工作组，制定了测量不确 定度表示指南，简称“指南g u m ；1 9 9 3 年，指南g u m 由国际标准化组织颁布 实施，1 9 9 5 年作了不太大的更正，目前在世界各国得到执行和广泛应用【3 6 】- 【3 9 】。 3 1 1 测量不确定度定义及相关概念 测量不确定度是指测量结果变化的不肯定，是表征被测量的真值在某个量值范 围的一个估计，是测量结果含有的一个参数，用以表示被测量值的分散性。这种测 量不确定度的定义表明，一个完整的测量结果应包含被测量的估计与分散性测试两 部分。例如被测量y 的测量结果y u ，其中y 是被测量的估计，它具有的测量不 确定度为u 。显然，在测量不确定度的定义下，被测量的测量结果所表示的并非为 一个确定的值，而是分散的无限个可能值所处于的一个区间。因此，不确定度就是 某一测量或结果的估计误差极限。 通常用标准差表示的测量不确定度称为标准不确定度( s t a n d a r du n c e r t a i n t y ) ，当 测量结果由若干其它量得到时，这些量的方差和协方差的加权和的正平方根称为合 成标准不确定度( c o m b i n e ds t a n d a r du n c e r t a i n t y ) ，合成标准不确定度乘上一个数值 因子，以确定测量结果区间的量称为扩展不确定度( e x p a n d e du n c e r t a i n t y ) ，扩展不 确定度是测量结果附近的一个置信区间，被测量的值以较高的概率落在该区间内。 在不确定度分析中，了解置信度的概念是非常必要的。置信度是指观测值中与 真值的差值不大于不确定度的观测值的百分数，如某一典型的9 5 的置信度，就意 味着有9 5 的测量值在真值加上或减去不确定度的区间范围内。因为不确定度只是 一个估计的误差极限。 3 1 2 不确定度与误差的区别与联系 “指南g u m ”给不确定度的定义为：表征合理赋予被测量之值的分散性，与测 量结果相联系的参数。它表示由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度， 2 0 华北电力大学硕士学位论文 是表示被测量的值所处的量值范围的评定，即它是测量值附近