燃天然气非冷凝锅炉排烟热损失简化及应用_朱荣全.pdf

河南科技Henan Science and Technology机械与动力工程总第802期第8期2023年4月燃天然气非冷凝锅炉排烟热损失简化及应用朱荣全李勇（河南省锅炉压力容器检验技术科学研究院，河南郑州450000）摘要：【目的目的】简化燃天然气非冷凝锅炉排烟热损失的测试。【方法方法】以使用西气东输天然气燃料的非冷凝锅炉为研究对象，进行技术资料搜集，并结合目前非冷凝天然气锅炉能效测试报告计算方法。【结果结果】总结出一种适合河南省区域内非冷凝天然气锅炉排烟热损失测试方法，并结合实际测试过程对该方法进行验证。【结论结论】采用简化后的测试方法得出的数据与详细测试的原始数据进行对比，两者排烟热损失之差为+0.04%，只需测量排烟温度、入炉冷空气温度、烟气中的氧含量，测量项目少，降低测试成本，提高测试准确度，便于在实际工作中的应用。关键词：天然气锅炉；热效率测试；非冷凝锅炉；排烟热损失中图分类号：TK31文献标志码：A文章编号：1003-5168（2023）08-0039-06DOI：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.08.008Simplification and Application of Heat Loss of Exhaust Gas fromNatural Gas Fired Non-Condensable BoilerZHU RongquanLI Yong(The Boiler&Pressure Vessel Inspection T&S Institute of Henan Province,Zhengzhou 450000,China)Abstract:Purpose To simplify the test of heat loss of exhaust gas of non-condensable natural gasfired boiler.Methods This paper takes the non-condensable boiler using natural gas fuel from theWest-East Gas Pipeline as the object,collects the technical data,and combines the current calculationmethod of non-condensable natural gas boiler energy efficiency test report.Findings A test methodfor heat loss of exhaust gas from non-condensable natural gas boiler in Henan Province was summarized and verified with the actual test process.Conclusions Compared with the original data of the detailed test,the difference of heat loss of exhaust gas measured by the simplified test method is+0.04%,and in this way only the temperature of exhaust gas,the temperature of cold air entering the furnace,and the oxygen content in the flue gas are needed to be measured.It is convenient to apply in practicalwork since this method that has less items to be tested can reduce costs and improve the test accuracy.Keywords:natural gas boiler;thermalefficiency test;non-condensingboiler;exhaust gas heat loss0引言随着生态文明建设不断进步，能源利用效率也大幅提高，主要污染物的排放总量在持续减少，生态环境持续改善是在党的十九届五中全会提出的“十四五”时期经济社会发展的主要目标之一。国家市场监管总局特种设备局印发的 2021年特种设备安全监察与节能监管工作要点 中提出：拉升一条高线，提升特种设备节能环保水平。各地要依法落实锅炉节能环保监督检查职责，加强对锅炉节能环保状况统计分析，配合有关部门做好锅炉节能环保改造工作。收稿日期：2023-02-17基金项目：河南省基本科研业务费支持项目（2021KY06）。作者简介：朱荣全（1986），男，本科，工程师，研究方向：特种设备检验检测。通信作者：李勇（1982），男，硕士，高级工程师，研究方向：特种设备检验检测。40第8期随着节能环保要求的不断提高，越来越多的中小型锅炉被更换为燃气锅炉，燃气锅炉的日常节能环保监测受到越来越高的重视。为了进一步落实锅炉设计、制造、使用等环节的企业节能环保主体责任，不断加强对 特种设备目录 范围内的锅炉节能环保监督管理，多部门协同联动，不断推动锅炉节能监管和环保监督检查相结合的工作机制，进一步提高监管效能，全面提升锅炉节能环保水平。以使用西气东输的管道气（天然气体燃料）燃料的非冷凝锅炉为研究对象，通过技术资料的搜集，分析以前燃天然气非冷凝锅炉能效测试报告，总结出适合河南省区域内的燃天然气非冷凝锅炉热效率测试中排烟热损失的简化方法。1燃天然气非冷凝锅炉排烟热损失简化公式的推导按照 锅炉节能环保技术规程（TSG 912021）1中的要求，工业锅炉在用定期能效测试一般 按 照工 业 锅 炉 热 工 性 能 试 验 规 程（GB/T101802017）选择锅炉运行工况热效率简单测试或者锅炉运行工况热效率详细测试；冷凝锅炉按照冷凝锅炉热工性能试验方法（NB/T 470662018）执行；电站锅炉在用定期能效测试按照 电站锅炉性能试验规程（GB/T 101842015）执行。1.1锅炉热损失天然气锅炉的热损失主要是排烟热损失q2、气体不完全燃烧热损失q3和散热损失q5，固体不完全燃烧热损失q4和灰渣物理热损失q6均为0。1.2排烟热损失河南省大多地区使用的是西气东输管道天然气，本研究以西气东输一线中卫-上海段的淮阳分输压气站为取样地点进行随机抽样，2021年1月至12月每月固定抽一个日期，全年共抽12份不同月但相同日的天然气气质报告进行数据分析。气质分析热值见表1，2021年112月低位发热量分析如图1所示。经过分析，选取具有代表性的气质分析数据，见表2。根据当地天然气气质特性，总结分析以前大量锅炉能效测试报告，发现天然气锅炉正常燃烧RO2、O2、CO、N2四项占到 99%以上，剩余的排烟处H2、排烟处H2S、排烟处CmHn对锅炉排烟热损失的测试结果影响不大。同时，考虑到用于测量排烟处H2、排烟处H2S、排烟处CmHn的传感器价格昂贵，为降低配置测试仪器的费用，故只选择RO2、N2、O2、CO、H2O及空气进行测试及后续计算。排烟热损失 q2的推导过程参照 GB/T 1018020172（以下简称该标准）进行简化改进，具体如下。1.2.1推算平均比定压热容c的计算公式。根据该标准附录J中表J.1 烟气、灰和空气的平均比定压热容，在 0300 选择不同温度的平均比定压热容 c 值，推导出不同温度下 RO2、N2、O2、CO、H2O及空气的平均比定压热容c(cRO2、cN2、cO2、cCO、cH2O、cca)的计算公式。表12021年1月12日到2021年12月12日，取样地点气质分析低位发热量数据日期2021.01.122021.02.122021.03.122021.04.122021.05.122021.06.122021.07.122021.08.122021.09.122021.10.122021.11.122021.12.12热值（Qnet,v,ar）g/（kJm-3）35 986.1136 043.9236 026.1435 972.8236 457.7336 033.2736 234.1236 250.8135 740.2936 315.0436 219.2735 968.68图1低位发热量波线表2代表性气质分析数据2021.06.12气质分析CH4/%C2H6/%C3H8/%C4H10/%C5H12/%N2/%CO2/%H2S/（mg/m3）CmHn/%Mw/%（Qnet,v,ar）g/（kJ/m3）数值95.604 52.372 00.193 70.067 50.024 50.964 20.725 75.650 00.047 9036 033.27朱荣全，等.燃天然气非冷凝锅炉排烟热损失简化及应用1-12月低位发热量波线图1-12月低位发热量平均值第8期41本研究选择 100、150、160、170、180、190、200 温度条件，推出在不同温度下RO2、N2、O2、CO、H2O平均比定压热容c(cRO2、cN2、cO2、cCO、cH2O)与排烟温度tds计算公式，见式（1）到式（5）。cRO2=0.000 810 tds+1.622 850（1）cN2=0.000 039 tds+1.291 950（2）cO2=0.000 193 tds+1.297 551（3）cCO=0.000 054 tds+1.296 050（4）cH2O=0.000 200 tds+1.485 600（5）空气平均比定压热容cca的计算。温度选择0100，本研究选择 0、10、20、30、40、50，采用同样方法推算出不同温度下空气的平均比定压热容cca与入炉冷空气温度tca关系，见式（6）。cca=0.000 07 tca+1.318 54（6）1.2.2推算排烟处干烟气平均比定压热容cd.fg的计算公式。把(cRO2、cN2、cO2、cCO)函数公式代入到该标准表H.2（续）中的排烟处干烟气平均比定压热容cd.fg的计算公式中，见式（7）。cd.fg=RO2cRO2+N2cN2+O2cO2+COcCO100（7）式中：RO2为排烟处CO2及SO2的体积含量，%；O2为排烟处O2的体积含量，%；CO为排烟处CO的体积含量，%；N2为排烟处N2的体积含量，%。当不考虑烟气中含量极微的氢及碳氢化合物时，不完全燃烧时排烟处的烟气由RO2、O2、CO、N2组成3，故满足RO2+O2+CO+N2=100%，可得N2=100%-RO2-O2-CO。此外，还可根据GB/T 101802017 表 H.2（续）第 94 行，得ROmax2=211+%，即完全燃烧时理论上最大RO2，而实际测试时RO2=21-O21+%。其中，为燃料特征系数，是根据大量天然气气质计算得到的常数。根据GB/T101802017表H.2（续）第93行，得燃料特征系数的计算公式，见式（8）。=|0.209N2+0.395CO+0.396H2+1.584CH4CO2+0.994CO+0.995CH4+2.001CmHn+|2.389CmHn-0.791O2CO2+0.994CO+0.995CH4+2.001CmHn-0.791（8）得出cd.fg为排烟温度tds、排烟处O2含量O2、排烟处CO含量CO的函数，见式（9）。cd.fg=|21-O21+（0.000 810tds+1.622 850）+（100-21-O21+-O2-CO）（0.000 039tds+1.291 950）+O2（0.000 193tds+1.297 551）+CO（0.000 054tds+1.296 050）|/100（9）把表 2中的数据代入到公式（8）中，通过计算得到=0.79。取0.8，代入cd.fg的计算