维普资讯 http://www.cqvip.com 东方锅炉 ２００７年第４期 ＡＳＭＥ１ ９９８版与国内ＣＦＢ锅炉 效率计算方法比较 东方锅炉摘要毛宇 周棋龚留升刘泰生 ＡＳＭＥ ＰＴＣ ４－１９９８标准的引入和国家电力行业标准《循环流化床锅炉性能试验规程》 ＤＬ／Ｔ９６４—２００５的颁布，对循环流化床锅炉性能试验起到了规范和指导作用，为循环流化床锅炉的 性能考核试验提供了依据。本文主要就ＡＳＭＥＰＴＣ４—１９９８与国家电力标准ＤＩｄＴ９６４—２００５进行比较， 并针对ＡＳＭＥ ＰＴＣ４—１９９８在实际应用过程中遇到的问题进行了探讨。 关键词ＡＳＭＥ ＰＴＣ４—１９９８ ＤＬｒ［９６４－２００５ ＣＦＢ锅炉效率计算燃料效率毛效率 布，为循环流化床锅炉性能考核提供了依据， ｌ 刖 吾 随着循环流化床技术的快速发展，大量 对循环流化床锅炉性能试验起到了规范和指 导作用。本文主要就ＡＳＭＥ ＰＴＣ４－１９９８与 ＤＩ］Ｉ９６４—２００５进行比较，并针对ＰＴＣ４—１９９８ 的循环流化床锅炉投入商业运行。由于脱硫 剂的添加，ＣＦＢ锅炉效率计算方法与普通煤 粉炉有所区别。采用国际标准设计制造的锅 炉，性能考核依据一般采用国际通用标准～ ＡＳＭＥ。在ＡＳＭＥ ＰＴＣ４．１中效率计算部分没有 考虑添加脱硫剂后发生煅烧和脱硫反应对锅 在实际应用过程中遇到的问题进行探讨。 ２锅炉效率定义及表达式 在ＡＳＭＥ ＰＴＣ４—１９９８中首次引入了燃料 效率的概念，锅炉效率有燃料效率和毛效率 两种表达形式；在ＰＴＣ４．１中用毛效率来表示 锅炉效率；国家电力标准ＤＩＹｑＤ６４—２００５以及 炉效率的影响。为满足循环流化床锅炉性能 考核的需要，ＡＳＭＥ编委会在ＰＴＣ４．１的基础 上增加了循环流化床锅炉脱硫部分的计算内 容，对ＰＴＣ４．１重新进行了修订并升级为 ＰＴＣ４—１９９８，于１９９８年正式颁布。我国在国 标ＧＢ１０１８４—８８《电站锅炉性能试验规程》的 ＧＢ１０１８４—８８采用毛效率。ＡＳＭＥ中燃料效率 为输出能量与输入燃料的化学能量之比，毛 效率为输出能量与进入锅炉系统的总能量之 比，总能量是燃料输入热量加上外来热量， 或由其他来源加入到系统的能量。锅炉效率 的计算有热平衡法和输入一输出能量法，性能 基础上，于２００５年颁布了电力行业标准 ＤＬ／Ｔ９６４—２００５《循环流化床锅炉性能试验规 程》，该规程为国标ＧＢ１０１８４—８８的补充规程。 ＡＳＭＥ ＰＴＣ４—１９９８和ＤＬｒＦ９６４—２００５的颁 考核时多数采用热平衡法，本文的比较主要 针对热平衡法。 维普资讯 http://www.cqvip.com １ ６ 东方锅炉 ２００７年第４期 ２．１ 毛效率 脱硫过程中发生的煅烧和脱硫反应处理方式 ＡＳＭＥ中毛效率的表达式： ＥＧ ：１０ 不一样，ＦｒＦＣ４—１ ９９８与ＤＩｄＦ９６４—２００５在毛效 率的汁算方法上存在较大差异，汁算结果也 相应地存在差异。 ０ ｌ Ｆ１一— ＬＩ：１０ ＱｒＦ－Ｑ，Ｌ＋Ｑ，Ｂ—Ｉ ＋ＱｒＳＪ 【 Ｆ＋ Ｂ Ｊ ３ ＡＳＭＥ ＰＴＣ４－１９９８ 与 式中 ＱｒＬ：损失热量总和 ＱｒＦ：燃料输入热量 ＱｒＢ：外来热量总和 ＧＢ１０１８４—８８以及ＤＩＪＩ９６４—２００５毛效率 的表达式： ０ｏ『１－ ］ 式中 ＺＱｉ：各项损失热量总和 Ｑｒ：输入热量（燃料输入热量＋外来热） ２．２燃料效率 ＡＳＭＥ ＰＴＣ４—１９９８中燃料效率的表达式： ＥＦ＝１００［Ｌ １一 Ｑ，Ｆ ＪＩ ＿１０Ｊｌ Ｑ，Ｆ ＪＩ （３） 对于煤粉炉而言，ＡＳＭＥ ＰＴＣ４．１、 ＰＴＣ４—１９９８与ＧＢ １０１ ８４—８８在毛效率的计算 方法上大体相近，计算结果偏差一般比较小。 对循环流化床锅炉而言，由于对添加脱硫剂 Ｄ坍９６４—２００５的差异 ３．１效率计算系统边界 ＤＬ／＇Ｉ９６４—２００５以送风机入口作为风系统 的进口边界（见图１），即将送风机、暖风器 划归锅炉热平衡系统内，暖风器外来热源加 热空气的热量作为外来热计入输入热量； ＡＳＭＥ ＰＴＣ４—１９９８以送风机出口或利用外部 热源加热的暖风器出口作为风系统的进口边 界（见图２，仅以ＣＦＢ锅炉为例），利用外部 热源加热的暖风器划在热平衡系统外，其与 ＤＬ／Ｔ９６４—２００５存在差异，ＧＢ１０１８４—８８风系统 进口边界与ＡＳＭＥ ＰＴＣ相同。 对于效率计算系统边界的界定，从锅炉 厂家的设计以及供货范围来看，各主要风机 大多不属锅炉厂家设计供货范围，其人口边 界基本都在空预器入口，锅炉热力计算也是 以空预器入口作为锅炉系统热平衡边界。若 是对整个发电机组的性能考核，则应以风机 入口作为整个机组的入口边界之一。 维普资讯 http://www.cqvip.com 东方锅炉 ２００７年第４期 ｌ ７ 图１ ＤＬ／Ｔ９６４—２００５ ＣＦＢ锅炉系统边界 图２ ＡＳＭＥ ＰＴＣ４—１ ９９８典型的ＣＦＢ锅炉系统边界 ３．２基准温度及空气进口温度 在ＤＬ／Ｔ９６４—２００５和ＧＢ１０１８４—８８中，规 一般为２０℃。进人锅炉系统的物质流（燃料、 空气、脱硫剂）均按基准温度来计算各自的 显热或损失。ＡＳＭＥ中的基准温度为一个参照 温度，是一定值（２５￣Ｃ）ｏ ＡＳＭＥ标准中计算 的各物质的焓值均是相对于２５℃的相对焓 定锅炉送风机人口处空气温度为各项输人与 输出能量的起算点，即基准温度。基准点的 空气温度定义为基准温度，有标准或保证的 基准温度与试验基准温度之分， ＤＬｆｒ９６４—２００５规定的标准或保证的基准温度 值。因此，在计算烟气热损失和灰渣显热损 失以及外来热量等项目时，存在由于基准温 维普资讯 http://www.cqvip.com １ ８ 东方锅炉 ２００７年第４期 度不同带来的差异。 由锅炉系统内部提供（锅炉产生的蒸汽），则进 ＤＬ／Ｔ９６４—２００５、ＧＢ１０１８４—８８与ＡＳＭＥ对 入锅炉系统的空气进口温度为暖风器人口的 空气的进口温度基准点的选取存在差异。在 空气温度。由于ＣＦＢ锅炉送风机压头均较高， ＤＬＺＩ￣６４—２００５和ＧＢ１０１ ８４—８８中，进入锅炉 实际运行时通过风机的空气均存在较大的温 系统的空气进口温度基准点为送风机人口， 升，暖风器基本上不投用或仅在启动初期投 即按基准温度。在ＡＳＭＥ ＰＴＣ４—１９９８中，当 用很短的时间，所以，ＡＳＭＥ ＰＴＣ４—１９９８中 采用暖风器且加热热源来自锅炉系统外时， ＣＦＢ锅炉的空气进口温度可认为就是空预器 进入锅炉系统的空气进口温度为暖风器出口 人口处的空气温度。 的空气温度；当暖风器中加热空气的热量是 表１ ＡＳＭＥ ＰＴＣ４—１ ９９８与ＤＬｆ１＂９６４－２００５基准温度的差异 ＤＬ，Ｉ’９６４—２００５ ＡＳＭＥ ＰＴＣ ４—１９９８ 基准温度 送风机人口处空气温度 ７７下（２５℃） ３．３各项热损失的名称匹配 国标及电力标准ＤＬＺＩ￣６４—２００５沿用前苏 ＡＳＭＥ标准和国标对锅炉损失所取名称 联的模式，锅炉效率计算采用燃料的低位热 有所不同，但计算原理基本一致。ＡＳＭＥ中干 值（ＬＨＶ）；ＡＳＭＥ标准采用燃料高位热值 烟气热损失、燃料水分热损失、氢燃烧生成 （ＨＨＶ）进行锅炉效率计算。燃料的高位热值包 水分的热损失、空气中水分的热损失、雾化 括了燃烧产物中全部水蒸汽凝结成水所放出 蒸汽的热损失等５项之和在国标中概括为排 的汽化潜热，即将水蒸汽凝结成水放出的热 烟热损失一项；国标中的机械未完全燃烧损 量当作有效热量，而燃料低位热值把此部分 失相当于ＡＳＭＥ的干灰渣中可燃物热损失； 热量当作无用热量，不予考虑。采用低位热 散热损失相当于ＡＳＭＥ的辐射对流热损失； 值和高位热值为基准计算效率时，在计算由 化学未完全燃烧损失在ＡＳＭＥ中分成烟气中 燃料、脱硫剂产生的水蒸汽引起的排烟热损 ＣＯ、氢和碳氢化合物三项不完全燃烧热损失。 失时处理方法不同（注意燃烧空气中的水份 ＤＬＺＩ￣６４—２００５把脱硫引起的热损失综合考虑 不存在此问题。对于如油枪用雾化用蒸汽排 作为单独的一项损失ｑ７，相当于把硫化反应 出锅炉带来的热损失的计算方法应与雾化蒸 放热作为效率增益来考虑；ＡＳＭＥ ＰＴＣ４—１９９８ 汽带人炉内的外来热计算方法一致，即被减 则把石灰石分解吸收作为损失，把硫化反应 的基准需相同）。前者分别以排烟温度下和基 放热作为外来热量，而不作为效率增益考虑。 准温度下水蒸汽的焓值的差为热损失，或者 在ＡＳＭＥ ＰＴＣ４—１９９８中还涉及生成ＮＯｘ的热 以排烟温度与基准温度下的水蒸汽显热差为 损失项。 热损失。即用水蒸汽量、水蒸汽从基准温度 ３．４计算所采用的热值及输入热量 到排烟温度下的平均定压比热、排烟温度与 维普资讯 http://www.cqvip.com 东方锅炉 基准温度差三项之乘积计算该项热损失；后 者以排烟温度下水蒸汽焓与基准温度下水焓 之差为热损失。 ＡＳＭＥ ＰＴＣ４—１９９８中的燃料效率将燃料 的高位热值作为输入热量，毛效率将燃料的 高位热值和外来热量作为输入热量。外来热 量包括：燃料和送人空气的物理显热（锅炉人 口空气温度和基准温度之差所带入的外来热 量）以及雾化蒸汽的热量；由循环泵、一次风 机和烟气再循环风机等辅机的机械能转化的 热量；化学反应热量，例如硫酸盐反应。外 来热量可以是负值，例如，当空气温度低于 基准温度时，ＤＩｆｌＸ）６４—２００５中输入热量为随 每千克燃料或每立方米燃料输人锅炉能量平 衡系统的总热量，包括燃料的应用基低位热 值、燃料和脱硫剂的物理显热、用外来热源 加热燃料或空气时所带入的热量以及雾化燃 油所用蒸汽带入的热量、系统内主要辅机的 电耗当量热。 值得一提的是：国内锅炉厂家与电厂签 订的合同或技术协议经常出现锅炉热效率保 证值考核依据为ＡＳＭＥ ＰＴＣ标准，而热效率 又是以燃料低位热值计算的情况。在这种情 况下，仍按ＡＳＭＥ ＰＴＣ标准的热效率定义、 计算公式计算热效率，计算公式中涉及燃料 热值则以低位热值代替；在计算排烟中水蒸 汽带来的损失时，只有脱硫剂（如ＣＦＢ锅炉 采用石灰石脱硫）水份产生的水蒸汽损失按 排烟温度下水蒸汽焓与基准温度下水焓之差 计算，其它原因产生的水蒸汽带来的热损失 的计算方法与国标相同。 ’ ２００７年第４期 ｌ ９ ｃ＝∑ × ㈩ Ａ’：因添加脱硫剂脱硫增加的灰量，％ ：位置ｉ处灰渣质量份额，％ ｃ —Ｙａ ，Ｃ［× （１００－∑ ） 。（５） 当灰渣比 ，取相同值，计算结果是有差别的。 式（４）和（５）中 意义和值实际是不同的， 所以导致在 ，取相同值时其计算结果不同。 维普资讯 http://www.cqvip.com ２ ０ 东方锅炉 ３．６表面辐射与对流引起的损失（散热 损失） 在ＡＳＭＥ Ｃ４—１９９８中指出，该项损失 由测定锅炉表面的平均温度和周围环境温度 来间接计算。如采用实测，则需要在足够多 的位置测定表面温度、环境温度和环境空气 流速来确定具有代表性的平均值，并需要确 定锅炉机组的实际散热表面积，其工作量非 常大且繁琐。从目前性能试验实际实施情况 来看，基本上根据设计条件由相关各方商定 一个值或参照相关简化标准。ＤＬｆｒ９６４—２００５ 按《电站锅炉性能试验规程》（ＧＢ １０１８４—１９８８）附录Ｆ“额定负荷下锅炉散热损 失”中额定负荷下的锅炉散热损失曲线（虚 线部分）计算。当明确性能测试采用ＡＳＭＥ 标准时，ＣＦＢ锅炉可参照ＡＳＭＥ ＰＴＣ４．１中的 ＡＢＭＡ辐射散热损失曲线查取或参照设计值 选取。 ４脱硫计算的比较 在ＡＳＭＥ ＰＴＣ ４—１９９８中，把石灰石脱硫 的两个化学反应产生的反应热分割开，将石 灰石分解吸热归类为热损失项，硫化反应放 热归类为外来热量项，这也是按ＡＳＭＥ ＰＴＣ４—１９９８方法计算循环流化床锅炉热效率 时，毛效率与燃料效率存在较大差异之处。 ＤＬｆｒ ９６４—２００５中ＣＦＢ锅炉脱硫部分的计算 把前述两个反应综合起来考虑，作为一项损 失（ｑ７）考虑。因此，在循环流化床锅炉加 脱硫剂脱硫时，按不同的规程计算，热损失 总和及外来热总和有一定的差异。脱硫反应 ２００７年第４期 热越大，该项差异越大。 例：假设不含脱硫反应热的各项损失之 和为８％，外来热为１．２％，石灰石分解吸热 为０．９％，硫化反应放热为ｌ％，则依据ＡＳＭＥ ＰＴＣ４—１９９８、ＤＬｆＩ＇９６４—２００５计算的锅炉效率 分别如下： ＡＳＭＥ ＰＴＣ４—１９９８： 燃料效率（ＥＦ１＝ （、１一 １ ＯＯ ）×１００％：９３．３０／０ 毛效率（ＥＧｒ）＝ （ｌ 、 １一 ｌ一—１ＯＯ＋１＋１．—２ ）×１００％：９１．）×＝．ｕ５ ％／０ ＤＬ厂ｒ ９６４—２００５： 毛效率（，７ ＝ ８＋０．９——１ （１－－ 西）×１０ｏ％＝９２・２％ 从上例可以看出，按不同标准和效率定 义计算得到的效率值差异是非常大的。ＡＳＭＥ 把石灰石脱硫过程中的两个反应割裂开， ＤＬｆＩ＇９６４—２００５把二者综合起来作为一项损 失，相比较ＤＩｆｌＸ）６４—２００５对该部分的考虑更 为合理。由于采用不同标准、不同效率定义 得到的效率值不同，特别是对于采用炉内石 灰石脱硫的ＣＦＢ锅炉差异更大，因此，在商 务合同中对效率保证值的试验标准、采用何 种效率必须明确，避免合同执行时发生分歧。 ５计算实例 某电厂４４０ｔ／ｈ高温高压中间再热的ＣＦＢ 锅炉，试验煤质资料：Ｃａｒ：５９．０７％，Ｈａｒ：３．２７％， 维普资讯 http://www.cqvip.com 东方锅炉 ２００７年第４期 ２ ｌ Ｏａｒ：７．３４％，Ｎａｒ：１．７ ｌ％，Ｓａｒ：１．２７％，Ｗａｒ：８．６％， Ａａｒ：１ ８．７４％，ＨＨＶ：２３４３３ｋＪ／ｋｇ，ＬＨ＼ ：２２２７２ Ｂｓｈｓ＝５．６ｔｌｉｌ；空预器出口炯气排放数据： Ｏ ＝４３％、ＣＯ＝４８ｐｐｍ、ＳＯ ＝１５０ ｐｐｍ。灰渣比 ｋＪ／ｋｇ。测试的原始数据如下：Ｃｆｌｌ＝５．７７％． Ｃｄｚ＝１．５１％；０ ｐｙ＝ｌ３７℃，空预器进口风温 ：取商定值４６：５４。下表列出了按ＡＳＭＥ ＦＦＣ４—１９９８标准和ＤＩＪＦ９６４—２００５计算所得的 各项损失及锅炉效率。 ４０ ，环境温度ｔ：２２ ｏＣ，石灰石量 表２按ＡＳＭＥ ＰＴＣ４—１ ９９８和ＤＬ／Ｔ９６４—２００５计算的各项损失及锅炉效率 ＡＳＭＥ ＰＴＣ４一ｌ９９８ Ｄ ，ｒｒ９６４—２ｏ０５ 项 目 ＨＨＶ ＬＨＶ 项 目 ＬＨＶ 各项损失，％ 干烟气损失 ４．６６Ｏ ４．９ｏ０ 各项损失，％ 干烟气损失 ５．０８５ 燃料中Ｈ 燃烧生成水造成的损失 燃料巾水分造成的损失 空气中水分引起的损失 未燃尽碳 灰渣物理热损失 ３．３０６ ０．９７３ Ｏ．１３Ｏ １．５３ｌ Ｏ．１ｌ８ ０．２８２ ０．０８３ Ｏ．１３６ １．６ｌ２ Ｏ．１２４ 燃料中 燃烧生成水造成的损失 ｑ２ 燃料中水分造成的损失 脱硫剂中水分造成的损失 空气中水分引起的损失 固体未完全燃烧损失 ０．２８３ ０．０８３ Ｏ．ｏ０ｌ６ Ｏ．１５３ １．４７６ 表面辐射和对流散热 脱硫剂煅烧吸热 脱硫剂中水分造成的损失 ＣＯ、ＮＯ 损失 外来热量，％ 进入的干空气带入热量 空气中的水分带入热量 燃料物理显热 硫化反应热 脱硫剂的物理显热 ０．２８６ ０．６２９ Ｏ．Ｏｌ９ ０．０４９ ０．２８６ ０．６６２ Ｏ．ｏ０ｌ６ ０．０５０ ｑ３ 气体未完全燃烧损失 ｑ６ 灰渣物理显热损失 散热损失 脱硫剂煅烧吸热损失 ｑ７ ０．０２０ Ｏ．１ｌ９ ０．３４５ ０．６９９ －０．７５５ 硫化反应热增益 Ｏ．６Ｏ３ Ｏ．Ｏｌ７ －０．Ｏｌ７ ０．７４６ ０．６３５ Ｏ．Ｏｌ８ －０．Ｏｌ９ ０．７８５ 一１．６Ｅ一６ 一１．７Ｅ一６ 锅炉效率，％ 燃料效率 毛效率 ８９．６５ ８８．４６ ９３－３６ ９２．ｏ０ 毛效率 ９２．５０ 注：上述计算均未作相关修正；ＡＳＭＥ表面辐射和散热损失为商定值。 ＡＳＭＥ计算的燃料低位热值锅炉效率与 ＤＩＪｒ９６４—２００５存在差异。根据上述分析可知， 其差异主要在于基准温度、输入热量以及脱 低位热值并不严格成反比关系，原因在于化 验的燃料热值与元素成分不一致等所致。 硫反应热处理方式等的差异。按ＡＳＭＥ ＰＴＣ４—１９９８标准计算的燃料效率与燃料的高、 ６结束语 ＡＳＭＥ ＰＴＣ４—１９９８和ＤＩＺＩ９６４—２００５均对 维普资讯 http://www.cqvip.com
东方锅炉 ２００７年第４期 ＣＦＢ锅炉效率试验和计算方法作了明确规 定，从而使ＣＦＢ锅炉性能验收有据可依，二 者均具有很高的技术水平和权威性，在ＣＦＢ 锅炉的效率考核实践中得到广泛应用。本文 对ＡＳＭＥ ＰＴＣ４—１ ９９８和ＤＬｆＦ９６４—２００５在效率 定义、锅炉系统边界、基准温度、采用的燃 料热值以及各项损失的计算等方面存在的差 异进行了分析比较。由于ＡＳＭＥ ＰＴＣ４—１９９８ 和ＤＩＥＩＸ）６４—２００５在效率定义、对脱硫剂煅烧 吸热、脱硫反应放热的处理等方面存在差异， 导致最后计算的效率值不同，因此，锅炉制 造厂与用户的合同或技术协议中，在效率保 证值方面必须明确效率考核采用的标准，明 确是燃料效率还是锅炉效率，避免合同执行 时发生不必要的分歧。但要注意，不管是采 用何种试验标准、何种效率定义（燃料效率、 毛效率），只是最后效率的汁算数值不同而 已，没有实质的差异，也就是说同一试验工 况，计算的燃料耗量是相同的。 参考文献 ｌ ｌ ｊ ＡＳＭＥ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｔｅｓｔ Ｃｏｄｅ ４—１９９８ ［２］循环流化床锅炉性能试验规程． ＤＩＥｌＸ）６４－２００５ ［３］电站锅炉性能试验规程．ＧＢ１０１８４—８８ ［４］锅炉性能试验规程（ＡＳＭＥ ＰＴＣ４—１９９８） ［５］杨威、赵森林．ＡＳＭＥ ＰＴＣ４．１计算循环流 化床锅炉效率的基本方法．电站系统工程．ｆ６） ［６］沈芳平、周克勤等．锅炉热效率计算方法 的探讨．锅炉技术２００４．ｆ１）