锅炉运行曲线

1 引言：

衡量锅炉总的经济性的评价指标有三个分别是：热效率，金属材料耗量和单位供热量的运行费用，这三个指标相互制约。当锅炉房建成投入运行后，此时评价锅炉的经济性就只考虑锅炉的热效率和单位供热量的运行费用。我们希望锅炉在运行过程中始终处于高效率区，但此时锅炉运行费用如何？锅炉高效率区与经济运行工况区有何关系？作者对此进行了探讨。本文通过实验测试和理论计算两种方法分别得出了锅炉的两个工作区域：高效运行工况区和经济运行工况区，综合考虑这两种因素最终可确定锅炉的最佳运行工况区。

2 锅炉高效运行工况区的确定

确定锅炉的高效运行工况区，首先需要绘制锅炉的效率曲线。而在该曲线绘制之前先要做热平衡实验（热平衡测试数据见表一），然后根据具体实验数据得出锅炉的g—η曲线。该数据是在测试工况下得到的，是反映锅炉测试效率与负荷率之间的关系的，是否能够反映锅炉运行工况时运行效率与负荷率的关系，还需要通过运行实验数据加以验证。即用锅炉正常运行时测取的关于g—η关系的数值为此做修正和补充。

课题的试验地点是哈尔滨嵩山节能小区的锅炉房。锅炉房内设置型号为SHW4.2-0.7/95/70-AII（H）的热水锅炉三台。供热系统按连续运行设计，系统采用补给水泵定压。小区总建筑面积为18.371万平方米。在测试时由于小区还在建设中只有单台锅炉运行，供暖面积为60713.79平方米。

2.1 锅炉效率曲线的拟合及表达式的求取

通过正反平衡测试得到的数据拟合曲线如图1所示。从图中可以看出在负荷率较低或较高的范围内，锅炉的效率都比较低；而在某一个负荷率变化范围内，热效率可以达到较高值。现在问题的关键是如何确定这一高效率区。我们借助于常用数学知识，利用线性回归等手段来拟合这条实验曲线。考虑到回归多项式既能真实反映所测数据又能便于今后应用，选择了多项式拟合形式，表达式为：η=24.0961+1.2361g-0.0069g2，(式中g的变化范围受到限制)。

g—η曲线(图1)

为了验证方程式是否可用，需进一步检验方程是否有意义。检验分两步进行。首先进行方差分析，然后利用方差分析的结果对方程进行显著性检验，以确定变量η与变量g之间关系的密切程度。检验结果表明，在g的一定范围内（70≤g≤120），方程是有意义的。

2.2 高效率区的具体确定

通过锅炉的g—η曲线，回归出多项式表达式后，根据高等数学的知识，可以求取效率的极值及高效率区。

求取结果为：当负荷率g=89.57%时，此时的锅炉效率最高为η=79.45%。而这种锅炉在设计工况下当负荷率g=100%时达到最高设计效率

η=76.98%。设计工况与运行工况比较如表二：

设计工况与运行工况比较表二

类别

名称

设计工况

运行工况

吨位D（T）

6

5.36

负荷率g（%）

100

89.57

效率η（%）

76.98

79.45

上表数据表明在不同工况下有二个最高效率点。通过分析，取正常运行时负荷率g=89.57%，η=79.45%做为运行调节工况的最高效率点比较合理，也符合实际情况。

若锅炉运行的高效率区以0.95η

高对应的负荷率为界。即η>η

分界

=0.95η

高=75.48%。通过曲线方程解之：g

1

=65.56%,g

2

=113.58%。则锅炉

运行的高效率区可定为65.56%≤g≤113.58%。

为了验证所确定的高效率区是否可以定为锅炉实际运行时的高效率区，我们用实际测试的数据对此进行了验证（测试数据见表三）。由于测试时锅炉房尚未完全竣工，原设计的一些基本仪表尚未完全投入，因而在供热量统计时，忽略了提高补水温度而消耗掉的热量。经分析从2/12到10/2共计补水约1710.12m3，此段时间t

gp

=65.71ºC，若假设补水温度6ºC，则补水耗热量约占此段时间内总供热量的2.68%。此说明表中的供热量和效率约偏低2.68%。

锅炉运行测试数据统计表表三

时间

总热量

日平均供热量

运行负荷率

室外平均温度

运行效率

运行天数

修正后运行效率

Q (KMJ)

Q

p

(KMJ/天)

g

pj

(%)

t

w

(ºC)

η (%)

n (天)

2/12~16/12 3092.642 220.903

121.74

-12.57

74.88

14

77.56

16/12~30/12 3067.807 219.129

107.04

-14.07

67.85

14

70.53

30/12~13/1 3530.73 252.195

105.9

-13.75

71.24

14

13/1~27/1

3512.6

250.9

71.7

-18.32

74.11

14

76.79

27/1~10/2

2747.975

196.28

82.21

-12.36

73.69

14

76.37

将表三中锅炉运行效率与负荷率的各组数据描绘在测试效率与负荷率的曲线图上，如图二所示。可以看出三条曲线的变化趋势是一致的，且在65.56%≤g≤113.58%范围内的某个区域内，三条曲线都处于高效率区，所以通过测试效率—负荷率曲线图确定锅炉高效率区的方法是可行的。