锅炉性能测试ASMEPTC4_1与PTC4的应用比较

锅炉性能测试ASME PTC4.1与PTC4的应用比较

余叶宁

（福斯特惠勒能源管理(上海)有限公司，上海20122）

1前言

目前国际上比较通用的锅炉性能测试标准采用的是美国机械工程师协会(ASME)PTC4或PTC4.1。在1998年以前，ASME锅炉性能测试的标准是PTC4.1（1964版，1991年最终更新）。1998年ASME推出PTC4-1998，并于2008年更新为PTC4-2008。尽管PTC4是最新的ASME锅炉性能测试标准，但由于在此之前的几十年均在应用PTC4.1，并且PTC4.1被证明是非常符合工程实际应用并被各方广泛接受，而PTC4为了追求更高精确度而使测试要求更复杂，使得目前在许多在建锅炉工程项目仍然采用PTC4.1作为锅炉性能测试的标准。本文对比ASME PTC4.1与ASME PTC4的主要不同之处，分析其在工程实际中的影响，作为在锅炉工程项目根据实际要求选择锅炉性能测试标准的参考。

2ASME PTC4.1与ASME PTC4的主要区别分析

ASME PTC4.1与ASME PTC4的主要区别可分为范围界定，参数测量，计算方法及不确定度几个方面。

2.1范围界定的不同

ASME PTC4针对各种型式的锅炉进行了范围界定。锅炉类型分为了油气炉、单空预器煤粉炉、二分仓空预器煤粉炉、三分仓空预器煤粉炉、循环流化床锅炉、链条炉以及鼓泡床锅炉。而PTC4.1则未加以区分，以一种统一的界区来定义锅炉范围。

对比ASME PTC4与PTC4.1的范围界定，可以看出PTC4增加了热烟气净化设备。而此设备未在PTC4.1明示，但依据对其范围的通常理解，此设备是划在PTC4.1锅炉范围内的。

PTC4与PTC4.1在范围上的区别主要还体现在有冷渣器的循环流化床（CFB）锅炉及鼓泡床锅炉上对底渣的的排渣边界的定义。在PTC4.1中，底渣的排渣边界定义在锅炉本体，不含冷渣器热回收。而PTC4中，排渣边界定义在冷渣器出口，冷渣器热回收被考虑在锅炉边界内。参见PTC4.1的Fig1及PTC4的Fig1-4-5和Fig1-4-7。

由于底渣出炉膛的温度可高达900℃，而经冷渣器的冷却在冷渣器出口的渣温可降至150~200℃。在灰量高的项目中，此项损失对锅炉效率影响巨大，甚至可高达1%。在使用凝结水来冷却底渣的系统中，由于凝结水所回收的渣的热量将最终回至电厂热力系统中，此项热回收也可计入全厂热耗的计算中，而不计入锅炉效率计算。在使用PTC4.1时，也有项目对此项进行了约定，将回收的底渣热量计入锅炉效率中。因此在实际工程应用中，测试各方可约定排渣温度的边界点，来进行锅炉效率测试及计算。

2.2参数测量及采样分析的区别

ASME PTC4要求测量的参数较PTC4.1相比增加不少。其中有些还造成了相当大的测量工作量及测试成本的增加。主要方面体现在：

2.2.1针对循环流化床锅炉，PTC4要求对锅炉的脱硫剂进行测量及分析，包括流量、温度以及成分分析。这主要是考虑了脱硫剂（主要是石灰石）加入锅炉炉膛后将发生煅烧吸热，脱硫反应放热等影响。PTC4为了精确计算此部分影响而要求对脱硫剂进行精确测量分析。PTC4.1则未考虑此项。此项工作涉及到了大量的固体流量标定工作。在实际工程应用中，若为循环流化床锅炉，采用PTC4.1则应增加此部分内容的测试及计算，以弥补PTC4.1未能考虑的脱硫剂的影响。

2.2.2对于锅炉本体的散热，PTC4.1中采用美国锅炉制造协会（ABMA）推荐的散热曲线来选取，无须实际测量。这种方式所得的散热损失精确度低，而PTC4为了达到高精确度，则要求对锅炉的辐射及对流散热损失进行实际测量。此项测量涉及到大量的锅炉表面温度测量。仅此一项就造成PTC4的测试繁杂程度大大提高。考虑到此，PTC4也提供了一种精确度低一些的方法，即采用规定的50埘温差作为锅炉表面与环境之间的温差。而散热体表面积则需按实际计算的结果。此方法一定程度上简化了繁杂程度，但不确定度需采用50%，较PTC4.1相比仍需增加不少工作。在实际工程应用中，若考虑测试成本及测试耗时，可采用PTC4.1或PTC4中的简化方法。反之，可采用PTC4中标准的精确测量方法。

2.3计算方法的主要区别

PTC4.1与PTC4在计算方法上也有不同。主要有以下几个方面：

2.3.1锅炉效率的定义的区别

在PTC4.1中，以锅炉毛效率作为锅炉效率，而PTC4中锅炉效率定义为燃料效率。具体参见如下公式：

PTC4.1锅炉效率：

PTC4锅炉效率：

或

比较上述定义可知，PTC4.1所定义的锅炉效率毛效率，是锅炉输出热量占所有输入锅炉的热量的份额，体现了锅炉对所有进入锅炉热量的利用率。而PTC4的锅炉效率为燃料效率，定义为输出热量占燃料输入热量的份额，此输出热量包含了过程中带入的外来热量。它体现了燃料所能造成锅炉输出总热量（含外来热量）的效用。从另一个角度，我们可以理解为PTC4.1效率定义的是锅炉本身对热量利用的效用程度，而PTC4效率定义的是燃料进入锅炉内导致锅炉最终所能输出的热量的效用程度。

毫无疑问，同一锅炉在同一条件下，根据PTC4所测试计算的锅炉效率要高于根据PTC4.1所测试计算的锅炉效率。当此效率用于全厂热力性能计算热耗等指标时，PTC4.1更符合实际情况，PTC4则导致外来热量效用未剔除，造成计算结果将优于实际结果。从全厂性能综合评价的结果来看，PTC4.1更为合理。

2.3.2基准温度的区别

通常进入界区的空气平均温度被用作基准温度，这就避免了空气带入的额外的外来热量。然而PTC4.1可选择任一温度作为基准温度，而不同的基准温度将得出不同的效率。因而若不是基于同一基准温度，锅炉效率的比较是没有意义的。

PTC4中统一将基准温度设为25℃，超出或不足将计算增量或减损，并计入结果的计算，这就避免了基准不一致导致的差异。

2.3.3热损失项目区别

相比于PTC4.1，PTC4增加了若干项热损失。其中有一些对最终结果影响不大，而有些影响较大。增加的热损失主要有：

A．燃料中的水蒸汽热损失；B．热烟气净化设备的热损失；C．脱硫剂的热增量与热损失；D．氮氧化物（Nox）热损失

其中由于循环流化床锅炉特别是燃用高硫燃料的循环流化床锅炉的脱硫剂流量大，因而对效率影响较大，在公程实际中应予以考虑。其余各项对最终结果并无显著影响。具体损失项目见表1。

表1ASMEPTC4.1与PTC4的热损失项目比较

摘要：美国机械工程师协会(ASME)PTC4.1及PTC4是目前国际上较为通用的锅炉性能测试规程。尽管PTC4取代了PTC4.1，许多项目由于各种原因仍然在使用PTC4.1。本文针对在具体实际工程上的应用考虑比较分析了锅炉性能测试规程ASME PTC4.1与ASME PTC4的主要区别，并分析其在工程实际中的影响，作为在锅炉海外锅炉工程项目根据实际要求选择锅炉性能测试标准的参考。

关键词：美国机械工程师协会；锅炉性能试验；PTC4.1；PTC4

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