Из-за различных стандартных систем в разных странах существуют некоторые различия в стандартах или процедурах приемочных испытаний котлов, таких как стандарт Европейского Союза EN 12952-15: 2003, ASME PTC4-1998, GB10184-1988 и DLTT964-2005. В этой статье основное внимание уделяется анализу и обсуждению основных различий в расчете эффективности котла в различных стандартах или правилах.

 1.       Предисловие

Будь то в Китае или за границей, перед тем, как котел будет изготовлен, установлен и передан пользователям для коммерческой эксплуатации, эксплуатационные испытания котлов обычно проводятся в соответствии с контрактом, но стандарты или процедуры эксплуатационных испытаний котлов, используемые в настоящее время в разных странах, различаются. не то же самое. Стандарт Европейского Союза EN 12952-15: 2003 Водотрубный котел и вспомогательное оборудование Часть 15 посвящена стандарту приемочных испытаний котлов, который является одним из широко используемых стандартов испытаний производительности котлов. Настоящий стандарт распространяется также на котлы с циркулирующим кипящим слоем. В стандарт добавлена десульфуризация известняком, что несколько отличается от соответствующих правил в Китае и правил испытаний производительности котлов ASME. Код ASME и связанные с ним коды в Китае были подробно обсуждены,

В настоящее время широко используемыми стандартами испытаний производительности в Китае являются национальный стандарт Китая (GB) «Процедуры испытаний характеристик котлов электростанций» GB10184-1988 и «Процедуры испытаний характеристик котлов» Американского общества инженеров-механиков (ASME) ASME PTC 4-1998, и т.д. Благодаря постоянному совершенствованию технологии производства котлов в Китае китайские котлы постепенно получают признание на мировом рынке. Чтобы удовлетворить потребности различных рынков, стандарт Европейского Союза EN 12952-15: 2003 не будет исключен в будущем в качестве стандарта внедрения для проверки производительности котлов, произведенных в Китае.

Основное содержание расчета эффективности котла в EN12952-15-2003 сравнивается с ASME PTC4-1998, GB10W4-1988 и DLTT964-2005.

Для удобства сравнения стандарт EN12952-15:2003 будет сокращенно называться стандартом EN. Код ASMEPTC4-1998 сокращенно называется кодом ASME, код GB10184-1988 для краткости называется кодом GB, DLH'964-2005 для краткости называется DI7T.

2.       Основное содержание и область применения

Стандарт EN является стандартом приемки паровых котлов, водогрейных котлов и их вспомогательного оборудования, а также является основой для испытания тепловых характеристик (приемки) и расчета паровых котлов и промышленных котлов прямого горения. Он подходит для паровых котлов прямого сгорания и водогрейных котлов, а также их вспомогательного оборудования. Слово «прямое сжигание» относится к оборудованию, в котором химическое тепло известного топлива преобразуется в физическое тепло, которое может иметь систему сжигания на колосниковой решетке, сжигание в кипящем слое или камеру сгорания. Кроме того, он также может применяться для оборудования непрямого сжигания (например, котла-утилизатора) и оборудования, работающего с другими теплоносителями (такими как газ, горячее масло, натрий) и т. д. Однако он не подходит для специального оборудования для сжигания топлива. (например, мусоросжигательный завод), (например, котел PFBC) и паровой котел в системе комбинированного цикла.

Включая стандарт EN, все стандарты или процедуры, связанные с испытаниями котлов, четко указывают, что они не применимы к парогенераторам на атомных электростанциях. По сравнению с кодом ASME стандарт EN может применяться к котлу-утилизатору и его вспомогательному оборудованию парового или водогрейного котла, и его область применения шире. Стандарт EN не ограничивает применимый диапазон расхода, давления или температуры пара в котле. Что касается паровых котлов, то типы «подходящих котлов», перечисленные в стандарте EN, более точны, чем код GB или код DL/T.

3.       Граница котельной системы

Код ASME перечисляет демаркационные иллюстрации границ тепловой системы нескольких типичных типов котлов. Типичные иллюстрации также даны в коде GB. Согласно стандарту EN, корпус традиционной котельной системы должен включать в себя всю пароводяную систему с циркуляционным насосом, систему сжигания с угольной мельницей (подходящей для системы сжигания угля), циркуляционный нагнетатель дымовых газов, систему рециркуляции летучей золы и воздухонагреватель. Но это не включает масляное или газовое нагревательное оборудование, пылеудалитель, вентилятор с принудительной тягой и вентилятор с принудительной тягой. Стандарт EN и другие правила в основном разделяют границы термодинамической системы котла таким же образом, но стандарт EN настоятельно указывает, что формулировка оболочки котловой системы (границы) требует, чтобы граница оболочки, связанная с тепловым балансом, соответствовала границе котла в состоянии «подачи», а подводимая, отдаваемая и потеря тепла необходима для Измерение теплового КПД может быть четко определено. При невозможности получения квалифицированных измеренных значений на границе состояния «поставка» граница может быть переопределена по согласованию между изготовителем и покупателем. Напротив, стандарт EN подчеркивает принцип разделения границ термодинамической системы котла.

4.       Стандартное состояние и эталонная температура

Стандарт EN определяет состояние давления 101325 Па и температуру 0 ℃ в качестве стандартного состояния, а эталонная температура эксплуатационных испытаний составляет 25 ℃. Указанное стандартное состояние совпадает с кодом GB; Эталонная температура соответствует коду ASME.

Стандарт EN допускает использование других температур в качестве эталонной температуры для приемочных испытаний. Когда в качестве контрольных используются другие температуры, необходимо скорректировать теплотворную способность топлива.

5.       Общие коэффициенты

Стандарт EN дает удельную теплоемкость пара, воды, воздуха, золы и других веществ в диапазоне от 25℃ до нормальной рабочей температуры, а также теплотворную способность некоторых не полностью сгоревших веществ.

5.1 удельная теплота сгорания

См. таблицу 1 для частичной удельной теплотворной способности.

Таблица 1 Удельная теплота сгорания некоторых веществ.

Как и код GB, энтальпия или удельная теплоемкость различных веществ, указанные в стандарте EN, принимают 0 ℃ в качестве отправной точки. Код ASME предусматривает, что 77 ℉ (25 ℃) берется в качестве отправной точки для расчета энтальпии или удельной теплоемкости различных веществ, кроме энтальпии пара и энтальпии мазута.

В коде GB удельная теплоемкость обычно используемых веществ рассчитывается в соответствии с расчетной температурой по таблице или по формуле, а полученная удельная теплоемкость представляет собой среднюю удельную теплотворную способность от 0 ℃ до расчетной температуры. Для газообразных веществ и воды это средняя удельная теплоемкость при постоянном давлении. Код ASME обычно берет 25 ℃ в качестве эталона и дает формулу расчета удельной теплоемкости или энтальпии различных веществ.

По сравнению с кодом GB и кодом ASME стандарт EN имеет следующие два отличия в определении удельной теплоемкости веществ:

1) Энтальпия или удельная теплоемкость различных веществ принимается за 0 ℃ в качестве отправной точки, но данное значение удельной теплоемкости является средним значением в диапазоне от 25 ℃ до условной рабочей температуры.

2) Возьмите фиксированное значение от 25't℃ до нормальной рабочей температуры.

Например:

 В сочетании с другими параметрами, когда эталонная температура составляет 25 ℃, результаты, рассчитанные в соответствии с кодом GB и стандартом EN, сравниваются в таблице 2.

Таблица 2 Сравнение удельной теплотворной способности и расчетных потерь некоторых веществ.

 По сравнению результатов расчетов, для малозольного топлива расхождение результатов, обусловленное разными значениями удельной теплоемкости вещества, составляет менее 0,01 (абсолютное значение), что можно считать не влияющим или мало влияющим на результаты расчетов, и на них можно не обращать внимания. Однако, когда котел с циркулирующим кипящим слоем сжигает высокозольное топливо или добавляет в топку известняк для сероочистки, возможная разница теплопотерь золы может достигать 0,1-0,15 и более.

5.2 теплотворная способность окиси углерода.

В соответствии со стандартом EN теплотворная способность окиси углерода составляет 12,633 МДж/м ³ , что в основном совпадает с кодом ASME 4347Btu/lbm (12,643 МДж/м ³ ) и кодом GB 12,636 МДж/м ³ . В нормальных условиях содержание окиси углерода в дымовых газах невелико, а величина тепловых потерь невелика, поэтому разница в теплотворной способности оказывает незначительное влияние.

5.3 Теплотворная способность не полностью сгоревших веществ.

Стандарт EN дает теплотворную способность веществ неполного сгорания в золе антрацитового и бурого топлива, как показано в таблице 3.

Таблица 3 Теплотворная способность не полностью сгоревших веществ.

 Согласно нормам ASME, когда несгоревший водород в золе незначителен, неполное сгорание можно рассматривать как аморфный углерод, а теплотворная способность несгоревшего углерода при этом условии должна составлять 33,7 МДж/кг. Код GB не указывает компоненты горючих материалов в золе, но обычно считается несгоревшим углеродом. Теплотворная способность горючих материалов в золе, указанная в коде ГБ, составляет 33,727 МДж/кг. В соответствии с антрацитовым топливом и стандартом EN теплотворная способность веществ неполного сгорания примерно на 2,2% ниже, чем код ASME и код GB. По сравнению с бурым углем разница еще больше.

Следовательно, необходимо дополнительно изучить значение теплоты сгорания несгоревших веществ антрацита и лигнита соответственно в стандарте EN.

5.4 Теплота разложения карбоната кальция при кальцинировании и теплота образования сульфата.

В соответствии с коэффициентами расчетной формулы, приведенными в стандарте EN, коде ASME и коде DL/T, теплота разложения кальцинированного карбоната кальция и теплота образования сульфата показаны в таблице 4.

Таблица 4 Теплота разложения и сульфатообразования карбоната кальция.

Коэффициенты, указанные стандартом EN и кодом ASME, в основном одинаковы. По сравнению с кодом DT/L теплота разложения ниже на 2,2–2,5 %, а теплота образования примерно на 3,3 % выше.

6.       Тепловые потери, вызванные излучением и конвекцией.

В соответствии со стандартом EN, поскольку обычно невозможно измерить потери на излучение и конвекцию (то есть общепринятые потери на рассеяние тепла), следует использовать эмпирические значения.

Стандарт EN требует, чтобы конструкция самого распространенного парового котла соответствовала рис. 1, «радиационные и конвекционные потери, изменяющиеся в зависимости от максимальной эффективной теплоотдачи».

Рис. 1 Линии потерь на излучение и конвекцию

 Ключ:

а: радиационные и конвекционные потери;

B: максимальная полезная тепловая мощность;

Кривая 1: бурый уголь, доменный газ и котел с кипящим слоем;

Кривая 2: котел на каменном угле;

Кривая 3: котлы на мазуте и природном газе.

Или рассчитывается по формуле (1):

Qrc=CQn ^0,7                                                          ( 1 )

Тип:

C = 0,0113, подходит для котлов, работающих на жидком топливе и природном газе;

0,022, подходит для антрацитового котла;

0,0315, подходит для буроугольных котлов и котлов с кипящим слоем.

Согласно определению эффективной тепловой мощности в стандарте EN, эффективная тепловая мощность представляет собой общую теплоту питательной воды и/или пара, передаваемую паровым котлом, а энтальпия сточных вод добавляется к эффективной тепловой мощности.

Например:

 В сочетании с другими параметрами максимальная эффективная тепловая мощность котла составляет около 773 МВт, а потери на излучение и конвекцию при сжигании антрацита составляют 2,3 МВт, то есть тепловые потери на излучение и конвекцию составляют около 0,298 %. По сравнению с потерями на тепловыделение 0,2 % при номинальной нагрузке корпуса котла, рассчитанной в соответствии с примерными параметрами в коде GB, потери на излучение и конвекцию, рассчитанные или оцененные в соответствии со стандартом EN, примерно на 49 % выше.

Следует добавить, что стандарт EN также дает расчетные кривые или коэффициенты формулы в зависимости от различных типов печей и видов топлива. Кодекс ASME требует, чтобы потери тепла оценивались путем измерения, но «не исключается оценка параметров, проведенная профессиональным квалифицированным персоналом». Код GB приблизительно дает расчетную кривую и формулу в зависимости от агрегата и корпуса котла.

7.       Потери дымовых газов

Потери с дымовыми газами в основном включают сухие потери с дымовыми газами, потери, вызванные отделением воды в топливе, потери, вызванные водородом в топливе, и потери, вызванные влагой в воздухе. Согласно идее расчета, стандарт ASME аналогичен коду GB, то есть потери сухих дымовых газов и потери водяного пара рассчитываются отдельно, но ASME рассчитывает в соответствии с массовым расходом, а GB рассчитывает в соответствии с объемным расходом. Стандарт EN рассчитывает качество влажных дымовых газов и удельную теплоемкость влажных дымовых газов в целом. Следует подчеркнуть, что для котлов с воздухоподогревателем количество и температура дымовых газов в формулах стандарта EN и норм GB представляют собой количество и температуру дымовых газов на выходе из воздухоподогревателя, в то время как в кодовых формулах ASME указаны количество дымовых газов на входе в воздухоподогреватель и температура дымовых газов на выходе из подогревателя, когда скорость утечки воздуха из воздухоподогревателя скорректирована до 0. Примеры расчетов по EN и GB см. в таблице 5. . из таблицы 5 видно, что хотя методы расчета разные, но результаты расчетов в основном совпадают.

Таблица 5 Сравнение потерь дымовых газов, рассчитанных по GB и EN.

 8.       Коррекция эффективности

Поскольку обычно невозможно провести приемочные испытания агрегата на стандартных или гарантированных условиях топлива и при точных стандартных или гарантированных условиях эксплуатации, необходимо привести результаты испытаний к стандартным или контрактным условиям эксплуатации. Все три стандарта/регламента предлагают свои методы исправления, которые имеют как сходства, так и различия.

8.1 пересмотренные пункты.

Все три стандарта скорректировали температуру впускного воздуха, влажность воздуха, температуру выхлопных газов на выходе из границы и топлива, но код GB и код ASME не скорректировали зольность в топливе, в то время как стандарт EN вывел и рассчитал поправку на изменение золы в топливо подробно.

8.2 метод коррекции.

Методы пересмотра кода GB и кода ASME в основном одинаковы, которые заключаются в замене пересмотренных параметров исходной формулой расчета статей потерь и их пересчете для получения пересмотренной стоимости потерь. Метод внесения поправок в стандарт EN отличается от кода GB и кода ASME. Стандарт EN требует, чтобы сначала была рассчитана эквивалентная разница δa между расчетным значением и фактическим значением, а затем в соответствии с этой разницей должна быть рассчитана разница потерь δn. разница убытков плюс первоначальный убыток составляет скорректированный убыток.

8.3 Изменения состава топлива и условия корректировки.

Код GB и код ASME не ограничивают смену топлива при проверке производительности, если обе стороны достигли соглашения. Дополнение DL/T увеличивает допустимый диапазон варьирования испытуемого топлива, а стандарт EN выдвигает четкие требования к диапазону варьирования влажности и зольности топлива, что требует, чтобы отклонение yHO от гарантированного значения содержания воды в топливе не должно превышать 10 %, а отклонение yAsh от гарантированного значения не должно превышать 15 % до коррекции. При этом оговаривается, что если испытательное отклонение превышает диапазон каждого отклонения, приемо-сдаточные испытания могут быть проведены только после достижения договоренности между изготовителем и потребителем.

8.4 Коррекция теплоты сгорания топлива.

Коды GB и ASME не определяют поправку на теплотворную способность топлива. Стандарт EN подчеркивает, что если согласованная эталонная температура не равна 25 ℃, теплотворная способность топлива (NCV или GCV) должна быть скорректирована до согласованной температуры. формула коррекции выглядит следующим образом:

Ha: низшая теплотворная способность топлива при базовой температуре 25℃;

Hm: низшая теплотворная способность топлива, скорректированная в соответствии с согласованной эталонной температурой tr.

9.       Ошибка теста и неопределенность

В том числе и проверка работоспособности котла, любая проверка может иметь ошибки. Ошибки тестирования в основном состоят из систематических ошибок, случайных ошибок, ошибок упущения и т. д. Все три стандарта требуют, чтобы возможные ошибки оценивались и устранялись в максимально возможной степени до проведения теста. Кодекс ASME и стандарт EN выдвинуты в соответствии с концепциями неопределенности и неопределенности.

В соответствии с содержанием теста GB рассчитываются ошибка измерения и ошибка анализа каждого элемента измерения и анализа, и получается окончательная ошибка расчета эффективности, чтобы судить о том, соответствует ли тест требованиям.

В соответствующих главах Кодекса ASME предусмотрено, что все участники испытаний должны определить допустимые значения неопределенности результатов испытаний до проведения испытаний, и эти значения называются целевой неопределенностью результатов. Код ASME обеспечивает метод расчета неопределенности. Кодекс ASME также предусматривает, что после завершения каждого испытания неопределенность должна быть рассчитана в соответствии с соответствующими главами кодекса и кода ASME PTC 19.1. Если рассчитанная неопределенность больше, чем заранее достигнутая целевая неопределенность, испытание будет недействительным. Кодекс ASME подчеркивает, что неопределенность расчетных результатов испытаний не является допустимым пределом погрешности рабочих характеристик котла, и эти неопределенности используются только для оценки уровня эксплуатационных испытаний (т.е. является ли испытание эффективным или нет),

Стандарт EN предусматривает, что окончательная относительная неопределенность эффективности eηB должна быть рассчитана в соответствии с неопределенностью каждого подпункта, а затем неопределенность эффективности uη β должна быть рассчитана по следующей формуле:

UηB=ηBXεηB

При соблюдении следующих условий считается, что гарантированное значение КПД достигнуто:

ηBg≤ηB+UηB

В котором:

η g – гарантийное значение эффективности;

ηB – скорректированное значение эффективности.

Из приведенного выше обсуждения ясно видно, что анализ ошибок GB и расчет неопределенности в коде ASME являются критериями для оценки успешности испытания, что не имеет ничего общего с квалификацией показателя эффективности, в то время как неопределенность в стандарте EN не оценивает успешность теста, что тесно связано с квалификацией индекса эффективности.

10.   Заключение

GB10184-88, DL/T964-2005, ASME PTC4-1998 и EN12592-15:2003 четко оговаривают метод испытаний и расчетов эффективности котла, который делает приемку характеристик котла основанной на доказательствах. Коды GB и ASME широко используются в Китае, в то время как стандарты en редко используются в стране.

Основная идея оценки производительности котла, описанная тремя стандартами, одинакова, но из-за различных стандартных систем существуют различия во многих деталях. В этой статье проводится некоторый анализ и сравнение трех стандартов, что удобно для более точного использования стандартов различных систем при приемке проекта. Стандарт EN не получил широкого распространения в Китае, но необходимо провести более глубокий анализ и исследование некоторых его положений. Чтобы провести техническую подготовку в этом отношении, способствовать экспорту бытовых котлов в страну или регион, в которых применяется стандарт ЕС, и улучшить нашу адаптируемость к международному рынку.