杨晓菁

(云南省节能监察中心，昆明 650041)

0 引 言

近年来，在工业和民用领域，出现一些锅炉，标称热效率接近甚至超过百分之百，而且在实际工况的热平衡测试中，测试结果也基本符合锅炉标称情况。在这种情况下，测试人员或锅炉使用方往往会对测试结果产生疑惑。这种情况是如何出现的，文中将与大家一起进行分析。

以单一工质饱和蒸汽锅炉为例，在《工业锅炉热工性能试验规程》(GB/T 10180-2017)中，锅炉正平衡热效率为：

其中分子部分为锅炉有效输出热量，影响因素有给水流量、汽水参数、取样取水量等，均通过实际测试计算得出；分母部分为B(燃料消耗量)×Qin(单位燃料输入热量)得到输入热量。按标准规定，

Qin=Qnet，v，ar+Qex+Qf+Qpu

其中影响因素Qex、Qf、Qpu分别是加热燃料或外来热量、燃料物理热、自用蒸汽带入热量，Qnet.ν.ar为燃料收到基低位发热值。加热燃料外来热量、燃料物理热、自用蒸汽带入热量等均为现场测试计算准确量，这里重点对燃料的发热值进行分析。

按我们国家的规定，煤的发热量分为弹筒发热量、高位发热量和低位发热量。一般，我们在实验室利用氧弹热量计对空气干燥基煤样进行测定，计算得出空干基煤样弹筒发热量Qb，ad。再扣减实验过程中的硝酸形成热和硫酸校正热后，得到空干基煤样的恒容高位发热量Qgr，v，ad。在实际燃料使用中，入炉燃煤并非干燥燃煤，是含有外在水分和内在水分的。这部分水分在锅炉燃烧中吸收煤燃烧产生的热量，形成水蒸气，并和燃煤中的有机物燃烧产生的水蒸气一起随烟气排放，其中所含的汽化潜热是无法利用的。这种情况下，高位发热量就不能真实体现实物燃煤在锅炉中的有效输入热量。所以在实际应用中，我们计算、平均通常采用煤的是收到基恒容低位发热量Qnet，v，ar，既高位发热量扣减掉燃煤中有机物燃烧产生的水及煤的收到基全水分的汽化潜热。

燃煤中含有一定量的硫。硫在锅炉燃烧时会参加反应，主要生成SO2，还有部分的SO3。SO3在烟道内极易与烟气中的水蒸气结合生成硫酸蒸汽。硫酸蒸汽的露点温度大大高于纯水的露点温度，烟气的露点与硫酸蒸汽浓度密切相关。当硫酸蒸汽浓度在10%时，露点可达190 ℃左右。在我国传统的锅炉设计及实际运行操作中，为避免硫酸蒸汽在烟道尾部受热面凝结形成硫酸，对受热面产生严重腐蚀，都须将锅炉排烟温度严格控制在露点温度以上。锅炉运行中，当排烟温度高于露点温度，燃煤中有机物燃烧产生的水蒸气和水分吸收热量形成的水蒸气都以水蒸气形态排放，其中所含的热量随之带走，未能利用。这部分能量虽然入炉，但是在设计和使用过程中本身就是不考虑利用的。所以，在实际测定和计算反映能量有效转换的锅炉热效率时，以低位发热值Qnet，v，ar来计算入炉热量，是符合实际情况的。

近年来，随着装备技术的发展和大面积使用燃气、燃油锅炉替代燃煤锅炉，冷凝式锅炉开始频频出现在工业领域。目前冷凝式锅炉多为燃气和燃油锅炉。和传统燃煤锅炉相比，由于燃料成分的不同，硫含量都远低于燃煤，部分产地的天然气甚至完全不含硫；同时随着技术的进步和材料技术的发展，有效避免了烟道受热面受到酸性腐蚀，实现了低于露点的排烟温度运行，一些锅炉排烟温度可以控制到40～50 ℃运行。这时，烟气中水蒸气凝结为水，充分释放汽化潜热，这部分热量并未排放，而是被冷凝器回收利用了，从而提高了锅炉的热利用率。特别在天然气锅炉中效果较为明显。

天然气是多种气体组成的混合气体，其主要成分是甲烷CH4，其占比通常在90%以上。甲烷完全燃烧的化学反应方程式为:

CH4+2O2=CO2+2H2O

通过分子量计算可知，在甲烷的完全燃烧产物中，水的质量占比达45%。所以，充分回收烟气中水蒸气的汽化潜热在天然气锅炉上效益尤为明显。

针对这一类型的锅炉，《工业锅炉热工性能测试规程》(GB/T 10180-2017)中专门新增加了《附录A 在锅炉热平衡系统边界内发生烟气冷凝且热量回收利用的锅炉热效率计算》。为直观地分别反映锅炉本体热效率和冷凝器热效率，其中规定了该类锅炉热效率η由锅炉本体热效率η1和冷凝器热效率ηln相加而得，且在试验报告中应分别表述。实际上，标准中对于该类锅炉热效率的测试、计算与其他锅炉并无根本差别，采用的仍是相同的测试、统计和计算方法，只是增加了锅炉本体和冷凝器分开进行了表述的要求。该类锅炉热效率计算中，锅炉输入热量仍为B(燃料消耗量)×Qin(单位燃料输入热量)，其中：Qin=Qnet，v，ar+Qex+Qf+Qpu，仍以燃料收到基低位发热值Qnet.ν.ar计算输入热量。

前面已经分析，甲烷燃烧后烟气中水蒸气的质量占比达45%，其中含有大量汽化潜热。按《工业锅炉热工性能测试规程》(GB/T 10180-2017)规定，计算此类锅炉热效率时，输入热量按低位发热值进行计算。既在天然气燃烧产生的总热量(高位热量)中，扣除其燃烧产生的水蒸气所含汽化潜热。而在该类锅炉中，这部分汽化潜热并非不予利用直接排出，而是进行充分回收利用，作为有效输出热量输出使用。同时由于天然气燃烧产物中水分占比较大，高低位发热值相差较大。这种情况下按标准规定，在回收利用烟气中水蒸气的汽化潜热并有效输出的同时，仍以低位发热值计算输入热量，就出现了测试计算中锅炉有效输出热量大于输入热量，既锅炉热效率大于100%的情况。

综上所述，在面对一些标称热效率超过100%的锅炉时，虽然与常规理解的效率概念有所冲突，但这只是相关标准规范的局限性所致。作为能源工作者应对其理性看待，在肯定工艺技术先进性的同时，也不盲目夸大其辞。相信随着技术的不断发展和相关标准规范的不断完善，对这一类的情况也会有更准确、直观的要求和表述。