加热炉能效测试评价方法及软件开发

车超

南京钢铁股份有限公司江苏南京210035

摘要：针对加热炉低效高耗的现状，通过对钢厂加热炉能效分级测试及现有评价方法存在问题的分析，重点研究了加热炉三级测试的能效评价指标及其限值和评价方法。在此基础上，基于VC++平台，开发了加热炉能效评价系统，主要可实现加热炉能效的评价与优化分析。

关键词：加热炉；分级测试；评价方法；VC++；软件开发

加热炉能效分级评价是在充分考虑加热炉类型、负荷率等因素下，对钢厂加热炉热效率、空气过量系数、排烟温度和环表温差指标进行评价，细化了热效率在不同负荷率下的限定值指标，可以更好地指导加热炉的节能监测工作，通过对加热炉的评价分析，为用户提供更精细的数据分析服务，找出加热炉的节能点，制定针对性的节能措施，有助于对低效高耗能设备提出更为科学的改进建议，提高加热炉的运行效率，实现加热炉的高效运行，才能最终达到节能降耗的目的。

一、加热炉能效分级测试与评价理论

加热炉能效分级测试与评价理论是基于负荷率，确定加热炉热效率的1级、2级、3级限定值，以热效率指标为主，排烟温度、空气系数和环表温差指标为辅，根据热效率指标达到各级限定值的情况，综合其它3项指标合格与否，再计算各个单项指标得分，然后通过加权计算综合得分，据此进行综合评价加热炉的能耗状态。

二、加热炉能效评价方法

1.现行评价指标和方法。（1）个别指标的表征性较差。效率是表征加热炉性能好坏最基本的特征参数；排烟温度、空气系数两者间相互影响和制约，两者的变化都会直接影响加热炉效率的高低，也可作为评判加热炉性能的考量指标；炉体外表面温度与加热炉效率、排烟热损失、气体未完全燃烧热损失等均无直接关系，而散热损失不仅与炉体外表面温度有关，且与环境温度、风速等因素有关，所以仅通过界定炉体外表面温度的高低无法真实表征加热炉的整体能效水平。（2）各项指标的限值（合格/节能限定值/节能评价值）仅按燃料类型、功率范围两方面进行分类汇总，并未考虑负荷率以及加热炉类型对能效的影响。实测统计数据表明，负荷率对效率的影响较大，对于同一台加热炉，负荷率不同，其效率也可能不同，而加热炉的类型不同，用同一种方法确定的效率指标限值也不同。

2.评价指标。基于上述存在的问题，结合SY/T6381—2016《加热炉热工测定》中给出的加热炉的能耗测试和计算方法，综合考虑加热炉类型、负荷率、炉体外表面与环境温度的差值等诸多因素，确定了加热炉能效评价指标为4项：效率、排烟温度、空气系数、环境与炉体外表面的温差（简称“环表温差”）。

3.指标限值。根据各项指标之间的相互关系以及热效率的影响因素，分析研究4项指标的限值确定方法。（1）热效率。加热炉的效率指标分为3个等级：1级、2级、3级，各等级的指标限值通过统计确定，具体确定方法和步骤如下：按类型、功率范围对加热炉进行分类汇总。从加热制度上分加热炉类型包括3种：两段式、三段式、五段式。按能源划分为4种：燃气加热炉、燃油加热炉、电阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉；确定某一类型、某一能源范围的热效率1级、2级、3级的指标限值与负荷率的函数关系。选定某一类型、功率范围的加热炉数据，首先按负荷率R进行筛选，选出负荷率介于20%～100%的数据作为有效分析数据。按负荷率(Rmin～Rmax)由小到大顺序对热效率进行统计，对于任一负荷率，取样本总数前10%的效率值为1级限值、样本总数前20%为2级限值、样本总数前60%为3级限值。具体分析时，采用数理统计方法回归拟合出该类型、功率范围的加热炉1级、2级、3级效率限值与负荷率的函数关系；确定不同类型、不同功率范围的热效率1级、2级、3级指标限值。基于以上步骤，对其它类型、功率范围的数据做同样分析处理，最终确定各类型加热炉在不同功率范围内的热效率1级、2级、3级限值与负荷率的函数关系。

4.评价方法。加热炉的能效评价以效率为主，同时结合排烟温度、空气系数、环表温差等指标。评价采用百分法，分值分配设置如下：（1）加热炉效率占80分，达到1级效率要求为满分，计80分；达到2级效率要求按90%，计72分；达到3级效率要求按80%，计64分；低于3级，计0分。（2）排烟温度达标计8分，不达标0分。（3）空气系数达标计8分，不达标0分。（4）温差达标计4分，不达标计0分。（5）综合得分为各项指标得分之和。加热炉的能效评价分为3个级别：I级（100分）、II级（84～99分）和III级（68～83分），分别对应优秀、良好、合格。各级别对应的综合得分。

三、软件开发

为了便于加热炉现场测试评价工作的智能化、高效开展，在上述理论分析研究的基础上，基于VC++软件平台，开发了相应的加热炉能效评价系统。

1.软件结构及功能。该软件主要用于评价加热炉的能效水平，并根据评价结果，给出相应的参数优化方案。软件主要包括4大功能模块：测试评价、运行优化、批量评价、简化计算。（1）测试评价。主要功能为对单台加热炉进行能效评价。根据单台加热炉的基础测试数据，计算各项评价指标的具体结果，并与其对应的指标限值比较，给出各项指标的评价结果，进而给出单台加热炉的综合评价结果，即能效评价级别（优秀、良好、合格、不合格）。（2）运行优化。主要功能为对单台加热炉进行运行参数优化，进而提高其能效水平，实现节能降耗的目的。根据单台加热炉的实际工况，通过调整负荷率、排烟温度、空气系数、炉体外表面温度等参数，得到不同运行参数下系统的能耗及能效水平，给出一系列运行参数优化的可行方案。现场可根据自身的实际生产需求选择适用的方案以实施改进措施。（3）批量评价。主要功能对多台加热炉统一进行能效评价。将被测试/评价的多台加热炉批量导入系统中，系统将针对每台加热炉分别给出其对应的能效评价结果。

2.软件流程。软件的核心为测试评价、运行优化两大功能模块，图1所示为两大核心模块的流程设计框图。

（1）测试评价流程。测试评价模块主要是根据单台加热炉的基础测试数据，计算各项评价指标的限值，进而给出加热炉的能效评价结果，图2所示为其流程框图。该流程的关键环节为单项评价指标限值的计算及能效评价：指标限值计算。通过图2所示的流程设置，根据加热炉的实际运行工况（加热炉类型、功率、负荷率）以及相关的测试数据（热效率、排烟温度、空气系数、炉体外表面温度、环境温度），计算得到4项评价指标的相应限值。能效评价。在确定各单项指标限值的基础上，根据前述的评价方法，确定加热炉各单项指标以及综合得分情况，最终确定出加热炉的能效级别。

（2）运行优化流程.运行优化模块是以加热炉的测试评价结果为基础，针对结果不理想的设备，通过对其运行参数的优化调整，实现加热炉的提效目的。

加热炉提效是实现生产降本增效的重要着力点，而提效的关键在于通过合理的测试及评价方法切实了解加热炉的能效水平，找到其低效的原因所在。通过对现有钢厂加热炉能效测试及评价方法的分析研究，采用多要素分析法，综合考虑加热炉类型、负荷率等因素对加热炉能效的影响，确定了能够合理反映加热炉能效水平的4项评价指标，并给出了各项指标的限值确定方法。在此基础上，采用加权分析、百分法，确定了加热炉的能效评价方法。

参考文献：

［1］王丽．加热炉分级测试与经济运行研究综述［J］．2017(2):42－45．

［2］秦浩．加热炉能效分级测试与评价［S］．北京:轧钢工业出版社，2017:1－24．