1与PTC4的应用比较

1与PTC4的应用比较锅炉性能测试ASMEPTC4.1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20242）

1前言

目前国际上比较通用的锅炉性能测试标准采纳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2024年更新为PTC4-2024。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被证明是特别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简单，使得目前在很多在建锅炉工程项目仍旧采纳PTC4.1作为锅炉性能测试的标准。本文对比ASMEPTC4.1与ASMEPTC4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依据实际要求选择锅炉性能测试标准的参考。

2ASMEPTC4.1与ASMEPTC4的主要区分分析

ASMEPTC4.1与ASMEPTC4的主要区分可分为范围界定，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

ASMEPTC4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ASMEPTC4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在范围上的区分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%。在使用凝聚水来冷却底渣的系统中，由于凝聚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商定，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，测试各方可商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分

ASMEPTC4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，采纳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中采纳美国锅炉制造协会（ABMA）推举的散热曲线来选取，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也供应了一种精确度低一些的方法，即采纳规定的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。此方法肯定程度上简化了繁杂程度，但不确定度需采纳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，可采纳PTC4.1或PTC4中的简化方法。反之，可采纳PTC4中标准的精确测量方法。

2.3计算方法的主要区分

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分

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。详细参见如下公式：

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，是锅炉输出热量占全部输入锅炉的热量的份额，体现了锅炉对全部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，依据PTC4所测试计算的锅炉效率要高于依据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更符合实际状况，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基准温度的区分

通常进入界区的空气平均温度被用作基准温度，这就避开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，这就避开了基准不全都导致的差异。

2.3.3热损失项目区分

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殊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。详细损失项目见表1。

表1ASMEPTC4.1与PTC4的热损失项目比较

基于BL0930的高性能单相电能表的设计

韩伟忠1凌英2

（1、杜亚机电技术有限公司，浙江宁波3150002、宁波市工程设计讨论院，浙江宁波315000）

引言

随着科学技术的进展，电子电能表因其具备低功耗、高线性度、误差小、温度特性好、过载力量强以及运输安装便利等特点而在日常生活和工业生产中得到了广泛的应用，尤其是在工业应用中环境简单多变，所以对产品的要求特别高，这就更加要求电子电能表具有高精度和高抗干扰力量。电能计量的核心是一块计量芯片，在外围配置一些简洁元器件就能实现电能计量的功能。此类芯片的设计主要是基于模拟乘法器和频率变换的原理。目前国内市场上的主要代表产品之一是上海贝岭公司生产的BL0930。

1BL0930芯片介绍

1．1主要功能和特点

BL0930集成电路是电子式电度表的核心计量芯片，它在设计上采纳了过采样和数字信号处理技术，从而大大地提高了芯片的测量精确     度。同时，在A/D转换后的数据均由数字电路进行运算和处理，保证了芯片的长期稳定性。基于此芯片设计的电子式电度表具有外围电路简洁、精度高、稳定性好等特点，适用于单相两线电力用户的电能计量。

图1是BL0930的功能框图，其主要特点有：高精度，在输入动态工作范围（500:1）内，非线性测量误差小于0.1%；校表过程中高稳定性，输出频率波动小于0.1%；精确测量正、负两个方向的有功功率，且以同一方向计算电能；慢速输出脉冲能直接驱动电机工作,快速输出脉冲可用于计算机数据处理；防窃电功能,规律输出脚REVP用于显示反向用电或者错误用电状况；片上电压检测电路，检测掉电状况；防潜动功能；芯片内置晶振；低功耗，典型值15mW；采纳0.35umCMOS工艺。

图1BL0930系统框图

VDD是正电源（+5V）,供应模拟数字部分电源；V2P,V2N是电压采样信号的正,负输入脚；V1N,V1P是电流采样信号的负,正输入脚；GND是电路的接地点；VREF是参考电压调整端；SCF是高频校验脉冲选择端，与S1,S0组合起来选择CF的输出频率，见表1；S1,S0是电表常数，用于选择不同的输出频率；G是用来选择电流通道的系统增益，增益选择详细数值见表2；REVP是负向有功功率指示信号(可用于防窃电指示)；CF是高速校验脉冲输出脚，F2,F1是低速规律输出脚。

1．2芯片工作原理

在通过对电流电压信号高精度采样及模数转换后，电流电压信号通过数字乘法器得到瞬态功率信号p(t)，让p(t)通过一个截止频率很低的低通滤波器，把即时实功率信号取出来，然后将该即时实功率信号对时间进行积分，得到能量的信息，假如选择的积分时间特别短，可以认为得到的是即时能量消耗的信息，也可以认为是即时功率消耗的信息，由于前后两者成正比关系，假如选择较长的积分时间，得到的是平均能量消耗的信息，同样也可以认为是平均功率消耗的信息，低通滤波器的输出会被送到一个数字——

—频率转换的模块，在这里即时实功率会依据要求作长时或短时的积分，即累加计数，转换成周期性的脉冲信号，这就是电子电能表的基本输出信号，输出脉冲信号的频率与能量消耗的大小成正比，输出脉冲送到片外的计数马达，并最终得到能量消耗的大小的计数值。

整个采样及频率变换过程的信号流程图如下:

图2电能计量信号流程图

2基于BL0930电能表的硬件设计

图3是基于BL0930的参数为220VAC、30A电能表电路原理图.主要包括电流电压通道采样、电阻校准网络、电能计量与脉冲输出、电源供电等几个部分。

2．1电流电压采样电路

电流通道V1P/V1N允许最大输入差分电压