检测锅炉热效率的方法与装置 本发明涉及锅炉热工检测技术，具体地说，它涉及到一种检测锅炉热效率的简易方法与装置。
锅炉热效率是锅炉输出热量与输入热量之比，它是锅炉性能的一个重要指标。对锅炉热效率的检测，是锅炉制造部门、能源管理部门和锅炉用户的一项经常性的工作。它对于改进锅炉质量、节约能源、保护环境、提高企业经济效益和社会效益，都有重大意义。
检测锅炉热效率的常规方法有两种，一种叫正平衡法，另一种叫反平衡法。正平衡法是通过测定锅炉输出热量及燃料输入热量，来计算锅炉热效率，反平衡法是通过测定锅炉的各种热损失反推热效率，两种方法得出的锅炉热效率应该相等或接近。
检测锅炉热效率是一件十分麻烦而又细致的工作，需要多名技术人员，在同一段规定的时间里，利用多种热工仪表，同时、分别测定许多热工参数，然后再根据记录数据，计算出锅炉热效率。由于这项工作的复杂性，目前，多数锅炉用户都不能经常性地检测锅炉热效率，不能及时地发现锅炉运行中的问题。在低效率下运行的锅炉，不仅浪费了大量宝贵的燃料，加剧了对环境的污染，有时也预示着存在某种安全隐患。
锅炉常用燃料有气体燃料、液体燃料和固体燃料。气体燃料不产生灰分，液体燃料灰分也很少，通常在0.1％以下，因此，可将气体燃料和液体燃料称为无灰分燃料，大多数无灰分燃料是碳氢化合物，可用CHn表示，n是燃料氢碳比。锅炉燃用无灰分燃料时，可以不考虑灰分热损失，可认为锅炉的热损失共有三项：一是锅炉散热损失，记作Δη1；二是锅炉排烟热损失，记作Δη2；三是不完全燃烧热损失，记作Δη3。利用反平衡法，首先根据锅炉容量与结构，查有关热工手册，确定锅炉散热损失，再通过检测锅炉排烟热损失和不完全燃烧热损失，就可计算出锅炉热效率。某些固体燃料，如果灰分也很少，也可近似按照上述只有三项热损失的方法，确定锅炉热效率。
检测锅炉排烟热损失，需要测定锅炉排烟温度与排烟量。测定排烟量的方法有多种，例如可以通过测定烟气流速确定排烟量，还有一种方法是通过测定烟气中氧含量来计算排烟量。测定烟气流速的仪表，例如热线风速仪，比较复杂和容易损坏。测定烟气氧含量的传感器，是基于电化学原理制成的，价格昂贵，使用寿命短。
锅炉燃用无灰分燃料的不完全燃烧热损失，指地是锅炉排烟中未完全燃烧或燃尽的可燃气体所带走的热量，烟气中所含可燃气体包括CO，H2，CH4等。为测每一种可燃气体在烟气中的含量，都需要有专用传感器。举例来说，为了测定烟气中CO的浓度，常用定电位电解式气体传感器，利用CO在电解质中被氧化成CO2，同时在电极间产生电流，根据该电流大小，就可知道CO的浓度。这也是一种电化学传感器，它的价格也很贵，寿命也短。此外，电化学传感器体积都比较大，它本身都不耐热，因此利用电化学传感器测定烟气中某种可燃气体浓度时，不能把电化学传感器直接放进高温烟气中，而是要设置抽气导管、抽气泵、过滤、除湿等部件，将少量烟气处理并降温后，送入电化学传感器进行检测。可见，现有的检测不完全燃烧热损失的装置结构复杂、体积大、造价高、寿命短。
锅炉燃用无灰分燃料，不仅排烟中所含固体颗粒物可忽略不计，其它有害成分(例如硫化物)也较少。从环保角度出发，国家正在大力推广天然气等无灰分燃料，因此，对燃用无灰分燃料的锅炉的热效率的检测，将会是锅炉生产、使用、管理等各部门的一项越来越重要的工作。但是，遗憾的是，至今还未见到有简易、快捷的检测方法与检测装置。
由机械工业出版社出版，林宗虎、张永照主编的《锅炉手册》一书，详细披露了常规检测锅炉热效率的方法，及所用检测仪表。
本发明的目的是针对燃用无灰分燃料的锅炉，给出一种检测其热效率的简易方法与装置，这种检测方法只需在现场测定少量有关参数，这种检测装置是便携式的，它成本低、长寿命、操作简便、使用可靠。
为达到上述目的，对于燃用无灰分燃料的锅炉，本发明推出一种只需在现场测定环境空气与锅炉烟气的温度与湿度，结合大气压力、锅炉容量与燃料性质等已知条件，就可给出锅炉热效率的方法。
在阐述该方法的具体内容之前，先说明与该方法有关的几个问题：
1.由于空气湿度表通常是针对常压，即105Pa压力制定的，而实际大气压力可能不等于常压，为此，在利用实测的干、湿球温度到空气湿度表上查空气含湿量之前，要对湿球温度进行非常压修正，其修正公式是tw′=tw+(8+tw3)(1-P)]]>式中tw′为非常压修正湿球温度，tw′、tw的单位为℃，P是大气压力，单位为105Pa。该公式是参考了严家禄、尚德敏所著《湿空气和烃燃气热力性质图表》(高等教育出版社，1989年)一书，经研究给出的。
2.只要空气不饱和，即只要干、湿球温度不相等，实测湿球温度与理论湿球温度就有偏差，尤其当空气温度较高时，湿球温度偏差就更明显。为此，参考了“工程热物理学报”(1988.8)尚德敏、严家禄的论文“湿球温度的修正因子及计算式”，经研究给出如下湿球温度的不饱和修正公式：
3.用CHn表示无灰分的碳氢化合物燃料，n为燃料中氢碳摩尔比，用x表示空气中氮氧摩尔比(其值为3.76)，CHn在锅炉中完全燃烧的反应式为CHn+(1+n4)(O2+xN2)=CO2+n2H2O+(1+n4)xN2---(1)]]>
上述燃烧反应式等号右侧，即燃烧产物中不含可燃气体，也不含氧气。参与燃烧的实际空气量恰好等于化学反应所需要的理论空气量，即空气消耗系数α为1。但是，实际燃烧情况往往不是这样，常为了使燃料燃尽而使参与燃烧的实际空气量大于理论空气量，也就是空气消耗系数大于1。假定在空气消耗系数大于1时，烟气中不含可燃气体，其完全燃烧的反应式可写作CHn+(1+n4+β′)(O2+xN2)=CO2+n2H2O+β′O2+(1+n4+β′)xN2---(2)]]>
当供给燃烧的实际空气量不足时，即空气消耗系数α小于1时，发生不完全燃烧。不完全燃烧产物中，即烟气中残留可燃气体，烟气中的可燃气体主要是CO，H2，CH4等。在由赵钦新、惠世恩主编的《燃油燃气锅炉》(西安交通大学出版，2000年)一书中写到“液体燃料和气体燃料的不完全燃烧产物有CO，CH4和H2等，由于CH4，H2的含量比CO少得多，因此，在工程实际中是将CO的含量视为该烟气中的不完全燃烧产物量。”按照这个观点，碳氢化合物燃料的不完全燃烧反应式可写作CHn+(1+n4-β′′)(O2+xN2)=(1-2β′′)CO2+2β′′CO+n2H2O+(1+n4-β′′)xN2---(3)]]>
在上述(2)、(3)式中的β′与β″均为实际供给空气量与理论需要空气量的差额，其中β′是多供给的空气差额，而β″是欠缺的空气差额。
4.在上述(1)～(3)各燃烧反应式中，燃烧产物中不含H2，即认为碳氢燃料中的氢全部与氧反应生成水。碳氢燃料CHn的含氢量(氢的质量成分)XH为XH=n12+n]]>
每两个氢原子与一个氧原子反应生成一个水分子，生成的水的质量与参与反应的氢的质量之比记作k，它等于一个水分子量与两个氢原子质量之比：k=182=9]]>
每千克燃料中有XH千克氢，每千克燃料燃烧生成kXH千克水，记作mV，即mV=kXH=9×n12+n---(4)]]>
5.锅炉燃烧室入口处空气含湿量记作d1，锅炉烟气含湿量记作d2，每千克燃料燃烧产生烟气量为mg，按下式计算：mg=mVd2-d1---(5)]]>
6.在(1)～(3)三个燃烧反应式中，空气消耗系数α各不相同，其中(1)式表示的燃烧反应空气消耗系数α为1，(2)式表示的燃烧反应空气消耗系数大于1，记作α′，按下式计算：α′=1+β′1+n4]]>
(3)式表示的是不完全燃烧，空气消耗系数小于1，记作α″，按下式计算：α′′=1-β′′1+n4---(7)]]>
7.当燃料给定，燃料氢碳比n为已知，如果还能知道β为多少，空气消耗系数就都可算出。β为实际供给空气与理论燃烧所需空气的差额，它还出现在燃烧产物中，可根据燃烧产物的含湿量d2来确定，具体方法如下：
(1)式表示供给燃烧的空气正好够用，在燃烧产物中既不含氧气也不含可燃气体，空气差额β为零，此时烟气的含湿量称作理论含湿量，记作d20，由(1)式整理得：d20=n16.5+2.9n---(8)]]>
(2)式表示供给燃烧的空气量大于理论需要量，其烟气含湿量由(2)式整理为d2=n16.5+15.2β′+2.9n---(9)]]>
可见d2＜d20，由该式给出多余的空气差额β′的计算式为β′=(0.0661d2-0.19)n-1.085---(10)]]>
(3)式表示供给燃烧的空气量不足，其烟气含湿量由(3)式整理为d2=n16.5-15.2β′′+2.9n---(11)]]>可见d2＞d20，由该式给出欠缺的空气差额β″的计算式为β′′=(0.19-0.0661d2)n+1.085---(12)]]>
8.按照不完全燃烧反应式(3)，1千摩尔的CHn燃料燃烧生成2β″千摩尔CO，每千克燃料燃烧生成2β″/(12+n)千摩尔CO，CO的燃烧发热量为283208kJ/kmol，因此不完全燃烧热损失Δη3为Δη3=283208×2β′′Q×(12+n)---(13)]]>
基于上述原理，本发明给出的检测燃用无灰分燃料锅炉热效率的方法分为如下几个步骤：
1.针对锅炉燃用的具体燃料，查找有关热工手册，确定其(低位)发热量Q(kJ/kg)；
2.根据锅炉燃料氢碳比n，并认为燃料中的氢完全燃烧生成水蒸汽，按(4)式计算每千克燃料燃烧生成的水蒸汽量mV(kg/kg)；
3.根据锅炉容量及是否有尾部受热面，查热工手册，确定锅炉散热损失Δη1；
4.确定环境空气的含湿量d1。具体作法是，利用干湿球温度计，测定环境空气的干球温度t1和湿球温度tw1，结合大气压力，对湿球温度进行非常压修正和不饱和修正，查空气湿度表，得出环境空气的含湿量d1(kg/kg)：
5.确定锅炉烟气的含湿量d2。具体作法是，利用干湿球温度计，测定锅炉烟气的干球温度t2和湿球温度tw2，结合大气压力，对湿球温度进行非常压修正和不饱和修正，查空气湿度表，得出锅炉烟气的含湿量d2(kg/kg)；
6.根据(5)式计算每千克燃料燃烧生成的烟气量mg(kg/kg)：mg=mVd2-d1]]>
7.查热工手册，确定在t1和t2间的烟气的平均定压质量比热，并用cp表示，单位是kJ/kg℃，按下式计算锅炉排烟热损失Δη2：Δη2=mgcp(t2-t1)Q]]>
8.根据给定的燃料氢碳比n，按(8)式计算烟气理论含湿量d20，并与步骤5得出的烟气实际含湿量d2，进行比较。
如果d2≤d20，将d2记作d2′，进行步骤9；
如果d2＞d20，将d2记作d2″，进行步骤10。
9.由d2′≤d20，可知供给燃烧空气量大于或等于理论需要空气量，按(10)式计算多余空气差额β′，按(6)式计算空气消耗系数α′，按下式计算锅炉热效率η：
η＝1-Δη1-Δη2
10.由d2″＞d20，可知供给燃烧空气量小于理论需要空气量，按(12)式计算欠缺空气差额β″，按(7)式计算空气消耗系数α″，按(13)式计算不完全燃烧热损失Δη3，按下式计算锅炉热效率η：
η＝1-Δη1-Δη2-Δη3
按照上述方法与步骤，检测燃用无灰分燃料锅炉热效率的装置包括：
干球温度传感器。亦即测温传感器，其敏感元件常用热电偶或热电阻，测温范围为-30℃到300℃；
湿球温度传感器。它是在热电偶或热电阻等测温传感器的敏感元件外面，包以湿纱布制成，测温范围-30℃到100℃；
模拟放大电路。有两个模拟放大电路，一个是干球温度放大电路，另一个是湿球温度放大电路；
模拟电位器。有两个模拟电位器，一个是大气压力模拟电位器，根据环境大气压力，调整电位器输出电压，作为大气压力模拟信号。另一个是锅炉容量模拟电位器，根据锅炉容量，调整电位器输出电压，作为锅炉容量模拟信号；
燃料选择键。根据锅炉燃料的种类，确定燃料选择键的位数。不同的燃料，其氢碳比和发热量通常不相同，利用燃料选择键，给出选定燃料的氢碳比和发热量的模拟电压信号；
尾部受热面选择键。锅炉是否设置了尾部受热面，其散热损失是不同的。设立尾部受热面选择键，就是为了在确定锅炉散热损失时，除了考虑锅炉容量外，还要考虑锅炉尾部是否有散热面，它是一个开关式按键，有通或断两种状态，对应有或无尾部受热面；
模数转换电路。它由一个模数转换器，及其输入、输出、控制线路所组成。它的模拟量输入线路包括干球温度放大器输出端、湿球温度放大器输出端、燃料选择键的燃料氢碳比模拟电压、燃料选择键的燃料发热量模拟电压、大气压力模拟电压、锅炉容量模拟电压。模数转换器的控制和输出线路与下述单片机有关线路相连；
单片机电路。它主要包括单片机、地址锁存器、程序存贮器、指令键、及由单片机接出的地址、数据、控制线路等。在单片机操作程序及指令键的控制下，模数转换器的输出信号进入单片机电路，经过单片机内部运算、处理过程，最后通过单片机输出端，给出数字化结果，然后通过译码电路，送到显示器显示。指令键是一个常开按键，依次按下此键，它向单片机依次发出如下8项指令：测空气参数、测烟气参数并进行计算、显示锅炉热效率、显示空气消耗系数、显示锅炉散热损失、显示锅炉排烟热损失、显示不完全燃烧热损失、显示锅炉排烟温度；
显示器及译码电路。它包括一个三位的静态数字显示器、三个带有锁存功能的译码器、输入与输出连接线路等。译码器的输入信号及控制信号来自单片机，译码器的输出信号送给显示器；
电压表。这是一个直流电压表，它的输入端接到湿球温度放大器的输出端，在检测过程中，根据电压表指示，判断湿球温度传感器是否已经稳定；
仪表盒与仪表盘。仪表盒为长方形，分为盒盖与盒底两部分，盒底的高度尺寸比盒盖稍大。干湿球温度传感器连同接线，存放在盒盖内。在盒底底部是电池，在盒底上沿，安置仪表盘。在仪表盘下边，吊装一块电路板，前述几个电路都在这块电路板上。在仪表盘上，有传感器插座、电源开关、直流电压表、三位数字显示器、燃料选择键、尾部受热面选择键、指令键、两个模拟电位器等。
本发明的优点是：
1.本发明锅炉热效率检测方法是基于反平衡法，不仅给出热效率，同时还给出了三种主要热损失和空气消耗系数，这些都是评估锅炉性能的重要数据。本发明锅炉热效率检测方法，只需在现场检测环境空气与锅炉烟气的干球温度和湿球温度，单人即可进行检测，方法简便，工作效率高；
2.本发明锅炉热效率检测装置，除了供电所用电池外，其它全部零部件，包括传感器，都不存在原理性的损耗。因此，本发明锅炉热效率检测装置经久耐用，维护费用低；
3.本发明锅炉热效率检测装置，具有成本低、重量轻、结构简单、性能可靠等特点，是一种便携式仪表。
图1是本发明锅炉热效率检测装置的电路系统原理图；
图2是本发明锅炉热效率检测装置实施例的干湿球温度传感器总装图；
图3是本发明锅炉热效率检测装置实施例的仪表盘布置图；
图4是本发明锅炉热效率检测装置实施例的仪表盒内布置图；
图5是本发明锅炉热效率检测装置在现场检测示意图；
图6是本发明检测锅炉热效率的方法与装置的计算机程序流程图。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
图1给出本发明锅炉热效率检测装置的电路系统，该系统分为八个部分：第一部分单片机电路，它由单片机1、地址锁存器2、程序存贮器3、指令键7、地址、数据、控制三总线及输入输出线路组成。单片机型号80C31，地址锁存器型号74LS373，程序存贮器型号27C256第二部分为模拟放大电路，包括用热电偶制作的干球温度传感器10，干球温度放大器11，用热电偶外包湿纱布制成的湿球温度传感器12，湿球温度放大器13，热电偶冷端补偿器14等。其中干球温度放大器11中的电阻Ra、Rb、Rc的选择原则是：当干球温度在-30～300℃范围内变化时，干球温度放大器11的输出电压应在0～3.5V之间。湿球温度放大器13中电阻Rd、Re、Rf的选择原则是：当湿球温度在-30～100℃范围内变化时，湿球温度放大器13的输出电压在0～3.5V之间。热电偶冷端补偿器14是利用一只热敏电阻Rt与另一个固定电阻Rg构成一分压器，热敏电阻Rt与热电偶冷端处于同一温度环境，这个分压器给出与热电偶冷端温度有关的电压信号，经过模数转换器和单片机处理后，对热电偶进行冷端补偿；第三部分燃料选择键模拟电压电路，其中包括燃料氢碳比模拟电路15和燃料发热量模拟电路16。图中R1～R6构成3个分压器，分别给出3种燃料的氢碳比模拟电压，R7～R12构成另外3个分压器，分别给出这3种燃料的发热量模拟电压；第四部分模拟电位器电路，包括大气压力模拟电位器电路17，锅炉容量模拟电位器电路18。其中大气压力模拟电位器17输出模拟电压为0～5V，对应的大气压力为100～50kPa，锅炉容量模拟电位器18输出电压0～5V，对应的锅炉容量为0～25MW，两个电位器的满量程阻值均为10k；第五部分模数转换器电路，它包括一个模数转换器4，两个或非门电路5、6，及输入、输出、控制线路。其中模数转换器4的型号是ADC0809，两个或非门电路5、6用一片74LS02担任；第六部分显示器译码电路，它是由三个相同的译码器8及输入、输出连线构成的静态数字译码电路。每个译码器输入BCD码，输出7段显示器字型码。译码器型号MC14513，它兼有锁存、译码、驱动功能；第七部分显示器9，它是一个三位数字静态显示器，每位上有7个发光二极管显示字段，另有一个发光二极管显示小数点；第八部分电源19，8节1号1.5V电池串联约12V电压，再经稳压器给出5V稳压电源，稳压器型号LM7805。
下面对图1所示的电路系统原理作进一步详细说明。
模数转换器4片内带有锁存功能的8路模拟开关，可对8路0～5V的输入模拟电压信号分时进行转换，输出端有三态锁存缓冲器，直接连到单片机1的数据总线上。单片机80C31的ALE脚输出地址锁存允许信号，连接到地址锁存器2的G脚。ALE脚的频率是单片机1时钟频率的1/6，单片机1的时钟频率选用3MHz，则ALE脚输出频率为500kHz，符合模数转换器ADC0809对时钟频率的要求，故将模数转换器4的时钟输入端CLK接到单片机1的ALE脚上。模数转换器4的地址译码引脚A、B、C分别与单片机电路地址总线的低三位A0、A1、A2相连，以选通模数转换器4的IN0～IN7中的一个通道。将P2.7(地址总线最高位)作为片选信号，在启动模数转换时，由单片机1的写信号WR与P2.7经或非门5，控制模数转换器4的地址锁存ALE和转换启动START两个端口，因此将ALE和START连在一起，模数转换器4锁存通道地址的同时也启动转换。在读取转换结果时，用单片机1的读信号 RD和P2.7脚，经或非门6，产生的正脉冲，作为模数转换器4的输出允许信号OE，用以打开三态输出锁存器。
用热电偶制作的干球温度传感器10采集的温度信号，经过干球温度放大器11，进入模数转换器4的模拟量输入端口IN0；由热电偶外包湿纱布制作的湿球温度传感器12采集的湿度信号，经过湿球温度放大器13，进入模数转换器4的模拟量输入端口IN1；用热敏电阻Rt和另一固定电阻Rg构成分压器作为热电偶冷端补偿器14，该补偿器输出模拟信号进入模数转换器4的模拟量输入端IN2；燃料选择键有两组联动的开关，其中一组开关15，用于选通燃料氢碳比的模拟电压电路，被选中的燃料氢碳比模拟电压信号，进入模数转换器4的模拟量输入端口IN3；另一组开关16，用于选通燃料发热量的模拟电压电路，被选中的燃料发热量模拟电压信号，进入模数转换器4的模拟量输入端口IN4，根据当地大气压值，调整大气压模拟电位器17，输出大气压模拟电压信号，进入模数转换器4的模拟量输入端口IN5；根据被测锅炉容量，调整锅炉容量模拟电位器18，输出锅炉容量模拟电压信号，进入模数转换器4的模数量输入端口IN6。
单片机1的P14脚连接一个对地常开的的按键7a，此键称作指令键。计算机程序中设立了8处问答程序，它们依次是：测空气参数吗？测烟气参数并计算吗？显示热效率吗？显示空气消耗系数吗？显示锅炉散热损失吗？显示锅炉排烟热损失吗？显示不完全燃烧热损失吗？显示排烟温度吗？当计算机程序进行到这8项问答程序的每一项之前，由程序首先将单片机1的P14脚置1，然后检查该键状态，如果闭合，即0电平，表示“是”，程序向下进行，如果不闭合，即1电平，表示“否”，程序原地等待。
单片机1的P1.5脚通过一个开关式按键7b与地相连，按键7b即为尾部受热面选择键，如果被测锅炉有尾部受热面，按键7b接通，没有尾部受热面，按键7b断开。单片机在确定锅炉散热损失时，除了考虑锅炉容量外，还要检查该键状态。
单片机1的P1.0～P1.3端口输出结果，它是一组BCD码，再通过译码器8，最后由3位的数字显示器9给出数字结果。数字显示器9为静态工作方式，带有锁存功能的译码器8的LE脚为锁存允许端；3个译码器8的LE脚，分别与单片机1的P3.3、P3.4、P3.5相连，单片机1分时由P3.3～P3.5分别送出锁存信号，3个译码器8从左到右，从高位到低位，分别锁存单片机1送出的BCD码，译码后送到相连的显示器9显示。显示器每一位右下角都有一小数点，需要时，通过软硬件配合接电源点亮。全部电路的电源19，是12V的电池经稳压器给出的5V电压源。
图2是本发明锅炉热效率检测装置实施例的干湿球温度传感器的总装图。干球温度传感器的敏感元件，采用外径为1毫米的铠装热电偶2，热电偶材质为镍铬与镍硅，热电偶2从套筒3伸出部分长度为4厘米。湿球温度传感器的敏感元件1，采用外径为1毫米的铠装热电偶，在外表从端部算起3厘米长度上，包以4～5层脱脂棉纱布，并用纯净水浸湿制成。湿球温度热电偶丝材质为镍铬与康铜，热电偶1从套筒3中伸出部分长度为8厘米。两传感器1、2之间平行距离为0.5厘米。套筒3为不锈钢管，外径1.2厘米，长9厘米。套筒3另一头与金属软管4相连，金属软管4外径1厘米，长6厘米。金属软管4的另一头与固定管5相连，固定管5为不锈钢管，外径1.2厘米，长10厘米。最后是手柄6，用尼龙制成，外径2厘米，长10厘米。两个传感器的4根导线及传感器屏蔽线，共计5根线从上述各连接段穿过，从手柄6出来后，接到4芯屏蔽线7，连同屏蔽层，共5根线接到一个5脚插头8，屏蔽线7的长度为2米。
图3给出本发明锅炉热效率检测装置实施例的仪表盘布置图。仪表盘2为长方形，其左下角安置电源开关8，用以接通或关闭装置内电路系统的5V直流电源。左边中间是干湿球温度传感器插座9，它是5芯的，其中1芯与电路板的地线连通，并与插头8上连接导线屏蔽层的插脚相连，而干、湿球温度信号分别各用两芯。传感器插座9的右边是尾部受热面选择键10，它是一个开关式按键，用此键的通或断向单片机给出锅炉有或无尾部受热面的信息，以决定锅炉散热损失。仪表盘2右下方安置有大气压力模拟电位器5和锅炉容量模拟电位器6。这两个电位器都是旋转式小型合成炭膜电位器，功率为0.5W，阻值为10k。在进行检测锅炉热效率工作时，首先要根据当地大气压力和被测锅炉容量，将这两个电位器的旋钮调整到相应位置。仪表盘上，大气压力的量程是从100kPa到50kPa，锅炉容量的量程是从0到25MW。如果被测锅炉容量的单位不是W，而是kcal/h或是蒸发量t/h，可按如下公式换算：
1t/h＝60×104kcal/h＝0.6978MW仪表盘中下方是燃料选择键7，这是一个有8个键位的琴键式开关，每一键位代表一种锅炉燃料，每一键位都控制着两个单刀单掷开关，每个单刀单掷开关用于一个模拟分压电路的输出控制。当某一键位被按下，即选中这种燃料，并将该键位所控制的，模拟这种燃料氢碳比和发热量的两个模拟电压送出。仪表盘左上角安置一块直流电压表，它是指针式的，满量程为5V。这块电压表的输入端接在湿球温度放大器的输出端，用以指示检测信号是否已经稳定。因为湿球温度稳定所需时间比干球温度要长，当湿球温度稳定时，干球温度早已稳定。当电压表指针稳定时，立即按下仪表盘右方的指令键4，指示程序进行干、湿球温度参数测定。如果电压表指针已经稳定，迟迟不按指令键4采集数据，湿球水分蒸干，电压表指针又开始移动，此时再采集数据已不正确。指令键4是一常开按键，它接在单片机上，当程序进行到某一个问答程序时，单片机自动检查该键是否闭合，以决定是继续向下进行还是原地等待。仪表盘右上方是3位的数字显示器，它的每一位都是由7段发光二极管组成的，从左到右依次为高位到低位，每一位的右下角有一个小数点，是一发光二极管，需要时，通过软硬件配合点亮。
图4是本发明锅炉热效率检测装置实施例的仪表盒内布置图。仪表盒分为盒盖1和盒底7两部分，两部分之间有折页相连。干湿球温度传感器3放在盒盖内。在盒底7的上沿安放着仪表盘4，在图4中可看到仪表盘上安置的直流电压表2和三位数字显示器5。本发明锅炉热效率检测装置的全部电路都在一块电路板8上，这块电路板位于盒底7内，吊装在仪表盘4下面。在电路板8的下边，也就是在盒底7的最底部，安放着串联的8节1号电池，每节1.5V，从图4中可看到其中的4节。仪表盒外形为长方体，盒底7的高度尺寸比盒盖1稍大。
图5是本发明锅炉热效率检测装置在现场检测示意图。该图表示在完成对环境空气的干、湿球温度检测后，将干湿球温度传感器3，从锅炉1的烟囱2的下部的检测孔水平插入，使干湿球温度传感器3的敏感元件置于烟道中心，并使烟气与传感器垂直流过。注意观察锅炉热效率检测装置4上的直流电压表，当电压表指针由缓慢移动到静止不动，立即按下指令键，检测装置4采集烟气的干、湿球温度信号，进行转换、计算，并将最后得出的锅炉热效率，空气消耗系数，各项热损失等按指令依次显示在检测装置4的显示器上。
图6是本发明检测锅炉热效率的方法与装置的计算机程序的流程图，详细说明如下：
流程1：接通电源，计算机开始工作；
流程2：设定初值，其中包括大气压力P、锅炉容量G、燃料氢碳比n、燃料发热量Q、烟气比热Cp等，其中大气压力P和锅炉容量G是通过调整仪表盘上相应电位器旋钮设定，燃料氢碳比n和燃料发热量Q是通过按下燃料选择键所用燃料对应的键位，接通相应模拟分压电路来设定，烟气比热Cp与烟气温度有关，一般可选Cp＝1.1kJ/kg℃将该比热数值写入程序：
流程3：计算每千克燃料燃烧生成的水蒸汽mV。由于水分子中氢元素占的质量成分约为1/9。因此，当燃料中的氢在燃烧中全部反应生成水时，含氢量为XH的一千克燃料燃烧生成的水蒸汽量mv为
mv＝XH×9式中燃料含氢量XH，由给定的燃料的氢碳比n来计算：XH=n12+n]]>
流程4：根据有关热工手册，锅炉散热损失与锅炉容量G及锅炉是否有尾部受热面有关。将有尾部受热面和无尾部受热面两种情况下锅炉散热损失与锅炉容量的关系分别列出对照表，将表存进计算机程序中，并在计算机程序中，设置一段查表程序，就可给出锅炉散热损失Δη1；
流程5：询问是否已作好准备，并要立即检测环境空气的有关参数吗？如果是，按下指令键，向下进行，如果不是，程序原地等待；
流程6：利用干湿球温度传感器，检测环境空气的干球温度t1和湿球温度tw1。本发明锅炉热效率检测装置所用干湿球温度传感器的敏感元件都是用热电偶制成的，干湿球温度传感器的热电势经模拟放大，再进入模数转换器转变成数字量。在锅炉检测的温度范围内，热电势与温度之间线性对应关系良好，因此，模数转换的数字量与被测温度关系简单，对转换数字量稍加处理，即可给出以热电偶冷端为基准的干、湿球温度，再经过冷端补偿，即给出环境大气的干球温度t1和湿球温度tw1′；
流程7：由于含湿量与干球温度、湿球温度、大气压等三个因素有关，为了只用一个常压空气含湿量表，经研究，可利用大气压P，对湿球温度tw1进行非常压修正，修正式如下：tw1′=tw1+(tw13+8)(1-P)]]>考虑湿球温度与理论湿球温度的偏差，对湿球温度进行不饱和修正：tw1′′=tw1′(tw1′t)0.16exp(-0.017t)]]>式中tw1、tw1′、tw1″、t的单位是℃，P的单位是105Pa。由于单片机80C31不能进行复杂的数学运算，湿球温度的不饱和修正是通过查表来完成的，该表是利用上述不饱和修正公式算出来的；
流程8：利用环境空气的干球温度t1，和上式修正的湿球温度tw1″，查环境空气的含湿量d1。在计算机程序中设有一个空气含湿量表，它是利用干湿球温度查含湿量的表，这是一个常压下的干湿球温度与含湿量对照表。对于任意大气压力下的空气，利用干球温度t1和修正后的湿球温度tw1″，同样可利用该表查含湿量d1；
流程9：询问是否已作好了准备，要立即检测锅炉烟气的有关参数吗？如果是，按下指令键，程序向下进行，如果不是，程序原地等待；
程序10：利用干湿球温度传感器，检测锅炉烟气的干球温度t2和湿球温度tw2。与流程6相同的道理，检测锅炉烟气时，对干湿球温度传感器的检测结果也要进行冷端补偿。锅炉烟气参数的检测点在烟囱的根部，并应防止由检测口向烟囱内漏进空气对检测结果的影响；
流程11：与流程7相同的道理，为了简化锅炉烟气的含湿量表，利用大气压力P，对湿球tw2进行非常压修正；tw2′=tw2+(tw23+8)(1-P)]]>同样也要对湿球温度进行不饱和修正，修正式如下：
流程12：利用锅炉烟气的干球温度t2，修正的湿球温度tw2″，查锅炉烟气的含湿量d2。在计算机程序中，锅炉烟气含湿量表与流程8所用的空气含湿量表是相似的，只是温度区间不同。同样，在执行本流程时，利用了一段烟气含湿量的查表程序，根据t2、tw2″，查出d2；
流程13：计算每千克燃料燃烧生成的烟气量mg。在流程3中已算出每千克燃料燃烧生成的水蒸汽量mv，所生成的水蒸汽，成为烟气的一个组成成分，使烟气的含湿量d2大于空气的含湿量d1。因此，每千克燃料燃烧生成的烟气量mg为：mg=mVd2-d1]]>
流程14：计算锅炉排烟热损失。锅炉排烟温度t2高于环境空气温度t1，锅炉排烟热损失Δη2按下式计算：Δη2=mgcp(t2-t1)Q]]>
流程15：当供给燃烧的空气量正好等于理论需要量时，烟气中不含氧气，也不含可燃气体，此时烟气含湿量称为理论含湿量d20，由燃烧反应式(1)可导出其计算式为d20=n16.5+2.9n]]>
流程16：按照是否有d20≥d2，计算流程有两个分支，如果d20≥d2，亦即燃烧过程供给的空气与理论需要量相比正好相等，或前者大于后者，则按箭头C所指进行，否则按箭头D所指进行。
流程17：这是按箭头C所指进行的第一个程序，按给出公式计算多余空气差额β，β≥0；
流程18：按公式计算空气消耗系数α′，α′≥1；
流程19：当供给燃烧的空气大于或等于理论需要量时，不考虑不完全燃烧损失Δη3，因此，锅炉热率按下式计算：
η＝1-Δη1-Δη2
流程20：按动指令键，每按一次显示一个参数，它们依次是η，α′，Δη1，Δη2，0，t2，其中按动第五次显示的是Δη3＝0；
流程21：这是箭头D所指分支程序的第一个程序，按公式计算欠缺空气差额β″，这是供给燃烧空气不足的情况；
流程22：按公式计算空气消耗系数α，α＜1；
流程23：根据由著名专家撰写的“燃油燃气锅炉”一书的内容，不完全燃烧产物烟气中的可燃气体，可以只考虑CO，则其燃烧反应可表述为(3)式，按此式，不完全燃烧损失可写作： 式中283208是每千摩尔CO的燃烧热，单位是kJ/kmol；
流程24：不完全燃烧锅炉热损失有3项，其热效率为
η＝1-Δη1-Δη2-Δη3
流程25：本流程同流程20，每按一下指令键，显示一个参数，它们依次是：
η，α，Δη1，Δη2，Δη3，t2。