工業鍋爐運行工況熱效率分析

杜宇軒 居建龍 楊恒忠

江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院蘇州分院

鍋爐是能耗最大的特種設備之一，尤其是工業鍋爐，每年消耗的能源占我國能源總量的1/4以上[1]。目前，蘇州市擁有登記注冊鍋爐7 138臺，實際在用鍋爐1 530臺，其中工業鍋爐占96%以上，大部分的鍋爐為燃煤鍋爐，燃油、燃氣及電加熱鍋爐相對占比較小。工業類鍋爐普遍存在運行熱效率偏低的問題，開展鍋爐節能工作，有必要對鍋爐進行能效測試的相關工作。

為了履行特種設備安全與節能的監管職責，國家質檢總局于2009年7月頒發了《高耗能特種設備節能監督管理辦法》，2010年8月30日頒布了TSG G0002-2010《鍋爐節能技術監督管理規程》[2]和TSG G0003-2010《工業鍋爐能效測試與評價規則》[3]等節能技術規范。根據這3個文件，江蘇省特檢院蘇州分院自2016年6月至10月，對51臺在用工業鍋爐進行了鍋爐運行工況熱效率測試，測試后發現被測鍋爐因存在排煙溫度過高、爐渣可燃物含量大、過量空氣系數過大等問題，嚴重影響了鍋爐效率。如何提高鍋爐使用效率、減少燃料消耗，是“建設節約型社會”的要求，也是在用鍋爐業主的迫切需求。本文對此51臺燃煤、燃氣鍋爐的運行工況熱效率的現狀展開分析，為蘇州市開展鍋爐節能減排工作提供重要依據。

1 鍋爐概況

本次測試的鍋爐共51臺，其中導熱油鍋爐25臺，蒸汽鍋爐26臺，燃煤鍋爐33臺，燃氣鍋爐18臺。上述鍋爐涉及多種行業，鍋爐種類及行業分布情況如表1。

表1 鍋爐種類及行業分布表

本次測試的鍋爐主要為額定蒸發量為10t及10t以上的工業鍋爐，共有49臺，另有2臺額定蒸發量為1．25t的燃氣蒸汽工業鍋爐作為對比。

2 測試方法與設備

根據TSG G0003-2010《工業鍋爐能效測試與評價規則》，鍋爐運行工況熱效率的測試方法有詳細測試和簡單測試兩種方法。根據實際情況，本次鍋爐工況熱效率的測試方法選用的是簡單測試反平衡法，使用儀器為德圖testo350型便攜式煙氣分析儀，德圖testo822型測溫儀，儀器設備均在有效期內。

3 鍋爐能效測試結果匯總

本次51臺鍋爐測試結果匯總見表2，對比用兩臺1．25t鍋爐見表3。

表2 51臺鍋爐測試結果匯總

表3 兩臺1．25t燃氣蒸汽鍋爐測試結果

4 在用鍋爐熱效率偏低原因分析

(1)過量空氣系數嚴重超標是造成在用工業鍋爐熱效率低的關鍵原因。目前本市的鍋爐能耗主要集中在紡織與輕工兩大行業。而紡織業的鍋爐絕大部分為燃煤鍋爐，能耗高，效率低。本次測試燃煤鍋爐的過量空氣系數合格率僅為6．1%，燃氣鍋爐合格率也僅為27．7%。過量空氣系數最高值達到了5．73，超標247%。鍋爐老化導致的跑冒滴漏，維修保養不到位，密封不嚴以及操作人員的不專業都是導致本次測試過?？諝庀禂祰乐爻瑯说闹饕?。

(2)排煙溫度過高是造成在用工業鍋爐熱效率低的主要原因。本次測試的33臺燃煤鍋爐中，僅有14臺排煙溫度合格，最高排煙溫度達到301．5℃，大量熱量排放到大氣，造成熱能的浪費。在檢查過程中發現，絕大多數的燃煤鍋爐有省煤器，但是無空氣預熱器和蒸發器等尾部受熱面，部分鍋爐省煤器損壞，尾部煙氣余熱無法回收利用。通常排煙熱損失占鍋爐熱損失總量的60%～80%，是鍋爐主要的熱損失。大量測試數據表明，排煙溫度每升高10～15℃時，排煙熱損失約增加1%，排煙處過量空氣系數每增加0．2～0．3，排煙熱損失約增加1%[1]。

(3)鍋爐的長期低負荷工況運行也是造成熱效率低的原因。10t以上鍋爐與1．25t鍋爐效率的測試結果均在運行工況下得出的，兩者的區別是1．25t鍋爐幾乎為滿負荷運行而10t以上鍋爐則不是。對比表2和表3可以看出，滿負荷工況下的兩臺鍋爐各項指標均合格，且遠好于平均值。大量測試結果顯示，工業鍋爐較高的運行熱效率通常是在負荷率超過75%時獲得的[1]。

(4)原煤質量很大程度決定熱效率的高低。本次測試中，有一臺10t燃煤蒸汽鍋爐，燃料收到基低位發熱量Qnet,Var僅為15840，直接導致固體未完全燃燒熱損失q4和灰渣物理熱損失q6快速升高，使得鍋爐熱效率降低。

5 節能措施

(1)針對過量空氣系數過高問題，使用單位應提高管理人員節能意識，完善鍋爐房節能設施，加強對鍋爐燃燒狀態的監控能力，改善鍋爐控制水平，保證鍋爐在合理工況下運行。特別針對鏈條式鍋爐的鼓引風機以及爐膛前中后風量的調節難問題，可以引進爐膛氧量監控配合變頻風機系統，有效降低過量空氣系數，提高鍋爐熱效率[4]。有必要時請維保單位定期維護檢查。

(2)針對煙氣溫度過高問題，使用單位首先應保證省煤器的正常運行（如果鍋爐有省煤器），如果煙氣溫度仍然過高，使用單位應加裝蒸發器和空氣預熱器等設備，降低煙氣溫度，保證熱量的充分利用。

(3)針對鍋爐長期低負荷工況運行問題，使用單位應根據自身產能需求來選用合適參數的鍋爐。特別是一些正在使用的燃氣鍋爐且產能需求有較大波動的使用單位，在設計和鍋爐選型階段，可選擇使用多臺小噸位鍋爐代替大噸位鍋爐進行集中控制使用。使用中，當負荷需求增加時，調整單臺鍋爐負荷并相應增加鍋爐運行臺數，負荷需求量減少時，可以快速減少鍋爐運行數量，維持單臺鍋爐較高負荷運行，保證整體的熱效率。

(4)加大對燃煤鍋爐的監管力度，特別是一些欠發達地區，鍋爐的使用情況參差不齊，鍋爐使用狀況更是堪憂。根據國務院《大氣污染防治十條措施》有關規定以及蘇州市委的有關決定，應當加快淘汰10t以下的燃煤鍋爐，促進“煤改氣”、“煤改生物質”，從源頭解決燃煤鍋爐造成的鍋爐熱效率偏低問題[5]。

6 結論

1）本市10t以上燃煤鍋爐主要分布于紡織行業，10t以上燃氣鍋爐主要分布于輕工行業。紡織行業的鍋爐能耗占比較大，鍋爐熱效率相對較低。

2）造成鍋爐熱效率偏低的原因主要是鍋爐過量空氣系數過大、排煙溫度過高和長期低負荷工況運行。解決這三個問題需要使用單位提高鍋爐管理水平，及時升級鍋爐設備。

[1]梁喆．工業鍋爐能效測試中的問題及節能措施淺談[J]．水電與新能源，2013，（2）：72-74．

[2]TSG G0002-2010,鍋爐節能技術監督管理規程[S]．

[3]TSG G0003-2010,工業鍋爐能效測試與評價規則[S]．

[4]李巍，江德龍．工業鍋爐能效偏低的原因分析與解決對策[J]．節能,2013（6）：68-70．

[5]許久勝．工業鍋爐能效測試現狀與對策[J]．石油和化工設備,2012，15（期號）：74-76．