工業鍋爐定型產品測試數據統計分析

常勇強 管 堅 齊國利

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工業鍋爐定型產品測試數據統計分析

常勇強 管 堅 齊國利

（中國特種設備檢測研究院 北京 100029）

摘 要：文中對2012年至2015年工業鍋爐定型產品測試數據中不同容量鍋爐熱效率、排煙溫度、過量空氣系數α等參數進行了統計，分析了鍋爐測試熱效率與鍋爐容量大小、鍋爐輸出介質、鍋爐燃燒方式及鍋爐燃料的關系。把統計結果與TSG G0002—2010《鍋爐節能技術監督管理規程》中工業鍋爐熱效率指標進行了對比，提出了工業鍋爐熱效率指標的修改建議，并對我國工業鍋爐近年來的產品發展情況及發展趨勢進行了簡單的闡述和分析。

關鍵詞：工業鍋爐 定型產品 熱效率

為貫徹《節約能源法》和《特種設備安全監察條例》中有關節能的規定，推動我國節能監管措施的實施，經過八年多的努力，我國建立起了工業鍋爐節能法規標準體系框架［1］、頒布了核心規范標準，并按照TSG G0002—2010《鍋爐節能技術監督管理規程》［2］（以下簡稱《節規》）和TSG G0003-2010《工業鍋爐能效測試與評價規則》［3］（以下簡稱《測試規則》），建立了工業鍋爐能效測試能力體系和全國統一的《工業鍋爐能效測試數據計算與管理平臺》（以下簡稱“平臺”，網址：http：//219.141.207.220/a/sec/ Login/index）。目前全國共有滿足條件的鍋爐能效測試機構111家（其中鍋爐定型產品能效測試機構44家），基本覆蓋了全國各省區。鍋爐能效測試機構的業務活動嚴格執行《節規》和《測試規則》中的相關的規定。

“平臺”具有報告生成、審核、審批功能，便于能效測試機構的報告出具，“平臺”還具有能效數據發布、查詢功能，便于鍋爐使用單位在采購鍋爐過程中能夠全面了解國內工業鍋爐的能效狀況。“平臺”于2012年3月1日在全國范圍內投入使用，本文僅對全國44家定型產品能效測試機構，自“平臺”投用至2015年底的工業鍋爐定型產品測試數據進行了初步的統計分析。

文中對工業鍋爐定型產品測試數據中不同容量鍋爐熱效率、排煙溫度、過量空氣系數α等參數進行了統計，分析了鍋爐測試熱效率與鍋爐容量大小、鍋爐輸出介質、鍋爐燃燒方式及鍋爐燃料的關系。把統計結果與TSG G0002—2010中工業鍋爐熱效率指標進行了對比，提出了工業鍋爐熱效率指標的修改建議，并對我國工業鍋爐近年來的產品發展情況及發展趨勢進行了簡單的闡述和分析。

1 測試總體情況與分析

1.1被測產品數量分析

自2012年3月1日“平臺”投入使用至2015年12月31日，全國44家工業鍋爐定型產品測試機構共出具鍋爐定型產品測試報告4000余份，折合3萬多蒸噸。

被測產品按不同輸出介質分類，熱水鍋爐、蒸汽鍋爐和有機熱載體鍋爐三種不同輸出介質類型鍋爐的數量、容量分布情況如圖1和圖2所示。

圖1　不用類型鍋爐產量分布圖

圖2　不同類型鍋爐總容量分布圖

從圖1和圖2可知，被測產品中蒸汽鍋爐數量最多，占總數量的68.34%，但容量僅占總容量的34.31%；被測產品中熱水鍋爐數量居中，占總數量的25.32%，卻占總容量的63.44%；被測產品中有機熱載體鍋爐數量最少，占總數量的6.34%，占總容量的2.25%。

被測產品按不同燃料類型分類，燃煤鍋爐、燃油/氣鍋爐和燃生物質鍋爐三中使用不同類型燃料鍋爐的數量、容量分布情況如圖3和圖4所示 。

圖3　不同燃料鍋爐產量分布情況

圖4　不同燃料鍋爐總容量分布情況

從圖3和圖4可知：被測產品中燃煤鍋爐數量最多，占總數量的47.44%，容量占67.75%。被測產品中燃/油氣鍋爐數量居中，占總數量的32.55%，卻占總容量的25.84%；被測產品中燃生物質鍋爐數量最少，占總數量的20.01%，占總容量的6.41%。

被測產品按年份分類，2012年～2015年按燃料分類的對比情況如圖5所示。

從圖5可知：燃煤鍋爐定型產品測試數量逐年遞減；燃油/氣鍋爐和燃生物質鍋爐在2013年有較大增幅，之后便趨于平穩；電加熱爐數量少。上述變化的原因是，近年來我國在工業鍋爐節能環保方面提出了淘汰小型燃煤鍋爐，發展高效鍋爐，以及工業鍋爐煤改氣的政策。小容量燃煤鍋爐在節能環保性能上很難達到要求，尤其是《大氣污染防治行動計劃》（國發〔2013〕37號）文中明確提出全面整治燃煤小鍋爐等多項舉措，并規定了到2017年，除必要保留的以外，地級及以上城市建成區基本淘汰每小時10蒸噸及以下的燃煤鍋爐，禁止生產新建每小時20蒸噸以下的燃煤鍋爐。

1.2工業鍋爐定型產品能效狀況總體分析

統計全部工業鍋爐定型產品測試數據，不同容量鍋爐的熱效率，排煙溫度及過量空氣系數等數據見下列圖表。工業鍋爐定型產品測試鍋爐熱效率算術平均為83.33%，加權平均值為85.30%①；排煙溫度算術平均值為162.28℃，加權平均值為143.86℃②；過量空氣系數算術平均值為1.45，加權平均值為1.43。

①從現行工業鍋爐法規標準對不同容量鍋爐規定的熱效率指標來看，額定蒸發量（或熱功率）越大，規定的鍋爐運行效率越高。因此，簡單的統計工業鍋爐運行效率的算術平均值就失去了其應有的指導意義。綜合考慮采用以下形式計算全國工業鍋爐的平均熱效率，其物理意義為：單位蒸發量的鍋爐平均熱效率。

式中：D——鍋爐的額定蒸發量（或熱功率），t/h;

η——鍋爐熱效率，%。

②參照工業鍋爐加權平均熱效率的方式計算，其物理意義為：單位蒸發量的排煙溫度。

式中：D——鍋爐的額定蒸發量（或熱功率），t/h;

tpy——排煙溫度，℃。

由圖6可知，鍋爐整體熱效率隨著鍋爐容量的增大而提高。這是由于隨著鍋爐容量的增加，鍋爐燃燒空間更加充分，有利燃料的充分燃燒；另一方面，隨著鍋爐容量的增大，鍋爐散熱損失也相應的減小。通過測試效率與設計效率平均值的對比可以看出，工業鍋爐定型產品測試熱效率平均值與鍋爐設計效率平均值趨勢一致，說明目前我國鍋爐制造、安裝水平能基本滿足鍋爐設計要求。

圖6　工業鍋爐定型產品測試熱效率統計圖

由圖7可知，鍋爐容量小于1t/h的時候，鍋爐排煙溫度平均值高達190.59℃，但是隨著鍋爐容量的增大，鍋爐的排煙溫度逐漸降低。說明自TSG G0002—2010頒布以來，工業鍋爐制造企業新產品設計已經完全按照規程要求，使用相關節能技術降低排煙溫度。鍋爐容量小于1t/h的范圍內，工業鍋爐平均排煙溫度明顯高于其他鍋爐，根據額定蒸發量小于1t/h蒸汽鍋爐的整體分析情況及目前節能技術的應用情況，對于額定蒸發量小于1t/h的蒸汽鍋爐，有進一步降低排煙溫度的空間。

圖7　工業鍋爐定型產品部分參數統計圖

2 燃煤鍋爐定型產品測試能效數據統計分析

由第1部分內容可知，燃煤鍋爐仍是工業鍋爐的主流產品。燃用二類煙煤的鏈條鍋爐、往返爐排鍋爐等層燃鍋爐為多數；燃用劣質煤、褐煤、貧煤等燃料的流化床鍋爐數量有所增加。

2.1燃煤鍋爐定型產品測試數據整體情況介紹

燃煤鍋爐定型產品測試鍋爐的平均熱效率為79.36%，加權平均值為81.94%；排煙溫度平均值為170.31℃，加權平均值為154.13℃；過量空氣系數平均值為1.50。不同容量鍋爐的熱效率，排煙溫度及過量空氣系數等數據如圖8，圖9所示。

圖8　燃煤鍋爐定型產品熱效率統計圖

圖9　燃煤鍋爐定型產品部分參數統計圖

2.2層狀燃煤鍋爐定型產品測試數據分析

層狀燃煤鍋爐定型產品測試的平均熱效率為78.95%，加權平均值為81.07%；排煙溫度平均值為171.65℃，加權平均值為156.05℃；過量空氣系數平均值為1.60。

按照《節規》中工業鍋爐熱效率指標對應的分類方法將工業鍋爐定型產品能效測試結果進行對比分析，得到如下結論：

燃用Ⅱ類煙煤的層燃鍋爐定型產品測試的平均熱效率為79.06%，加權平均值為81.10%；排煙溫度平均值為170.84℃，加權平均值為156.14℃；過量空氣系數平均值為1.60。燃用Ⅱ類煙煤層燃鍋爐定型產品測試熱效率平均值比能效指標的限定值大2%。為進一步提高鍋爐制造單位制造設計水平，提高新產品鍋爐的能效，建議進一步提高Ⅱ類煙煤層燃鍋爐熱效率指標限定值要求。具體數據統計及與《節規》中熱效率指標對比情況如圖10所示。

圖10　Ⅱ類煙煤層燃鍋爐定型產品測試熱效率數據統計及指標對比圖

燃用AⅢ層燃鍋爐定型產品測試的平均熱效率為77.93%，加權平均值為83.50%；排煙溫度平均值為192.73℃，加權平均值為156.77℃；過量空氣系數平均值為1.61。燃用AⅢ層燃鍋爐定型產品測試熱效率平均值高于熱效率指標限定值1%左右，所有定型產品測試熱效率均低于能效指標中的目標值。AⅢ層燃鍋爐能效指標比較符合實際測試情況，建議保留現在要求。具體數據統計情況及與《節規》中熱效率指標對比情況如圖11所示。

燃用Ⅱ類無煙煤層燃鍋爐定型產品測試的平均熱效率為73.8%，加權平均值為72.6%；排煙溫度平均值為176.89℃，加權平均值為163.14℃；過量空氣系數平均值為1.66。燃用Ⅱ類無煙煤層燃鍋爐定型產品測試熱效率的平均值高于能效指標10%左右。燃用Ⅱ類無煙煤層燃鍋爐能效指標中目標值和限定值均低于實際定型產品測試熱效率。進一步分析燃用Ⅱ類無煙煤層燃鍋爐定型測試數據發現，該類型鍋爐測試熱效率明顯高于《節規》中熱效率指標目標值的原因是在測試中，有絕大部分的鍋爐在定型產品中測試中使用了Ⅱ類煙煤或者Ⅲ類煙煤，綜合分析層燃鍋爐運行特征，筆者認層燃鍋爐不適合燃用無煙煤，因此建議將燃用Ⅱ類無煙煤層燃鍋爐劃為淘汰或不建議推廣范圍。具體數據統計情況及與《節規》中熱效率指標對比情況如圖12所示。

圖12　Ⅱ類無煙煤層燃鍋爐定型產品測試熱效率數據統計及指標對比圖

2.3循環流化床鍋爐定型產品測試數據分析

Ⅰ類煙煤流化床鍋爐定型產品測試的平均熱效率為85.05%；排煙溫度平均值為145.84℃；過量空氣系數平均值為1.35。Ⅱ類煙煤流化床鍋爐定型產品測試的平均熱效率為86.68%；排煙溫度平均值為157.11℃；過量空氣系數平均值為1.35。褐煤流化床鍋爐定型產品測試的平均熱效率為86.41%；排煙溫度平均值為148.24℃；過量空氣系數平均值為1.36。循環流化床鍋爐定型產品測試熱效率及與《節規》中熱效率指標對比情況如圖13～圖15所示。

由圖13～圖15可知，對于額定蒸發量＞20t/h（或熱功率＞14MW）的流化床鍋爐，測試熱效率的平均值與熱效率指標目標值接近，結合現場測試了解的流化床鍋爐的實際情況，目前制定的熱效率指標目標值偏低，建議進一步提高循環流化床鍋爐熱效率指標要求。

圖13　Ⅰ類煙煤流化床鍋爐定型產品測試數據與能效指標對比圖

圖14　Ⅱ類煙煤流化床鍋爐定型產品測試數據與能效指標對比圖

圖15　褐煤流化床鍋爐定型產品測試數據與能效指標對比圖

2.4燃煤鍋爐定型產品測試統計分析小結

通過層燃鍋爐定型產品能效測試熱效率統計情況，及與《節規》中對層燃鍋爐能效指標的要求對比得出：1）燃用Ⅱ類煙煤層燃鍋爐定型產品能效測試熱效率平均值均比對應鍋爐容量的限定值大2%，為進一步提高鍋爐制造單位制造設計水平，提高新產品鍋爐的能效，建議進一步提高Ⅱ類煙煤層燃鍋爐熱效率指標限定值要求；2）燃用Ⅲ類煙煤層燃鍋爐定型產品能效測試熱效率最大值均沒有達到目標值的要求，Ⅲ類煙煤層燃鍋爐技術水平有待進一步提高。

通過流化床鍋爐定型產品能效測試熱效率統計情況，結合現場測試了解的流化床鍋爐的實際情況，目前制定的熱效率指標目標值偏低，建議進一步提高循環流化床鍋爐能效指標要求。

3 燃油、燃氣鍋爐定型產品測試數據統計

受統計的燃油、燃氣定型產品測試鍋爐最小單機容量為0.03蒸t/h，最大為100蒸t/h。燃油、燃氣鍋爐具有運行效率高、污染物排放率低等特點。同時，燃油、燃氣鍋爐運行成本相對較高，燃氣鍋爐還受管線以及燃氣供應量的制約，一定程度上抑制了燃油、燃氣鍋爐的發展。但隨著大氣污染防治力度的不斷加大，“煤改氣”等工程的不斷推進，燃油、燃氣鍋爐呈有條件的發展態勢［4］。

3.1燃油、燃氣鍋爐整體情況介紹

燃油、燃氣鍋爐定型產品測試鍋爐的平均熱效率為91.76%，加權平均值為93.68%；排煙溫度平均值為142.59℃，加權平均值為116.96℃；過量空氣系數平均值為1.12。其中，燃氣鍋爐定型產品測試的平均熱效率為92.08%，加權平均熱效率為93.77%；排煙溫度平均值為138.40℃，加權平均值為112.10℃；過量空氣系數平均值為1.12；燃油鍋爐定型產品測試的平均熱效率為91.41%，加權平均熱效率為92.42%；排煙溫度平均值為158.09℃，加權平均值為142.33℃；過量空氣系數平均值為1.12。

3.2燃油、燃氣鍋爐定型產品熱效率與能效指標的對比

根據《節規》中對工業鍋爐熱效率指標的要求，依據現有的定型產品測試數據，對經過定型產品測試的燃油、燃氣鍋爐進行能效統計。

燃氣鍋爐定型產品測試的平均熱效率為92.08%，加權平均熱效率為93.77%；排煙溫度平均值為138.40℃，加權平均值為112.10℃；過量空氣系數平均值為1.12。燃油鍋爐定型產品測試的平均熱效率為91.41%，加權平均熱效率為92.42%；排煙溫度平均值為158.09℃，加權平均值為142.33℃；過量空氣系數平均值為1.12。燃油、燃氣鍋爐定型產品測試熱效率及與”節規”中熱效率指標對比情況如圖16，圖17所示。

圖16　燃氣鍋爐測試熱效率與能效指標對比示意圖

圖 17 燃油鍋爐測試熱效率與能效指標對比示意圖

由圖16可知，燃氣鍋爐定型產品測試最大熱效率達到99.89%，這是由于我國鍋爐熱效率計算以燃料的低位發熱量為基準，而有一部分燃氣鍋爐尾部安裝節能器，回收了排煙中的部分水蒸氣潛熱，這部分熱量不包含在燃料低位發熱量里，因而這部分熱量的利用提高了鍋爐熱效率。目前，關于冷凝燃氣鍋爐排煙中水蒸氣汽化潛熱回收熱量的測試和計算方法的研究正在進行中。

由圖17可知，燃油鍋爐最大熱效率為98.32%，但是由于雖然燃油鍋爐排煙中也有大量的汽化潛熱可以回收，但是相對于燃天然氣鍋爐來說，輕油中含有硫成分，若在鍋爐尾部加裝節能器，排煙溫度過低腐蝕問題嚴重，因而燃油鍋爐的排煙溫度要在酸露點溫度以上。

3.3燃油、燃氣鍋爐定型產品測試統計分析小結

從燃油、燃氣鍋爐定型測試熱效率的統計情況以及燃油、燃氣鍋爐特性來看，燃氣鍋爐的能效指標有進一步提升的空間。

4 生物質鍋爐定型產品測試情況數據

一直以來，生物質大部分采用直接焚燒或者填埋的方式處理，既浪費了能源，又造成了極大的環境污染。隨著能源壓力的日益加劇，生物質作為燃煤的替代燃料具有良好的發展前景。部分地區由于政府環保要求，已禁止使用燃煤鍋爐，生物質鍋爐由于其燃料具有低灰高揮發分等特性，與燃煤鍋爐相比具有高效、低排放等優點，其應用范圍愈來愈廣［5］。

與化石燃料相比，生物質燃料具有可再生、低污染等特點，燃生物質鍋爐以小容量居多，平均單臺容量為2.57t/h。容量小于蒸t/h的鍋爐數量占總量的68.99%，容量占22.33%；最小容量為0.02蒸t/h，最大容量為60蒸t/h。目前，我國以生物質為燃料的鏈條爐排鍋爐、往復爐排鍋爐、循環流化床（CFB）鍋爐的發展處于快速發展階段，已先后完成了生物質燃料的鏈條爐排鍋爐、往復爐排鍋爐、流化床流化特性的研究。但是，在生物質鏈條爐排鍋爐、循環流化床（CFB）鍋爐的性能設計方面，我國尚缺少相關的系統理論、經驗數據和相關標準，也還缺乏自主核心技術的生物質鍋爐性能設計支撐平臺。

燃生物質鍋爐定型產品測試鍋爐的平均熱效率為82.10%，加權平均值為83.56%；排煙溫度平均值為167.34℃，加權平均值為165.56℃；過量空氣系數平均值為1.65。不同鍋爐容量的熱效率，排煙溫度及過量空氣系數數據統計情況如圖18～圖19所示。

圖18　生物質鍋爐熱效率統計圖

圖19　生物質鍋爐部分參數統計圖

由圖18可知，生物質鍋爐，其鍋爐熱效率設計值較測試平均值小2%左右。由圖19可以看出，生物質鍋爐的排煙溫度較高，排煙溫度最大值竟達到230℃。同時，也有一些生物質鍋爐的排煙溫度較低，說明不同生產制造單位的生物質鍋爐設計與制造水平差別較大。分析原因，主要是目前我國沒有關于燃生物質鍋爐的設計標準，鍋爐設計人員在設計燃生物質鍋爐的時候主要依據個人經驗和燃煤鍋爐的設計標準，而生物質與煤的成份差別較大，燃煤鍋爐設計標準不適用于燃生物質鍋爐設計，燃生物質鍋爐的設計方法和標準亟待建立。

目前，生物質鍋爐能效指標還沒有建立，鑒于生物質鍋爐水平的參差不齊，在足夠的能效測試基礎上，應盡早建立生物質鍋爐能效指標。

5 小結

1）鍋爐整體熱效率隨著鍋爐容量的增大而提高。這是由于隨著鍋爐容量的增加，鍋爐燃燒空間更加充分，有利燃料的充分燃燒；另一方面，隨著鍋爐容量的增大，鍋爐散熱損失也相應的減小。工業鍋爐定型產品測試熱效率平均值與鍋爐設計效率平均值趨勢一致，說明目前我國鍋爐制造、安裝水平能基本滿足鍋爐設計要求。

2）通過對不同容量鍋爐排煙溫的統計分析可以看出鍋爐容量小于1t/h的范圍內，工業鍋爐平均排煙溫度明顯高于其他容量鍋爐，根據額定蒸發量小于1t/h蒸汽鍋爐的整體分析情況及目前節能技術的應用情況，對于額定蒸發量小于1t/h的蒸汽鍋爐，排煙溫度有進一步降低的空間。

3）通過工業鍋爐定型產品能效測試熱效率統計分析，結合現場測試了解的實際情況，目前制定的流化床鍋爐和燃氣鍋爐熱效率指標的限定值和目標值均偏低，建議進一步提高循環流化床鍋爐和燃氣鍋爐的熱效率指標限定值和目標值的要求。

4）目前我國沒有關于燃生物質鍋爐的設計標準，鍋爐設計人員在設計燃生物質鍋爐的時候主要依據個人經驗和燃煤鍋爐的設計標準，而生物質與煤的成份差別較大，燃煤鍋爐設計標準不適用于燃生物質鍋爐設計，燃生物質鍋爐的設計方法和標準亟待建立。另外，生物質鍋爐能效指標還沒有建立，鑒于生物質鍋爐水平的參差不齊，在足夠的能效測試基礎上，應盡早建立生物質鍋爐能效指標。

6 結束語

2014年5月國務院印發了國辦發〔2014〕23號《2014-2015年節能減排低碳發展行動方案》，要求加快更新改造燃煤鍋爐，開展鍋爐能源消耗和污染排放調查，實施燃煤鍋爐節能環保綜合提升工程。2014 年11月7部委聯合印發發改環資［2014］ 2451號《燃煤鍋爐節能環保綜合提升工程實施方案》實施內容中指出要加快推廣高效鍋爐：以鍋爐定型產品能效測試結果為主要依據遴選推廣產品，公告高效鍋爐型號目錄和能效參數；提升鍋爐系統運行水平：加強鍋爐能效測試工作，2017年底前完成對10t/h及以上的在用燃煤工業鍋爐能效普查，將鍋爐能效數據納入現有鍋爐動態監管系統，實現信息共享。

因此，隨著我國對安全、節能和環保方面的要求逐年提高，在推進行業健康穩步發展、確保工業鍋爐安全運行的形勢下，工業鍋爐能效測試是進一步加速推進工業鍋爐節能減排工作開展的有利保障［6］。

參考文獻

［1］王中偉，管堅，常勇強，等.中國工業鍋爐能效測試與評價能力建設進展［J］.中國特種設備安全，2015，31（9）：9-13.

［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］ 徐幫學. 燃油、燃氣鍋爐選型、安裝及運行維護與燃煤鍋爐燃油、燃氣化改造技術實用手冊［M］.北京：學苑音像出版社，2005.

［5］ 陳征宇，成德芳，劉小東.浙江省工業鍋爐產品定型能效測試淺析［J］. 能源工程，2015，（4）：22-25.

［6］徐火力.推進燃煤工業鍋爐節能減排的建議及措施［J］.能源與環境，2010，（2）：20-22.

Statistics and Analysis of Test Data of Industrial Boilers Approved Products

Chang Yongqiang Guan Jian Qi Guoli
（China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029）

AbstractThe test situation of industrial boilers approved products from 2012 to 2015 were analyzed statistically in this article. The statistical results were compared with the energy effciency indicators of TSG G0002—2010 Supervision Regulation on Saving Energy Technology for Boiler, and the industrial boiler product development situation and development trend in recent years were expounded and analyzed.

KeywordsIndustrial boiler Approved product Energy effciency

中圖分類號：X933.2

文獻標識碼：B

文章編號：1673-257X（2016）04-0060-08

DOI：10.3969/j.issn.1673-257X.2016.04.011

作者簡介：常勇強（1985～），男，碩士，從事特種設備節能工作。

收稿日期：（2016-03-07）