杭州在用工業鍋爐改造運行能效狀況分析

邱征宇 趙 輝 熊偉東 宋 悅

(杭州市特種設備檢測研究院 杭州 310051)

杭州在用工業鍋爐改造運行能效狀況分析

邱征宇 趙 輝 熊偉東 宋 悅

(杭州市特種設備檢測研究院 杭州 310051)

本文對200臺煤改氣、煤改生物質工業鍋爐進行了能效測試，從排煙溫度、過量空氣系數、爐渣含碳量、爐體外表面溫度、CO含量及鍋爐熱效率方面對結果進行了分析。結果表明：燃煤工業鍋爐改造基本完畢；鍋爐平均排煙溫度為181．9℃，總體趨穩；過量空氣系數超標嚴重，仍有80%超標；爐渣含碳量略有下降；爐體外表面溫度平均值為45．1℃，保溫措施一般；燃煤/生物質鍋爐平均熱效率為75．71%，燃油/氣鍋爐為88．16%，熱效率基本持平；燃煤/生物質鍋爐漏風嚴重，影響熱效率提高；總體負荷率偏低，燃煤/生物質鍋爐平均只有50%。

工業鍋爐 能效測試 熱效率

1 使用現狀

工業鍋爐是我國重要熱能動力設備,也是能耗大戶和污染大戶。截至2015年底,我國鍋爐總數達57.92萬臺［1］,其中工業鍋爐約57萬臺,以燃煤鍋爐為主;年耗煤量達7.2億噸標煤,約占我國能源消費總量的20%［2］;燃煤工業鍋爐污染物排放是重要污染源,年排放煙塵、二氧化硫、氮氧化物分別占全國排放總量的33%、27%、9%［3］;燃煤鍋爐實際運行效率整體偏低,與國際先進水平相差10%～15%。杭州市2015年實際在用工業鍋爐為5274臺,占在用鍋爐總數的97%。其中,投用7年以上的在用老舊鍋爐為2854臺,占在用鍋爐總數的53%。從燃料看,燃煤/生物質鍋爐為3199臺,約占在用工業鍋爐總數61%,為工業鍋爐主體;從出口介質看,蒸汽鍋爐為4908臺,占在用工業鍋爐總數的90%,其中小于1t/h鍋爐為2365臺,占蒸汽鍋爐總量的49%,為工業鍋爐主體;從容量看,工業鍋爐額定蒸發量約8376t/h。通過上述分析,我國工業鍋爐整體水平不高,特別是燃煤工業鍋爐與世界先進國家相比有明顯差距,這也說明其節能減排潛力巨大。

開展鍋爐能效測試,并據此指導鍋爐使用單位開展鍋爐節能管理和節能改造,對于促進節約發展、清潔發展,具有重要意義。目前,我國許多能效測試機構已開展能效測試普查,相關測試研究已經開展［4-7］。2016年,G20杭州峰會的召開使得杭州市工業鍋爐節能環保改造步伐加快,為了能夠有效掌握在用工業鍋爐改造后整體運行能效狀況,項目組對改造后200臺工業鍋爐進行了能效測試,對結果進行了分析。希望通過能效指標分析,查找鍋爐在能效方面存在的問題,提出解決方案,為鍋爐后續節能環保措施提供理論數據和技術依據。

2 測試要求

2.1 測試范圍

本次在用工業鍋爐能效測試共計200臺,其中,杭州市區68臺、蕭山區20臺、余杭區22臺、富陽區38臺、臨安市23臺、建德市10臺、桐廬縣8臺、淳安縣11臺。2016年我國的經濟形勢仍較嚴峻,加上G20杭州峰會的召開,杭州市加強了鍋爐煤改氣、煤改生物質力度,燃煤鍋爐基本停用。因此,如圖1所示,測試鍋爐中燃煤鍋爐只有6臺,燃生物質鍋爐44臺,燃油/氣鍋爐 150臺,占2/3。

圖1 鍋爐測試種類

2.2 測試依據

能效測試采用文獻［8］中鍋爐運行工況熱效率簡單測試規則,指標判斷依據文獻［9］和文獻［10］要求。

2.3 計算方法

熱效率計算采用反平衡法,即通過測定各種燃燒產物熱損失和鍋爐散熱損失來確定效率的方法。此法有利于對鍋爐進行全面的分析,找出影響熱效率的各種因素,提出提高熱效率的途徑。

2.4 分析指標

分析指標為排煙溫度、過量空氣系數、爐渣含碳量、爐體外表面溫度、CO含量及鍋爐熱效率。

3 結果分析

3.1 排煙溫度

排煙溫度分布如圖2所示,在200臺測試鍋爐中有98臺超出規定值,占測試總量的49.0%,平均值215.0℃。其中,燃煤鍋爐2臺,占燃煤鍋爐總量的33.3%,最高值225.2℃,平均值155.5℃;燃生物質鍋爐21臺,占燃生物質鍋爐總量的47.7%,最高值319.2℃,平均值185.7℃;燃油/氣鍋爐75臺,占燃油/氣鍋爐總量的50.0%,最高值403.9℃,平均值181.8℃。排煙熱損失是鍋爐的主要熱損失之一。排煙熱損失主要取決于排煙溫度和過量空氣系數的大小。

圖2 排煙溫度分布

3.2 過量空氣系數

圖3 過量空氣系數分布

過量空氣系數分布如圖3所示,200臺測試鍋爐中有160臺超出規定值,占測試總量的80.0%,而燃油/氣鍋爐過量空氣系數總體控制較好。其中燃煤鍋爐6臺,占燃煤鍋爐總量的100.0%,最高值7.50,平均值4.22;燃生物質鍋爐42臺,占燃生物質鍋爐總量的95.5%,最高值5.96,平均值2.97;燃油/氣鍋爐112臺,占燃油/氣鍋爐總量的74.7%,最高值2.57,平均值1.37。在鍋爐運行中為了減少排煙熱損失,應在滿足燃燒反應需要的前提下盡量保持較低的過量空氣系數,應盡可能避免爐膛、燃燒室及各部分煙道的漏風,以降低排煙熱損失。

3.3 CO含量

200臺測試鍋爐中有22臺超出規定值,占測試總量的11.0%。其中燃煤鍋爐無超標,最高值774ppm,平均值353ppm;燃生物質鍋爐8臺,占燃生物質鍋爐總量的18.2%,最高值3787ppm,平均值643ppm;燃油/氣鍋爐14臺,占燃油/氣鍋爐總量的9.3%,最高值66265ppm,平均值329ppm。特別是燃生物質鍋爐CO含量超標最嚴重,配風不合理。

3.4 爐渣含碳量

爐渣含碳量分布如圖4所示,在50臺測試的燃煤/生物質鍋爐中有4臺超出規定值,占測試總量的8.0%。其中燃煤鍋爐1臺,占燃煤鍋爐總量的16.7%,最高值18.43%,平均值13.07%;燃生物質鍋爐3臺,占燃生物質鍋爐總量的6.8%,最高值33.80%,平均值8.51%。

圖4 爐渣含碳量分布

3.5 爐體外表面溫度

爐體外表面溫度分布如圖5所示,在200臺測試鍋爐中,有47臺鍋爐的爐墻及保溫超出規定值,占測試數量的23.5%。其中燃煤鍋爐無超標,最高值49.7℃,平均值42.4℃;燃生物質鍋爐3臺,占燃生物質鍋爐總量的6.8%,最高值57.9℃,平均值42.2℃;燃油/氣鍋爐44臺,占燃油/氣鍋爐總量的29.3%,最高值79.8℃,平均值46.1℃。

圖5 爐體外表面溫度分布

3.6 鍋爐熱效率

鍋爐熱效率分布如圖6所示,200臺測試鍋爐中有98臺鍋爐熱效率未達到限定值要求,占測試總量的49.0%,其中15臺低于限定值的90%,占測試總量的7.5%。其中燃煤鍋爐5臺,占燃煤鍋爐總量的83.3%,最低值58.70%,平均值71.86%;燃生物質鍋爐20臺,占燃生物質鍋爐總量的45.5%,最小值61.08%,平均值76.24%;燃油/氣鍋爐73臺,占燃油/氣鍋爐總量的36.5%,最小值66.03%,平均值88.16%。

圖6 鍋爐熱效率分布

4 總體能效狀況分析

1)燃煤鍋爐基本改造完畢。2016年,杭州市加強了鍋爐煤改氣、煤改生物質力度,燃煤鍋爐基本停用。在測試200臺鍋爐中燃煤鍋爐只有6臺。

2)排煙溫度總體趨穩。被測鍋爐平均排煙溫度為181.9℃,與去年測試平均排煙溫度171.7℃相比略有上升。超標的主要原因是未裝尾部余熱回收裝置,煙氣出現短路現象;鍋爐在運行時未保持受熱面的換熱能力,結生水垢和受熱面積灰后未及時清理等。

3)過量空氣系數超標嚴重。仍有80.0%被測鍋爐的過量空氣系數超標,有22臺鍋爐過量空氣系數大于3.00,與去年測試數據相比基本持平。超標的主要原因是由于鍋爐經常處于低負荷狀況,煤改生物質鍋爐中燃料與爐型不匹配,加上火床短、鼓引風機不經常調整、燃燒設備配風不合理以及個別鍋爐的省煤器漏風,出渣處未水封導致。如能借助于工業鍋爐遠程監測系統,監視爐膛煙氣出口處的氧量,將過量空氣系數控制在最佳數值,優化燃燒,工業鍋爐的熱效率還可進一步提高。

4)爐渣含碳量略有下降。被測鍋爐的爐渣含碳量平均值為9.06%,與去年測試平均值的13.60%相比,下降了4.54%。但有 8.0%被測鍋爐的爐渣含碳量偏高。

5)鍋爐保溫措施一般。其中有47臺鍋爐的爐墻及保溫超出規定值,占測試數量的23.5%。爐體外表面溫度平均值為45.1℃,與去年測試平均值45.2℃相比基本持平。

6)CO含量超標基本持平。有11.0%被測鍋爐煙氣中CO含量超標,其中10臺鍋爐CO含量＞5000ppm,與去年測試數據相比基本持平。超標的主要原因燃燒器未調整好,進風量不夠或燃氣量太大等。

7)鍋爐熱效率基本持平。燃煤/生物質鍋爐平均熱效率為75.71%,燃油/氣鍋爐平均熱效率為88.16%,與去年在用鍋爐平均熱效率數據相比,燃煤/生物質鍋爐下降了0.98%,燃油/氣鍋爐下降了0.84%。總體看鍋爐熱效率基本平穩,說明在用鍋爐節能運行還有提高上升的空間,與熱效率目標值相比,特別是燃煤鍋爐,還有較大差距。

8)燃煤 /生物質鍋爐漏風嚴重,影響熱效率提高。燃煤/生物質鍋爐過量空氣系數幾乎全部超標,過量空氣系數平均值最高,分別達4.22和2.97;平均熱效率也最低,只有75.71%。說明部分燃煤改生物質鍋爐的節能改造效果并不理想。主要原因:(1)爐型改造不徹底。許多生物質鍋爐都是在燃煤鏈條鍋爐基礎上做簡單改造而來,由于生物質與煤在燃燒特性上有顯著差別,在燃煤鏈條鍋爐爐膛內直接燃燒生物質,鍋爐選用燃料與設計燃料種類不匹配,會導致配風不合理,過量空氣系數超標;(2)生物質燃料未處理。許多使用單位為節省燃料成本,使用未經處理的木片、木塊直接入爐燃燒,導致爐膛漏風嚴重。改進措施:(1)采用專用生物質鍋爐。(2)采用生物質顆粒或將木片進行切割處理成小塊效果會好些。

9)應繼續推進尾部余熱回收裝置的安裝。被測鍋爐中,仍有84臺未安裝尾部余熱回收裝置。據統計,安裝尾部余熱回收裝置,對燃油/氣鍋爐平均熱效率可提高3%;對燃煤鍋爐平均熱效率可提高8%,效果更加明顯。說明對工業鍋爐而言,加裝尾部受熱面是節能改造,提高鍋爐熱效率的有效途徑。

10)總體負荷率偏低。燃煤/生物質鍋爐負荷率主要分布在40%～60%之間,平均負荷率只有50%,最低負荷率僅為25%,“大馬拉小車”現象較為嚴重。燃油/氣鍋爐負荷率主要分布在60%～80%之間,平均負荷率為70%,比燃煤/生物質鍋爐高20%,但整體負荷率仍偏低,最低負荷率僅為33%。負荷率偏低原因是:(1)鍋爐使用單位在設計的選型配置時不合理;(2)鍋爐使用單位負荷季節性影響等。改進措施:(1)選型配置時,盡量使鍋爐的組合具有較好的變負荷調節能力;(2)鍋爐的最小出力盡量與最低負荷相匹配;(3)采用模塊化組合鍋爐。

5 結論

通過對200臺煤改氣、煤改生物質工業鍋爐抽樣能效測試結果分析表明:杭州市工業鍋爐主要以燃氣鍋爐和生物質鍋爐為主;鍋爐平均排煙溫度與常年持平,總體趨穩;燃煤改生物質鍋爐由于部分鍋爐改造不合理,導致過量空氣系數超標嚴重,仍有80%超標;燃煤/生物質鍋爐平均熱效率為75.71%,燃油/氣鍋爐為88.16%,熱效率與常年相比基本持平,說明杭州市在用工業鍋爐改造并未對鍋爐總體運行能效狀況產生較大影響。

［1］ 國家質檢總局．全國特種設備安全狀況通報［R］．2015．

［2］ 中華人民共和國統計局．中國統計年鑒［R］．2016．

［3］ 燃煤鍋爐節能環保綜合提升工程實施方案［R］．2014．

［4］ 于惠君，謝濤，劉昭巖．通過能效測試分析鍋爐能耗有關問題［J］．中國特種設備安全，2012，28(9)：59-62．［5］ 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．

［6］ 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．

［7］ 常勇強，管堅，齊國利．工業鍋爐定型產品測試數據統計分析［J］．中國特種設備安全，2016，32(4)：60-67．

［8］ TSG G0003—2010 工業鍋爐能效測試與評價規則 ［S］．

［9］ TSG G0002—2010 鍋爐節能技術監督管理規程 ［S］．

［10］ GB/T 15317—2009 燃煤工業鍋爐節能監測 ［S］．

Analysis of Overall Running Situation and Energy Ef fi ciency Status of Reformed Industrial Boiler in Hangzhou

Qiu Zhengyu Zhao Hui Xiong Weidong Song Yue
(Hangzhou Special Equipment Inspection and Research Institute Hangzhou 310051)

Energy efficiency of 200 coal to gas or coal to biomass industrial boilers were tested in this paper, including the exhaust gas temperature, excess air coef fi cient, the carbon content in slag, furnace body surface temperature, CO content, loading rate and thermal efficiency. The conclusion is as follows: the transformation of coal- fi red industrial boilers basically completed; the exhaust gas temperature is 181.9℃; the excess air coef fi cient exceed the standard seriously, there are still 80% exceed the standard; the carbon content in slag decreased slightly;the average furnace body temperature is 45.1℃; coal / biomass boiler average thermal ef fi ciency is 75.71% and oil/ gas boiler thermal ef fi ciency is 88.16%; coal / biomass boiler air leakage is serious which is affecting the thermal ef fi ciency improvment; the overall load rate of coal / biomass boiler is only 50%.

Industrial boiler Energy ef fi ciency test Thermal ef fi ciency

X924

：B

1673-257X(2017)07-0058-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.07.013

邱征宇（1961～)，男，主任，工程師，從事鍋爐監檢能效測試工作。

趙輝，E-mail： zhhzju@zju．edu．cn。

2017-02-28）