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剩空氣系數嚴重超標的主要原因。

(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．