工業鍋爐定型產品能效數據統計與分析

劉雪敏 常勇強 管 堅 張松松 王中偉 于吉明 齊國利

（中國特種設備檢測研究院 北京 100029）

引 言

我國工業鍋爐被廣泛用于國民經濟生產各個領域和人民生活中，產品具有品種規格多、使用燃料覆蓋面廣、容量跨度大、熱效率水平參差不齊等特點。《中華人民共和國節約能源法》明確規定“對高耗能的特種設備，按照國務院的規定實行節能審查和監管”，確立了國家質檢總局對高耗能特種設備（鍋爐、換熱類壓力容器、電梯）實施節能審查和監管的法律制度。國家質檢總局2009年頒布了《高耗能特種設備節能監督管理辦法》和新修訂的《特種設備安全監察條例》，新增了高耗能特種設備在安全檢查的同時進行節能監管的規定；組織編寫了TSG G0002-2010《鍋爐節能技術監管規程》[1]和TSG G0003-2010《工業鍋爐能效測試與評價規則》[2]，使工業鍋爐節能監督機構和檢驗機構按照技術規范的要求，統一、系統、全面地進行節能監管工作。

然而，工業鍋爐領域涉及生產企業1000多家，產品質量和技術水平差距較大。用量達到52萬余臺，用戶分屬于不同的生產行業和生活領域，節能和環保主管部門信息渠道和統計手段存在局限性和差異，與安全監察機構缺乏有效的信息溝通，導致了工業鍋爐各項技術數據統計分析的不準確和不全面。為進一步規范工業鍋爐能效測試工作，逐步建立工業鍋爐能效數據統計查詢系統，國家質量監督檢驗檢疫總局委托中國特種設備檢測研究院（以下簡稱中國特檢院）組織開發了“工業鍋爐能效測試數據計算與管理平臺”[3]（以下簡稱平臺），通過提高信息化水平，實現數據共享，從而使得工業鍋爐節能工作“可檢測、可報告、可核查”。

1 工業鍋爐能效測試數據計算與管理平臺

平臺建設按照“科學化、標準化、信息化”的總體要求，統一測試程序和方法，統一報告格式和內容，統一計算公式和參數選取。平臺具有鍋爐能效測試數據計算與報告生成、報告查詢、信息查詢等功能，鍋爐能效測試分為新產品定型測試、運行工況詳細測試、運行工況簡單測試三類。本文主要介紹工業鍋爐定型產品能效數據統計與分析結果。在全國45家定型產品測試機構中，使用平臺機構數量為43家，使用比例為95.56%。

自2012年平臺開通運行以來，已有不同制造企業生產的5000多個型號規格的產品定型能效測試、20000多臺在用鍋爐運行能效測試通過平臺進行計算、編制報告。因此，平臺中積累了較為全面的、準確性高、可比性強，包括熱效率、過量空氣系數、排煙溫度等在內的與工業鍋爐能效相關的測試數據。本文主要對2016年工業鍋爐能效測試數據進行研究分析。

2 工業鍋爐定型產品測試數據統計與分析

2.1 定型產品測試數量情況

自2016年1月1日至2016年12月31日，全國定型產品測試機構共出具定型產品測試報告651份，折合設備測試4322.78蒸噸。按照輸出介質分類：測試蒸汽鍋爐506臺，占測試臺數的77.73%，總出力為2241.71蒸噸，占測試總蒸噸數的51.86%；熱水鍋爐106臺，占測試臺數的16.28%，總出力為1885.41蒸噸，占測試總蒸噸數的43.62 %；有機熱載體鍋爐39臺，占測試臺數的5.99%，總出力為195.67蒸噸，占測試總蒸噸數的4.53 %。按照燃燒方式及燃料分類的統計，結果見表 1。

對比2012～2016年鍋爐定型產品測試情況（按照燃料分類），如圖1所示。燃煤鍋爐定型產品測試數量逐年遞減；燃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；燃油鍋爐數量一直比較穩定；電加熱爐數量較少。由于小容量燃煤鍋爐在節能環保性能上很難達到要求，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等政策。2013年國務院印發了國發〔2013〕30號《關于加快發展節能環保產業的意見》和國發〔2013〕37號《大氣污染防治行動計劃》，提出推廣高效鍋爐，全面整治燃煤小鍋爐。國家能源局、國家發改委、環保部等七部委在2014年11月聯合發布的《燃煤鍋爐節能環保綜合提升工程實施方案》中明確提出：除必要保留的以外，到2017年，地級及以上城市建成區基本淘汰10 t/h及以下的燃煤鍋爐，禁止新建20 t/h以下的燃煤鍋爐，其他地區原則上不再新建10 t/h以下的燃煤鍋爐。

表1 鍋爐定型產品測試分類統計

圖1 2012～2016年鍋爐定型產品測試情況（按照燃料分類）

2.2 定型產品測試結果統計與分析

統計工業鍋爐定型產品（按容量劃分）測試熱效率η、排煙溫度tpy、過量空氣系數α、排煙熱損失q2、固體未完全燃燒熱損失q4等有關參數的算術平均值、加權平均值、最大值與最小值如表2所示。其中，算術平均值是以測試鍋爐臺數為基礎求取的平均值，即以測試鍋爐所有效率的累計值除以鍋爐臺數；加權平均值，是考慮鍋爐出力的情況下求取的平均值，即以測試鍋爐效率與出力的乘積的累計值除以鍋爐的總出力。在統計相同出力鍋爐數據參數時，加權平均值等于算術平均值。2016年工業鍋爐定型產品測試鍋爐熱效率算術平均值為89.36%，加權平均值為89.31%；排煙溫度算術平均值為147.26 ℃，加權平均值為137.32 ℃；過量空氣系數平均值為1.28。

工業鍋爐定型產品測試熱效率分布如圖2所示。鍋爐定型產品熱效率分布有兩個峰值，主要集中在80%～83%和91%～95%區間；分別對兩個區間數據進行分析，80%～83%區間主要是燃煤層燃鍋爐和燃生物質層燃鍋爐，91%～95%區間主要是燃油及燃氣鍋爐，可見燃油/氣鍋爐熱效率明顯高于層燃鍋爐。目前，燃氣鍋爐普遍采用尾部煙氣中水蒸氣的汽化潛熱回收技術，而計算熱效率時輸入熱量采用燃料低位發熱量，并未包含水蒸氣的潛熱，因此存在鍋爐熱效率高于100%的現象。

表2 工業鍋爐定型產品測試數據統計表

圖2 工業鍋爐定型產品測試熱效率分布圖

圖3 燃煤工業鍋爐定型產品測試熱效率統計圖

燃煤工業鍋爐測試熱效率與設計熱效率平均值的對比如圖3所示。可以看出，隨著鍋爐容量增大，平均熱效率隨之升高。這是由于隨著鍋爐出力的增加，鍋爐節能環保設施運行使用較多，輔機匹配良好，部分大容量工業鍋爐設置一、二次風，爐膛內空氣分配更加合理，有利于燃料的燃燒，降低不完全燃燒損失；其次，隨著鍋爐出力的增大，鍋爐保溫處理較好，散熱損失有相應的減小；再次，隨著鍋爐出力的增大，鍋爐安裝水平相對要求較高，漏風系數較小，“跑、冒、滴、漏”現象較少，鍋爐整體運行良好。

工業鍋爐測試熱效率與設計熱效率平均值的對比如圖4所示。可以看出，工業鍋爐定型產品測試熱效率平均值普遍略高于鍋爐設計熱效率平均值，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。由于燃煤鍋爐測試數量下降，大量的節能高效天然氣鍋爐參與數據統計，這些鍋爐以小容量為主，因此平均的鍋爐熱效率并未隨鍋爐容量增大呈現出升高趨勢。

圖4 工業鍋爐定型產品測試熱效率統計圖

定型產品平均排煙溫度與排煙處過量空氣系數如圖5、圖6所示。鍋爐出力小于1 t/h時，鍋爐排煙溫度平均值達160.51 ℃，但是隨著鍋爐出力的增大，鍋爐的排煙溫度逐漸降低。由此說明，自TSG G0002-2010《鍋爐節能技術監督管理規程》[1]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。但對于鍋爐出力小于1t/h的范圍，由于尾部受熱面布置較為困難，工業鍋爐平均排煙溫度仍明顯高于其他鍋爐。排煙熱損失是鍋爐熱損失中最主要的熱損失之一，一般排煙溫度每提高15℃，排煙損失增加1%，耗能增加1.4%。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，提高鍋爐熱效率仍有一定空間。

對于燃煤工業鍋爐，排煙處過量空氣系數隨鍋爐容量的增大而減小，如圖5所示。但對于工業鍋爐總體平均值，由于統計了大量小容量燃氣鍋爐，而燃氣鍋爐過量空氣系數較低，因此呈現出圖6中的趨勢，小容量鍋爐過量空氣系數明顯低于大容量鍋爐。

圖5 燃煤工業鍋爐定型產品部分參數統計圖

圖6 工業鍋爐定型產品部分參數統計圖

3 結論

本文統計了2016年工業鍋爐定型產品能效測試數據，全國定型產品測試機構共出具定型產品測試報告651份，按輸出介質分類，包括蒸汽鍋爐506臺、熱水鍋爐106臺、有機熱載體鍋爐39臺。分析了工業鍋爐定型產品（按容量劃分）測試熱效率、排煙溫度、過量空氣系數、排煙熱損失等參數的變化規律，結論如下：

（1）定型產品鍋爐測試比例發生變化，燃煤鍋爐定型產品測試數量逐年遞減；燃氣鍋爐和燃生物質鍋爐在2013年有較大增幅。

（2） 2016年工業鍋爐定型產品測試鍋爐熱效率算術平均值為89.36%，加權平均值為89.31%；不同容量鍋爐測試熱效率平均值普遍略高于設計熱效率平均值。

（3）小容量鍋爐由于尾部受熱面布置較難，排煙溫度相對較高，排煙溫度限定值有進一步降低的空間。