北京市供熱鍋爐能效現狀分析

文_董美智 劉大為 柳乃明 北京節能環保中心

供熱行業是我國能源消費體系中的消耗大戶，我國每單位面積的供熱能耗是發達國家的2～3 倍，供熱行業有著巨大的節能潛力。

在目前所有的冬季供熱方式中，集中供熱是覆蓋面積最大、應用最廣的一種方式，集中供熱是我國北方區域冬季采暖的主要方式。我國城鎮化的高速推進使得北方城鎮建筑面積不斷增長，北方城鎮集中供熱面積亦隨之快速增長。2017 ～2018 年供暖季，北京市城市總供熱面積已經達到84265 萬m2，熱力消費量5237.1 萬GJ。因此做好供熱行業的節能降耗工作，對于北京市整體能耗下降具有重要意義。

北京節能環保中心對北京市在用107 臺(包括熱水鍋爐100臺、蒸汽鍋爐7 臺)燃氣鍋爐進行運行工況能效測試，考察目前北京市在用鍋爐的能效水平，并為供熱鍋爐節能運行提出改進建議。

1 燃氣鍋爐能效測試原理

《工業鍋爐熱工性能試驗規程》中規定額定壓力小于3.8MPa 的介質為水或液相有機熱載體的固體燃料鍋爐、液體燃料鍋爐、氣體燃料鍋爐以及電加熱鍋爐的熱工性能試驗均能夠采用此標準。本文涉及的鍋爐均為燃氣熱水、蒸汽鍋爐，滿足該標準測試要求。

鍋爐熱效率測試一般需同時采用正平衡測量法和反平衡測量法，熱效率值為正平衡測量法與反平衡測量法測得結果平均值。正平衡測量法為直接測量輸入熱量和輸出熱量來確定鍋爐熱效率的方法；反平衡測量法為通過測量各種燃燒產物熱損失（燃氣鍋爐主要為排煙熱損失、氣體不完全燃燒熱損失、散熱損失三方面熱損失）來確定鍋爐熱效率的方法，見圖1。

圖1 鍋爐效率平衡圖

對于發生煙氣冷凝且熱量回收利用的鍋爐實驗時，鍋爐本體部分采用正反平衡測試法，冷凝段部分僅采用正平衡測試法，鍋爐效率為本體部分熱效率與冷凝段部分熱效率之和。

2 測試結果匯總及分析

2.1 燃氣熱水鍋爐

本文以100 臺熱水鍋爐為樣本，對其進行運行工況能效測試，測試結果如表1 所示。

2.1.1 鍋爐排煙溫度分析

鍋爐排煙溫度平均值為81.3℃，低于排煙溫度平均值的鍋爐為63 臺，高于排煙溫度平均值的鍋爐為37 臺，其中，21 臺鍋爐的排煙溫度高于100℃。排煙溫度過高會導致鍋爐排煙熱損失增大，降低鍋爐效率，造成能源浪費。

2.1.2 鍋爐排煙處過量空氣系數分析

鍋爐過量空氣系數平均值為1.27，過量空氣系數位于1.1～1.3 之間的鍋爐臺數為63 臺。過高或者過低的過量空氣系數不利于燃料燃燒，造成燃料浪費，應及時調整鍋爐燃燒狀態。

2.1.3 鍋爐效率分析

鍋爐效率整體平均值可達95.31%，最高值可達99.42%；高于效率平均值的鍋爐為66 臺，低于效率平均值的鍋爐為34 臺，其中2 臺鍋爐的效率低于90%。過低的鍋爐效率，不僅影響鍋爐的良好運行，同時也對能源造成浪費。

表1 燃氣熱水鍋爐測試結果匯總表

2.1.4 節能潛力分析

若對低于效率平均值的34 臺鍋爐進行節能改造，使得其能效值達到平均水平，按照目前鍋爐出力，初步估算一個供暖季34 臺鍋爐節約燃氣量如表2 所示。

表2 34臺熱水鍋爐節能改造后節約燃氣量匯總表

折算成標準煤為：

539976.50 m3×1.2143kg/m3÷1000=656t

(注：公式中按照熱水鍋爐耗氣量100m3/h/MW，每天運行時間按照24h，一個供暖季按照120d 計算，34 臺鍋爐的初始效率按照測試效率計算，改造后效率按照效率平均值95.31%計算，1m3天然氣為1.2143kgce。)

從上面計算可以看出，一個供暖季可節約天然氣54.00萬m3，折算成標準煤為656tce。

2.2 燃氣蒸汽鍋爐

本文另對7臺蒸汽鍋爐進行能效測試，測試結果如表3 所示。

表3 燃氣蒸汽鍋爐測試結果匯總表

通過表3 測試結果可以看出，1 ～3 號鍋爐的排煙溫度在200℃左右，而且排煙處的過量空氣系數均較大，這兩個因素導致這3 臺鍋爐的排煙熱損失較大，鍋爐效率相對較低。4 ～7號鍋爐處在一個良好的運行狀態，保證鍋爐效率在95%左右。

如果在1～3 號鍋爐末端增加余熱回收裝置，降低鍋爐排煙溫度，并調整鍋爐的配風比，降低過量空氣系數，使得3 臺鍋爐的效率能夠達到95%，按照目前鍋爐出力，初步估算一個供暖季3 臺鍋爐節約燃氣量為：

折算成標準煤為：

331815m3×1.2143kg/m3÷1000=403t

(注：公式中按照1t 蒸汽的燃料消耗量為80m3天然氣，每天運行時間按照24h，一個供暖季按照120d 計算，3 臺鍋爐的初始效率按照88%計算，改造后效率按照95%計算，1m3天然氣為1.2143kgce。)

從上面計算可以看出，一個供暖季可節約33.18 萬m3天然氣，折算成標準煤為403tce。

3 結語

通過以這107 臺鍋爐能效測試結果為樣本進行分析，結果表明：107 臺鍋爐中仍有將近40%左右的鍋爐存在排煙溫度較高，運行不合理的情況存在。

因此，建議各供暖單位在條件允許情況下，每1～2 年對現有供熱鍋爐評估，對出力較大的鍋爐進行能效測試或自測鍋爐的運行參數（排煙溫度、排煙處過量空氣系數），以便及時了解鍋爐運行狀態；并對排煙溫度過高的鍋爐進行余熱利用改造，達到提高能效、節約能源、減少能源費用的目的。

另外通過現場測試發現目前冷凝鍋爐測試標準仍需完善。隨著技術的進步，冷凝鍋爐應用越來越廣泛，而關于冷凝鍋爐的能效測試標準無法完全滿足現有要求。

《工業鍋爐熱工性能試驗規程》GB/T10180-2017 中雖然對發生煙氣冷凝且熱量回收利用的鍋爐效率進行闡述，但現場測試發現，存在一部分鍋爐本體部分和冷凝部分無法分開，無法采用上述標準中方法進行測試。因此需編制適用于冷凝鍋爐能效測試的標準體系，標準中可以考慮采用正平衡測試方法對冷凝鍋爐進行能效測試。