在用鍋爐低氮改造后運行能效狀況分析

吳富強

摘要：本文通過對經過能效測試的177臺鍋爐的綜合分析，討論了排煙熱損失q2和氣體不完全燃燒熱損失q3以及散熱損失q5對燃氣鍋爐熱效率的影響。提出降低排煙溫度和尋求最佳運行過量空氣系數的是減小鍋爐熱損失，提高鍋爐熱效率的關鍵工作。

關鍵詞：在用鍋爐 能效測試 熱效率

1、前言

隨著國家環保問題的日益突出，國家對鍋爐大氣污染物排放限值要求也越來越嚴格。江蘇省，南京市也相繼實行了打贏藍天保衛戰2019年度實施方案，南京市要求在用燃氣鍋爐氮氧化物排放濃度應低于50毫克/立方米。南京市各使用單位響應政府號召，紛紛進行了燃氣鍋爐改造。為了保障燃氣鍋爐改造的順利實施，我院承擔了改造鍋爐的能效測試工作。

2、測試概況

2.1測試概況

2019年10至2020年05月，我單位對177臺低氮改造后的在用燃氣鍋爐進行了能效測試，燃氣鍋爐類型包括蒸汽鍋爐 106臺，熱水鍋爐 63臺，有機熱載體鍋爐8臺。

2.2測試方法、計算公式、儀器、設備、測試項目和依據

鍋爐運行工況熱效率簡單測試采用反平衡測量法，測試方法和計算公式按照GB/T 10180-2017《工業鍋爐熱工性能試驗規程》的相關要求進行。

η=100-（q2+q3+q5）

式中：η—反平衡熱效率 %;q2—排煙熱損失 %;q3—氣體不完全燃燒熱損失 %;q5—散熱損失 %;q4—固氣體不完全燃燒熱損失、q6—灰渣物理熱損失、q7—石灰石脫硫熱損失燃氣鍋爐都取為0。

測試采用的儀器和設備主要有鉑電阻電子數字溫度計，Testo340型便攜式煙氣分析儀。

測試項目分別為：排煙溫度、排煙處過量空氣系數、排煙處CO含量、入爐冷空氣溫度、測試開始和結束的時間。

3測試結果

3.1排煙溫度

排煙溫度分布如圖1所示，在177臺測試鍋爐中有37臺超出限定值，占測試總量的20.09% 。排煙溫度最高為475.4℃，最低為53.4℃，平均為147.9℃。

2.4 過量空氣系數

過量空氣系數分布如圖2，177臺測試鍋爐中有149臺超出限定值 ，所占比例為測試總量的84.18%， 過量空氣系數最大為2.56， 最小為1.00，平均為1.30。

2.8鍋爐熱效率

燃氣鍋爐熱效率測試結果如圖3，在177臺測試燃氣鍋爐中有2臺未達到在用燃氣鍋爐限定值的90%，所占比例為測試總量的1.13%，在用燃氣鍋爐熱效率最高為 95.13 %。最低為73.44 %，平均為89.5 %。

4測試分析

4.1 在177臺測試燃氣鍋爐中有2臺未達到在用燃氣鍋爐限定值的90%，所占比例為測試總量的1.13%，燃氣鍋爐熱效率最高為95.13 %。最低為73.44 %，平均為89.5%。對于燃氣鍋爐而言，固氣體不完全燃燒熱損失q4、灰渣物理熱損失q6、石灰石脫硫熱損失q7都為0，因此，排煙熱損失q2、氣體不完全燃燒熱損失q3和散熱損失q5成為燃氣鍋爐熱損失的3大主要來源。

4.2排煙熱損失q2

排煙熱損失q2，排煙溫度偏高是引起在用燃氣鍋爐熱效率偏低的主要原因，影響排煙熱損失的主要因素是排煙溫度和煙氣量。由圖1可知，經測試的177臺工業鍋爐有37臺排煙溫度不符合要求，不合格率為20.09%，最高溫度達475.4℃，排煙溫度的高低直接決定著燃氣鍋爐熱效率的高低。

排煙溫度過高有以下幾個方面原因：一是鍋爐在設計制造時尾部未裝設節能器，高溫煙氣未得到充分利用。二是在使用過程中未能及時清除水側水垢和煙氣側積灰，使煙氣與受熱面之間傳熱系數下降，傳熱量減少。三是鍋爐運行時，燃燒器與鍋爐連接處和觀察孔漏入冷空氣，使爐膛溫度降低，影響燃燒器正常燃燒，增加排煙量造成排煙熱損失增大。

在所測試的177臺燃氣鍋爐中，只有75臺燃氣鍋爐裝了節能器，占所測鍋爐的42.37%，所占比例并不算太高，因此通過在鍋爐尾部增設節能器，回收煙氣中的熱量，可以大大降低排煙溫度，提高燃氣鍋爐熱效率。

4.3氣體不完全燃燒熱損失q3

過量空氣系數是反映燃料和空氣混合的一項重要指標，過量空氣系數是影響鍋爐氣體不完全燃燒損失q3最主要的因素。根據TSG G0002-2010《鍋爐節能技術監督管理規程》的規定，過量空氣系數正壓燃氣鍋爐，不大于1.15，負壓燃氣鍋爐，不大于1.25。過量空氣系數偏小，天然氣燃燒會由于氧氣量供應不足而導致化學不完全燃燒損失增大;鍋爐過量空氣系數過大，會降低爐膛溫度導致化學不完全燃燒損失增大，同時增大煙氣排放量，增加排煙熱損失，出力下降。由圖2可知，經測試的177臺燃氣鍋爐中有149臺超出限定值，所占比例為測試總量的84.18%，過量空氣系數最大為2.56，最小為1.00，平均為1.30，從測試結果分析來看，普遍偏大。因此，對燃氣鍋爐進行調試時，應將過量空氣系數控制在TSG G0002-2010《鍋爐節能技術監督管理規程》規定的范圍。

4.4散熱損失q5

散熱損失q5與鍋爐的爐型及結構有關，為減少散熱損失q5，散熱損失大小主要是爐體外表面相對面積和外壁溫度決定的。根據TSG 0003-2010 《工業鍋爐能效測試與評價規則》，鍋爐熱效率簡單測試過程中，散熱損失依據鍋爐出力直接查表，散熱損失q5隨鍋爐容量的增加而減小，q5還與鍋爐運行負荷有關，隨著鍋爐運行負荷的減小而增加，當鍋爐出力低于額定出力的75%時，還需要按規定修正。因此鍋爐宜在設計負荷處運行，有助于減少散熱損失q5，提高熱效率。

5、結論

本文通過對經過能效測試的177臺鍋爐的綜合分析，分別分析了鍋爐各項熱損失，重點討論了排煙熱損失q2和氣體不完全燃燒熱損失q3以及散熱損失q5對燃氣鍋爐熱效率的影響。提出降低排煙溫度和應將過量空氣系數控制在TSG G0002-2010《鍋爐節能技術監督管理規程》規定的范圍是減小鍋爐熱損失，提高鍋爐熱效率的關鍵工作，要求增加節能器，改善調節配風，以促成各項熱損失的最小化。

在本次177臺測試燃氣鍋爐中達到《鍋爐節能技術監督管理規程》限定值要求的為27臺，所占比例為測試總量的15.25%，可見目前燃氣鍋爐熱效率仍然有很大的潛力，距離目標值更是有很大的空間。

參考文獻

1、GB/T 10180-2017《工業鍋爐熱工性能試驗規程》

2、TSG G0002-2010 《鍋爐節能技術監督管理規程》

3、TSG G0003-2010 《工業鍋爐能效測試與評價規則》