淺談基于在用工業鍋爐定期能效測試的節能診斷

王正賢

（海南省鍋爐壓力容器與特種設備檢驗所，海南 海口 570203）

目前，海南省注冊登記在用承壓蒸汽工業鍋爐為1015臺，按燃料區分為燃生物質鍋爐427臺，燃油氣鍋爐588臺，主要分布在食品、建材、酒店服務、制藥及化工等企業。

工業鍋爐作為高耗能特種設備，要想把海南打造成節能環保型社會，推進自貿區（港）建設，就要不斷加強對工業鍋爐的節能監管，大力推進鍋爐安全與節能并舉的新措施。

海南省鍋爐壓力容器與特種設備檢驗所開展在用工業鍋爐節能的第三方檢測、節能診斷等技術服務，在對海南省地區工業鍋爐進行定期能效測試工作的同時，與海南省工業與信息化廳節能監測中心合作開展了海南省重點用能企業鍋爐能效狀況調查摸底工作，進一步摸清了海南省鍋爐節能管理、運行現狀及能效水平。

經過多年來對海南省地區主要行業的鍋爐進行熱工性能試驗得出的測試數據表明,燃生物質鍋爐實際運行熱效率只有75%左右，燃天然氣和輕油的鍋爐實際運行熱效率不到90%，鍋爐平均熱效率整體偏低，未達到《鍋爐節能技術監督管理規程》要求的限定值。

1 能效測試診斷

按照鍋爐熱工性能試驗的要求，在用工業鍋爐定期能效測試方法采用反平衡法，通過鍋爐熱平衡試驗，求出各項熱損失，然后按下面公式進行計算：

鍋爐運行工況熱效率簡單測試效率為η2=100-（q2+q3+q4+q5+q6）%，η2為反平衡熱效率，q2為排煙熱損失，q3為氣體未完全燃燒熱損失，q4為固體未完全燃燒熱損失，q5為散熱損失，q6為灰渣物理熱損失，各項熱損失越大，熱效率η2越低。

在采用現有的測試儀器對鍋爐系統進行現場熱工性能試驗，通過測試得出的數據結果顯示，鍋爐熱效率不符合要求的主要因素在鍋爐排煙溫度和過量空氣系數O2′過大。

影響排煙熱損失q2的主要因素是鍋爐排煙溫度和排煙量。排煙溫度越高，q2損失越大，排煙溫度過低，鍋爐尾部受熱面會產生低溫腐蝕和堵灰；影響排煙量的因素主要是過量空氣系數O2′含量，O2′含量越高，排煙量越大，q2損失越大，O2′含量過小，又會增大氣體未完全燃燒熱損失，所以應保持合理的過量空氣系數O2′。

1.1 鍋爐排煙溫度高

經定期能效測試發現，海南省燃生物質鍋爐的排煙溫度在180～230℃區間，燃油氣鍋爐的排煙溫度在170～230℃區間，鍋爐排煙溫度每增加10℃，熱效率降低0.7%～0.8%，主要影響因素如下。

（1）余熱回收不足。①未安裝節能器，節能器的作用就是利用回收鍋爐尾部煙氣的熱量進行換熱，把換熱后的水返回到鍋爐內，提高鍋爐給水的溫度，從而達到節能降耗的效果。如果煙氣直接排放到大氣，沒有合理回收煙氣熱量，導致排煙溫度過大，降低了鍋爐熱效率；②節能器的換熱面積不足，提升不了煙氣回收的換熱量，無法提升鍋爐熱效率；③蒸汽凝結水未回收，鍋爐運行時會產生大量的低壓余熱蒸汽，經熱交換冷凝后產生冷凝水，溫度較高，帶有大量熱量，其品質高于軟化水，是優質的熱源給水。

（2）灰垢。生物質鍋爐在生產運行中，會產生大量灰垢附著在鍋爐受熱面。灰垢的導熱能力很差，積灰會導致受熱面堵灰、影響煙氣流通，會使鍋爐受熱面傳熱性大大降低，使鍋爐出力和熱效率降低。

（3）水垢。鍋爐在生產運行中，會產生水垢附著在鍋爐水側面上，鍋爐水垢每增加1mm，能源消耗增加3%～4%，鍋爐熱效率降低3%～5%,嚴重影響鍋爐經濟性和安全性。鍋爐結水垢時，燃料燃燒釋放的熱量不能迅速地傳遞到鍋水中，大量的熱量被煙氣帶走排出，造成排煙溫度升高，排煙熱損失增加，鍋爐熱效率降低。

海南省地區的工業鍋爐普遍存在結水垢1～2mm，很大程度上影響鍋爐的安全與經濟運行。造成鍋爐水質不合格并產生大量水垢的原因是企業采用地表水或地下水作為鍋爐給水，同時又不具備完善的水質處理設施和水質管理，地表水或地下水直接進入鍋爐，導致鍋爐水質的硬度、全堿度、磷酸根、酚酞堿度和pH值不合格，鍋爐水品質差，產生大量水垢，傳熱效果降低，運行熱效率降低。

1.2 鍋爐排煙處過量空氣系數O2′含量偏大

經定期能效測試發現，海南省燃生物質鍋爐的排煙處過量空氣系數O2′值在2.5～3，燃油氣鍋爐的排煙處過量空氣系數O2′值在1.5～2，O2′值每增加0.5，鍋爐熱效率降低1%～2%。O2′值太大會降低爐膛溫度，不利于燃燒，增加了排煙熱損失、氣體未完全燃燒熱損失和固體未完全燃燒熱損失，降低了鍋爐熱效率，主要影響因素如下。

燃燒配風不合理。①工業層燃鍋爐的層狀燃燒采用固定爐排或鏈條爐排時，空氣從爐排下方經過爐排孔隙引至爐膛與燃料進行混合燃燒。層燃燃燒的燃料均鋪設堆積在爐排上，這種燃燒方式的燃料層與空氣接觸混合不夠，燃燒效率低。②采用固定爐排時，鍋爐引風和鼓風配置不合理，燃料與空氣混合接觸不夠，爐膛溫度不夠高，導致燃料不能完全燃燒，增加了CO和O2′的排放濃度，降低了鍋爐熱效率；③采用鏈條爐排時，爐排運行速度過快，配風不合理，燃料層表面層的燃料不能及時完全燃燒，下層的燃料就無法與空氣混合接觸燃燒，導致燃料停留在爐排上燃燒的時間不夠長，增加了漏煤、飛灰及爐渣的可燃物含量，既增加了燃料的固體未完全燃燒熱損失，降低了鍋爐熱效率。④引風鼓風配置不合理，燃料層過高，爐排運轉過快，燃燒不充分，爐膛溫度低，增加了尾部煙氣的O2含量，從而提高了排煙處過量空氣系數O2′，降低了鍋爐熱效率。

1.3 鍋爐排煙處可燃氣體CO含量高

經定期能效測試發現，海南省大部分工業鍋爐排煙處CO含量高，燃油氣鍋爐排煙處CO含量能超過40000ppm，燃生物質鍋爐CO含量能超過10000ppm，造成大量的燃料浪費。CO含量高主要影響因素為爐膛溫度過低，氧氣含量不足，影響CO的燃盡，造成氣體未完全燃燒熱損失增加，鍋爐熱效率降低。

2 改進措施

（1）增加節能器換熱面積，提高煙氣回收換熱量，降低鍋爐排煙溫度。

（2）回收冷凝水，通過水泵打回鍋爐作為給水實現余熱利用。

（3）對于灰垢，首先要及時清灰，可采用高溫脈沖吹灰，機械式撞擊除灰或人工除灰，以提高鍋爐的出力和熱效率。

（4）對于水垢，首先要保證鍋爐水質合格，應合理排污、完善鍋爐水處理設備，配備計量自動加藥裝置,進行可靠的輔助加藥處理,調整全堿度、酚酞堿度和pH值在標準范圍。

（5）合理控制排污率，適當的排污可以排除鍋爐水中高濃度的鹽類和雜質，改善鍋爐水品質，降低鍋爐水含鹽量和水垢的產生，提高鍋爐運行熱效率。

（6）改進鍋爐配風方式。合理的鍋爐配風可以讓爐膛得到穩定的燃燒，保證燃料有充分的燃燒時間，可有效地降低排煙熱損失，降低漏煤、飛灰及爐渣的可燃物含量，既降低固體未完全燃燒熱損失，提高鍋爐熱效率。

（7）改變燃燒方式。把層燃燃燒改造成室燃燃燒，在原來層燃鍋爐爐門前加裝一個燃燒器，燃料與空氣按一定比例混合在燃燒器內燃燒后把火焰吹進爐膛內，得到穩定和高效的燃燒。

（8）改造爐排。把爐排孔隙封住，在爐排上安裝風帽，燃料以一定的速度送入爐膛，在風帽的配風下懸浮在爐膛內燃燒，促使燃料充分燃燒，降低固體未完全燃燒熱損失，提高鍋爐熱效率。

（9）合理調節一、二次風的配比，保持適當的過量空氣系數，確保爐膛中的氧氣與燃料充分混合燃燒，提高爐膛的燃燒溫度，降低排煙處CO含量；鍋爐運行負荷大時，二次風量應適度增加，鍋爐運行負荷小時，二次風量應減少甚至關閉。

3 結語

在用工業鍋爐能效測試可以查找影響鍋爐熱效率的主要因素，是工業鍋爐節能診斷和提高熱效率的有效措施，通過對海南省工業鍋爐進行全面的節能診斷，充分發揮海南省工業鍋爐的節能潛力，提高能源利用水平，把海南建設成綠色之島、和諧之島。