淺談基于在用工業(yè)鍋爐定期能效測(cè)試的節(jié)能診斷

王正賢

（海南省鍋爐壓力容器與特種設(shè)備檢驗(yàn)所，海南 ?？?570203）

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

工業(yè)鍋爐作為高耗能特種設(shè)備，要想把海南打造成節(jié)能環(huán)保型社會(huì)，推進(jìn)自貿(mào)區(qū)（港）建設(shè)，就要不斷加強(qiáng)對(duì)工業(yè)鍋爐的節(jié)能監(jiān)管，大力推進(jìn)鍋爐安全與節(jié)能并舉的新措施。

海南省鍋爐壓力容器與特種設(shè)備檢驗(yàn)所開展在用工業(yè)鍋爐節(jié)能的第三方檢測(cè)、節(jié)能診斷等技術(shù)服務(wù)，在對(duì)海南省地區(qū)工業(yè)鍋爐進(jìn)行定期能效測(cè)試工作的同時(shí)，與海南省工業(yè)與信息化廳節(jié)能監(jiān)測(cè)中心合作開展了海南省重點(diǎn)用能企業(yè)鍋爐能效狀況調(diào)查摸底工作，進(jìn)一步摸清了海南省鍋爐節(jié)能管理、運(yùn)行現(xiàn)狀及能效水平。

經(jīng)過多年來(lái)對(duì)海南省地區(qū)主要行業(yè)的鍋爐進(jìn)行熱工性能試驗(yàn)得出的測(cè)試數(shù)據(jù)表明,燃生物質(zhì)鍋爐實(shí)際運(yùn)行熱效率只有75%左右，燃天然氣和輕油的鍋爐實(shí)際運(yùn)行熱效率不到90%，鍋爐平均熱效率整體偏低，未達(dá)到《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》要求的限定值。

1 能效測(cè)試診斷

按照鍋爐熱工性能試驗(yàn)的要求，在用工業(yè)鍋爐定期能效測(cè)試方法采用反平衡法，通過鍋爐熱平衡試驗(yàn)，求出各項(xiàng)熱損失，然后按下面公式進(jìn)行計(jì)算：

鍋爐運(yùn)行工況熱效率簡(jiǎn)單測(cè)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(xiàng)熱損失越大，熱效率η2越低。

在采用現(xiàn)有的測(cè)試儀器對(duì)鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)熱工性能試驗(yàn)，通過測(cè)試得出的數(shù)據(jù)結(jié)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(shù)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(huì)產(chǎn)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(shù)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(huì)增大氣體未完全燃燒熱損失，所以應(yīng)保持合理的過量空氣系數(shù)O2′。

1.1 鍋爐排煙溫度高

經(jīng)定期能效測(cè)試發(fā)現(xiàn)，海南省燃生物質(zhì)鍋爐的排煙溫度在180～230℃區(qū)間，燃油氣鍋爐的排煙溫度在170～230℃區(qū)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(jié)能器，節(jié)能器的作用就是利用回收鍋爐尾部煙氣的熱量進(jìn)行換熱，把換熱后的水返回到鍋爐內(nèi)，提高鍋爐給水的溫度，從而達(dá)到節(jié)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(dǎo)致排煙溫度過大，降低了鍋爐熱效率；②節(jié)能器的換熱面積不足，提升不了煙氣回收的換熱量，無(wú)法提升鍋爐熱效率；③蒸汽凝結(jié)水未回收，鍋爐運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的低壓余熱蒸汽，經(jīng)熱交換冷凝后產(chǎn)生冷凝水，溫度較高，帶有大量熱量，其品質(zhì)高于軟化水，是優(yōu)質(zhì)的熱源給水。

（2）灰垢。生物質(zhì)鍋爐在生產(chǎn)運(yùn)行中，會(huì)產(chǎn)生大量灰垢附著在鍋爐受熱面。灰垢的導(dǎo)熱能力很差，積灰會(huì)導(dǎo)致受熱面堵灰、影響煙氣流通，會(huì)使鍋爐受熱面?zhèn)鳠嵝源蟠蠼档停瑰仩t出力和熱效率降低。

（3）水垢。鍋爐在生產(chǎn)運(yùn)行中，會(huì)產(chǎn)生水垢附著在鍋爐水側(cè)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(yán)重影響鍋爐經(jīng)濟(jì)性和安全性。鍋爐結(jié)水垢時(shí)，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(qū)的工業(yè)鍋爐普遍存在結(jié)水垢1～2mm，很大程度上影響鍋爐的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。造成鍋爐水質(zhì)不合格并產(chǎn)生大量水垢的原因是企業(yè)采用地表水或地下水作為鍋爐給水，同時(shí)又不具備完善的水質(zhì)處理設(shè)施和水質(zhì)管理，地表水或地下水直接進(jìn)入鍋爐，導(dǎo)致鍋爐水質(zhì)的硬度、全堿度、磷酸根、酚酞堿度和pH值不合格，鍋爐水品質(zhì)差，產(chǎn)生大量水垢，傳熱效果降低，運(yùn)行熱效率降低。

1.2 鍋爐排煙處過量空氣系數(shù)O2′含量偏大

經(jīng)定期能效測(cè)試發(fā)現(xiàn)，海南省燃生物質(zhì)鍋爐的排煙處過量空氣系數(shù)O2′值在2.5～3，燃油氣鍋爐的排煙處過量空氣系數(shù)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(huì)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(fēng)不合理。①工業(yè)層燃鍋爐的層狀燃燒采用固定爐排或鏈條爐排時(shí)，空氣從爐排下方經(jīng)過爐排孔隙引至爐膛與燃料進(jìn)行混合燃燒。層燃燃燒的燃料均鋪設(shè)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(shí)，鍋爐引風(fēng)和鼓風(fēng)配置不合理，燃料與空氣混合接觸不夠，爐膛溫度不夠高，導(dǎo)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(shí)，爐排運(yùn)行速度過快，配風(fēng)不合理，燃料層表面層的燃料不能及時(shí)完全燃燒，下層的燃料就無(wú)法與空氣混合接觸燃燒，導(dǎo)致燃料停留在爐排上燃燒的時(shí)間不夠長(zhǎng)，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(fēng)鼓風(fēng)配置不合理，燃料層過高，爐排運(yùn)轉(zhuǎn)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(shù)O2′，降低了鍋爐熱效率。

1.3 鍋爐排煙處可燃?xì)怏wCO含量高

經(jīng)定期能效測(cè)試發(fā)現(xiàn)，海南省大部分工業(yè)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(zhì)鍋爐CO含量能超過10000ppm，造成大量的燃料浪費(fèi)。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(jìn)措施

（1）增加節(jié)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(shí)現(xiàn)余熱利用。

（3）對(duì)于灰垢，首先要及時(shí)清灰，可采用高溫脈沖吹灰，機(jī)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(duì)于水垢，首先要保證鍋爐水質(zhì)合格，應(yīng)合理排污、完善鍋爐水處理設(shè)備，配備計(jì)量自動(dòng)加藥裝置,進(jìn)行可靠的輔助加藥處理,調(diào)整全堿度、酚酞堿度和pH值在標(biāo)準(zhǔn)范圍。

（5）合理控制排污率，適當(dāng)?shù)呐盼劭梢耘懦仩t水中高濃度的鹽類和雜質(zhì)，改善鍋爐水品質(zhì)，降低鍋爐水含鹽量和水垢的產(chǎn)生，提高鍋爐運(yùn)行熱效率。

（6）改進(jìn)鍋爐配風(fēng)方式。合理的鍋爐配風(fēng)可以讓爐膛得到穩(wěn)定的燃燒，保證燃料有充分的燃燒時(shí)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?nèi)紵绞?。把層燃燃燒改造成室燃燃燒，在原?lái)層燃鍋爐爐門前加裝一個(gè)燃燒器，燃料與空氣按一定比例混合在燃燒器內(nèi)燃燒后把火焰吹進(jìn)爐膛內(nèi)，得到穩(wěn)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(fēng)帽，燃料以一定的速度送入爐膛，在風(fēng)帽的配風(fēng)下懸浮在爐膛內(nèi)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(diào)節(jié)一、二次風(fēng)的配比，保持適當(dāng)?shù)倪^量空氣系數(shù)，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(yùn)行負(fù)荷大時(shí)，二次風(fēng)量應(yīng)適度增加，鍋爐運(yùn)行負(fù)荷小時(shí)，二次風(fēng)量應(yīng)減少甚至關(guān)閉。

3 結(jié)語(yǔ)

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