南平地區燃生物質鍋爐能耗情況及其改進措施

黃煒

（福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院南平分院 福建南平 353000）

南平市是國家節能減排政策綜合示范城市，以實現經濟發展與環境改善雙贏為目標，節能減排是全市發展的重點工作。鍋爐作為企業生產的核心動力設備，同時也是高能耗、高排放特種設備，通過降低工業鍋爐的能耗，減少大氣污染物的排放，對南平地區推進綠色發展意義重大。

1 測試結果統計分析

以南平地區在用工業鍋爐全覆蓋定期能效測試的數據為依據，將已完成的近4 年（2 個周期），即2018—2019 年與2020—2021 年定期能效測試數據匯總統計，按鍋爐所用燃料、額定出力和燃燒方式進行分析，找出相關要素及主要原因。

1.1 按鍋爐所用燃料分析

南平是國家森林城市，大部分為山林地帶，森林資源豐富，全市森林覆蓋率達78.6%。當地企業也大多是竹木制品加工廠，竹屑、木屑、木柴、竹木邊角料等都可以作為生物燃料供鍋爐使用。與其他燃料相比較，生物質燃料優勢明顯，不僅來源便捷、成本低、供應量大，而且這些邊角料都是企業本廠的生產副產物和廢棄物，可以物盡其用，變廢為寶。且當前生物質燃料的應用完全符合國家環保政策，同樣是潔凈能源，竹木類生物質燃料每小時運行成本195.0 元，要遠低于天然氣的391.5 元［1］，大大降低企業成本，提升競爭力。2 個周期使用不同燃料鍋爐占比及熱效率如圖1 所示，2020—2021 年檢測總臺數1 115 臺，其中燃生物質鍋爐948 臺，占總數的85.0%，3項數據都接近于上個周期（2018—2019 年）的1 102 臺、911 臺和82.7%，說明近年來南平地區在用工業鍋爐總數基本不變，且企業常年使用生物質燃料的運行模式已經形成，將在很長一段時期內保持不變。但是2020—2021 年燃生物質鍋爐的平均測試效率僅73.2%，明顯低于燃煤鍋爐的77.4%和燃油燃氣鍋爐的90.7%，同時由于燃生物質鍋爐數量多、占比大，導致工業鍋爐總體熱效率低。因此，以燃生物質鍋爐作為研究對象，采取針對性的改進措施，提高當前燃生物質鍋爐的總體熱效率，成為南平地區工業鍋爐節能降耗的關鍵。

圖1 2018—2019 年與2020—2021 年使用不同燃料鍋爐占比和熱效率

1.2 按鍋爐額定出力（折算蒸噸）分析

2018—2019 年與2020—2021 年燃生物質鍋爐的測試結果見表1，2018—2019 年測試折算蒸噸數（D≤4）的小型鍋爐1 010 臺，占總數的91.7%，折算蒸噸數（D＞4）的大中型鍋爐92 臺；2020—2021 年測試折算蒸噸數（D≤4）的小型鍋爐1 021 臺，占總數的91.6%，折算蒸噸數（D＞4）的大中型鍋爐94 臺。可見南平地區基本以小型燃生物質鍋爐為主，其平均熱效率和尾部受熱面布置率都明顯低于大中型鍋爐。主要原因有：①當地企業普遍規模小、地理位置分散，集群化發展困難，難以引導小企業集聚協同發展，無法進行集中供熱；②2020—2021 年中大型鍋爐基本都有布置尾部受熱面裝置，配置率達93.6%，而小型鍋爐尾部受熱面裝置的配置率僅40.8%。部分小型鍋爐雖然布置了尾部受熱面，但是布置的受熱面面積不夠，導致排煙溫度高，排煙氣熱損失大，熱效率低。小型鍋爐平均熱效率僅74.1%，遠低于大中型鍋爐的82.3%。

表1 2018—2019 年與2020—2021 年不同額定出力鍋爐占比、熱效率和尾部受熱面配置率

1.3 按鍋爐燃燒方式分析

根據2020—2021 年燃生物質鍋爐的測試數據，燃燒方式主要分為固定爐排、鏈條爐排、往復爐排、旋轉爐排和室燃。燃燒方式不同的鍋爐在平均熱效率、排煙溫度達標率、過量空氣系數達標率和排煙可燃氣體（CO）濃度上都存在明顯差異，見表2。固定爐排鍋爐平均熱效率僅74.2%，遠低于鏈條爐排鍋爐的76.9%，往復爐排鍋爐的77.4%，旋轉爐排鍋爐的78.8%，室燃鍋爐的82.5%。

固定爐排鍋爐平均熱效率低的原因有以下3 點。

（1）固定爐排鍋爐即是小型手燒爐，小型鍋爐因未進行水質處理或水處理不當，導致受熱面結水垢。水垢層導熱系數極低，僅為碳鋼的數百分之一。一旦換熱面與水介質之間間隔了水垢層，熱傳導效果會大大降低［2］。根據文獻資料，水側受熱面結水垢達1.0 mm，熱傳導效率將下降約6.0%［3］。且小型鍋爐運行負荷不穩定，當負荷降低后，煙氣循環阻力降低，流速升高，高溫煙氣與受熱面的熱交換時間減少，換熱效果降低，排煙溫度升高。從表2 可知，固定爐排鍋爐的排煙溫度達標率僅7.9%，遠低于鏈條爐排鍋爐的33.3%，往復爐排鍋爐的62.5%，旋轉爐排鍋爐的50.0%，室燃鍋爐的66.7%。

（2）固定爐排鍋爐大多未安裝鼓、引風機變頻器，在使用過程中，無法緊跟鍋爐負荷的變化對鼓引風量進行調整。當鍋爐負荷降低時，供燃料量減少，鼓引風量不變，進入爐膛的多余空氣不僅未參與燃燒反而降低了爐膛溫度，造成空氣過量系數過高，熱損耗大。固定爐排手燒爐在日常運行中存在問題，司爐工在添加燃料時沒有均勻攤開，出現爐排風口分布不均勻，局部空氣過量。從表2 可知，固定爐排鍋爐的過量空氣系數合格率僅為0.2%，遠低于鏈條爐排鍋爐的3.7%，往復爐排鍋爐的12.5%，旋轉爐排鍋爐的25.0%，室燃鍋爐的22.2%。

表2 2020—2021 年燃生物質鍋爐熱效率、排煙溫度、過量空氣系數及CO 平均濃度測試

（3）固定爐排鍋爐的空氣未完全，燃燒熱損失大，表現在測試中排煙氣CO 濃度較大，經常超過0.1%。固定爐排鍋爐多為手燒爐，司爐工添加燃料時經常堆滿爐膛，造成局部空氣供給不足，燃料揮發出的可燃氣體不能完全燃燒。如表1 所示，固定爐排鍋爐的測試中排煙氣CO 平均濃度達0.130 6%，明顯高于鏈條爐排鍋爐的0.040 3%，往復爐排鍋爐的0.043 2%，旋轉爐排鍋爐的0.031 7%，室燃鍋爐的0.023 5%。

2 節能改進措施

對南平地區在用燃生物質鍋爐實際運行能耗情況結合定期能效測試數據進行統計，通過分析得出，導致燃生物質鍋爐能耗高的主要原因是小型鍋爐數量多、排煙溫度高、過量空氣系數高、氣體不完全燃燒等。針對存在的問題，提出相應的改進措施。

（1）大力推廣節能環保燃生物質鍋爐，淘汰落后產能。燃生物質鍋爐作為低碳環保的燃燒設備，應加大推廣力度，提升燃生物質鍋爐效率和使用率。首先，在鍋爐設計和制造環節上進一步強化，應設計制造更節能的燃生物質鍋爐。對于不符合能耗、排放強制性指標要求的及國家明令淘汰的鍋爐，設計文件鑒定機構不予通過其設計文件鑒定。其次，加大對小企業的扶持力度，克服地理位置的局限性，規劃節能、環保、安全、充滿活力的科技產業園區，并引導小企業入駐園區，集聚協同發展，主動牽頭建設大型集中供熱節能環保燃生物質鍋爐，實現區域集中供熱。

（2）針對排煙溫度過高的問題，建議采取以下改進措施：①應合理配置鍋爐尾部受熱面或增加尾部受熱面面積，并定期對受熱面進行清灰。②在日常運行中，應重視對爐膛內煙氣側管壁外表面灰垢的清除，提高受熱面傳熱效果。定期安排停爐，進入爐膛內檢查拱磚和隔墻，防止煙氣循環“短路”。③加強鍋爐的水質處理工作，確保原水、給水和爐水指標均符合要求，合理進行加藥排污，防止因鍋爐結垢而影響傳熱效果。對水垢嚴重超標的蒸汽鍋爐進行停爐除垢，除垢效果和除垢率應達到技術規范要求。④安裝排煙溫度測溫儀，監測鍋爐燃燒系統運行情況，以便查找問題，隨時進行調控。

（3）針對過量空氣系數過大的問題，建議采取以下改進措施：①加裝鼓、引風機變頻器，通過控制鼓、引風機的風量，做到合理配風。②加強司爐工培訓和管理，要求司爐工在日常運行中，緊跟鍋爐負荷的變化對鼓引風量進行調整。當鍋爐負荷降低時，減少燃料量的同時降低鼓、引風風量，以減少進入爐膛未參與燃燒的多余空氣，從而降低過量空氣系數。③提升司爐工操作水平，燃生物質手燒爐運行中，司爐工添加燃料時須均勻攤開，使固定爐排的風口均勻分布，避免局部空氣過量。④安裝排煙氣體含氧量檢測儀，根據煙氣氧含量的變化，鍋爐工及時調節供燃料量、給水量和鼓引風量，使鍋爐排煙處的過量空氣系數符合節能技術規范的要求，從而提高鍋爐熱效率［4］。

（4）針對燃生物質手燒爐燃料不完全燃燒的問題，建議采取以下改進措施：①加強對司爐工操作技能和工作責任心方面的培訓，當司爐工添加生物質燃料時，須均勻拋撒平攤開，盡量覆蓋所有爐排，使爐排風口均勻分布，促進燃料與空氣充分接觸，達到完全燃燒。司爐工如果把燃料“一次性”堆滿爐膛，局部空氣供應不足，導致燃料不完全燃燒，甚至會出現煙囪“冒黑煙”的情況，對周圍環境產生了污染。②司爐工定時通過觀火孔觀察爐膛，當火焰以外有發散火星，多是由于燃料供給過量或供空氣量不足所導致。當火焰呈暗紅色，形狀和輪廓不清晰時，應檢查鼓引風系統，排查煙氣循環系統堵塞的可能。③通過肉眼觀察火焰來判斷爐膛溫度，通常爐膛溫度越高燃料引燃效果越好，越充分燃燒，從而判斷鍋爐燃燒狀態的好壞，燃料與空氣的配比是否恰當。在充分燃燒情況下，火焰呈黃橙色，既不能白亮，又不能帶黑煙，火焰輪廓清晰，外周無發散火星，火焰以外的煙色透明，火焰的大小和形狀在高火時要基本充滿爐膛［5］。④安裝爐膛溫度測溫儀，通常爐膛溫度越高燃料引燃效果越好，越充分燃燒，從而判斷出鍋爐燃燒情況的好壞。

3 結語

南平地區工業鍋爐以燃生物質手燒爐為主，其特點是爐型小、數量多、效率低、節能潛力大。以南平地區在用工業鍋爐全覆蓋定期能效測試的數據為依據，通過鍋爐所用燃料、額定出力和燃燒方式進行分析，得出導致燃生物質鍋爐能耗高的主要原因是小型鍋爐數量多、排煙溫度高、過量空氣系數高、氣體不完全燃燒等，進而提出相應的節能改進措施，以降低燃生物質鍋爐的能耗，減少大氣污染物的排放，對南平地區推進綠色發展意義重大。