熱效率簡(jiǎn)單測(cè)試應(yīng)用于燃油鍋爐節(jié)能減排研究

摘要：文章就如何應(yīng)用在用鍋爐運(yùn)行工況熱效率簡(jiǎn)單測(cè)試手段服務(wù)于燃油鍋爐節(jié)能減排進(jìn)行了深入分析總結(jié)。運(yùn)用測(cè)試數(shù)據(jù)，可了解鍋爐運(yùn)行工況熱效率，可準(zhǔn)確分析燃燒故障，可指導(dǎo)調(diào)節(jié)燃燒風(fēng)油比，可預(yù)測(cè)鍋爐熱效率可提升空間，同時(shí)可提升企業(yè)節(jié)能意識(shí)和管理、操作技能。

關(guān)鍵詞：在用鍋爐；熱效率；簡(jiǎn)單測(cè)試；節(jié)能減排

中圖分類號(hào)：TK223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）12-0096-03

通過(guò)近兩年的在用鍋爐運(yùn)行熱效率測(cè)試，統(tǒng)計(jì)測(cè)試數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)燃油鍋爐熱效率不容樂(lè)觀，燃油鍋爐測(cè)試53臺(tái)，平均蒸發(fā)量3.3t/h，平均測(cè)試熱效率84.9%、排煙溫度228.8℃、排煙處過(guò)量空氣系數(shù)1.37。均達(dá)不到《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》（TSG G0002-2010）要求。這還是在經(jīng)過(guò)預(yù)測(cè)試調(diào)整后最佳燃燒效果下的測(cè)試結(jié)果。根據(jù)《工業(yè)鍋爐能效測(cè)試與評(píng)價(jià)規(guī)則》（TSG G2003-2010）測(cè)算，當(dāng)排煙溫度、過(guò)量空氣系數(shù)符合TSG G2003-2010要求時(shí)，燃油鍋爐熱效率可提升4.3%。

因此，如何通過(guò)在用鍋爐運(yùn)行工況熱效率簡(jiǎn)單測(cè)試來(lái)指導(dǎo)燃油鍋爐熱效率提升具有實(shí)用意義。本文通過(guò)能效測(cè)試數(shù)據(jù)，測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的操作問(wèn)題、設(shè)備問(wèn)題及燃料問(wèn)題，分析影響鍋爐熱效率主要因素，結(jié)合德國(guó)威索燃燒器壓力式機(jī)械霧化技術(shù)參數(shù)，應(yīng)用于促進(jìn)燃油鍋爐節(jié)能

減排。

1 燃油工業(yè)鍋爐熱效率測(cè)試數(shù)據(jù)分析及可提升空間預(yù)測(cè)

鍋爐運(yùn)行工況熱效率簡(jiǎn)單測(cè)試，是依據(jù)《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》（TSG G0002-2010）、《工業(yè)鍋爐能效測(cè)試與評(píng)價(jià)規(guī)則》（TSG G0003-2010）、《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程》（GB/T10180-2003）等，運(yùn)用反平衡測(cè)試法，通過(guò)鍋爐排煙處煙氣成分分析，測(cè)試鍋爐排煙處CO、O2、RO2含量及計(jì)算過(guò)量空氣系數(shù)，測(cè)試排煙溫度，測(cè)試入爐冷空氣溫度，計(jì)算q2排煙熱損失、q3化學(xué)不完全燃燒熱損失，根據(jù)鍋爐出力查表計(jì)算q5散熱損失，得出燃油鍋爐熱效率ηj=100-q2-q3-q5。

通過(guò)對(duì)53臺(tái)燃油鍋爐簡(jiǎn)單熱效率測(cè)試，用反平衡法測(cè)試分析，主要影響燃油鍋爐熱效率是q2排煙熱損失，見(jiàn)附表1，q2值10.6%。

影響排煙熱損失的主要因素是過(guò)量空氣系數(shù)和排煙溫度，當(dāng)排煙溫度在150℃時(shí)，過(guò)量空氣系數(shù)每增加0.1，排煙熱損失將增加0.5%左右；排煙溫度越高，增加越多；當(dāng)排煙處過(guò)量空氣系數(shù)為1.3時(shí)，排煙溫度每增加10℃，排煙熱損失將增加0.3%左右。

可節(jié)能空間預(yù)測(cè)是根據(jù)《工業(yè)鍋爐能效測(cè)試與評(píng)價(jià)規(guī)則》（TSG G2003-2010）測(cè)算，對(duì)于微正壓燃燒鍋殼式燃油工業(yè)鍋爐，過(guò)量空氣系數(shù)為1.15，排煙溫度為170℃時(shí)，熱效率可提升空間能達(dá)到4.3%。測(cè)算過(guò)程如下：53臺(tái)測(cè)試燃油鍋爐入爐冷空氣溫度平均值為27.8℃，當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)為1.15、排煙溫度為170℃時(shí)，通過(guò)公式1可計(jì)算q2"=6.35%，比較q2可提升熱效率4.3%。

公式1：

對(duì)于燃油燃?xì)忮仩t：m=0.5；n=3.45；q4=0。

2 針對(duì)過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)高問(wèn)題分析及措施建議

對(duì)于燃油鍋爐，過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)高主要是因風(fēng)油比調(diào)整不好造成。在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)風(fēng)油比調(diào)整不好主要原因是鍋爐使用管理和操作人員對(duì)于燃油鍋爐運(yùn)行參數(shù)不了解，運(yùn)行管理不好，霧化參數(shù)變化不懂調(diào)整，有的甚至任意調(diào)整霧化參數(shù)等，造成過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)高?？偨Y(jié)后歸納為兩點(diǎn)：一是沒(méi)有調(diào)好，在測(cè)試中能夠通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)指導(dǎo)調(diào)整好的情況；二是“不能調(diào)好”，主要是霧化參數(shù)不能在檢測(cè)中及時(shí)調(diào)整，需要通過(guò)設(shè)備元件檢查、維修、更換后才能正確調(diào)整的情況。

沒(méi)有調(diào)好原因分析。第一，人為調(diào)低高壓油泵出口壓力，測(cè)試中多次遇到操作人員調(diào)低霧化壓力，理由是霧化壓力高會(huì)加快油泵和噴油嘴磨損，縮短油泵和噴油嘴使用壽命。通過(guò)調(diào)整合適霧化壓力后，解決霧化不良問(wèn)題。在解決此問(wèn)題時(shí)發(fā)現(xiàn)，多數(shù)燃油供應(yīng)系統(tǒng)都存在管路系統(tǒng)沒(méi)有排空氣裝置及無(wú)供油泵的日用油箱安裝高度不足問(wèn)題，個(gè)別情況存在回油管未正確接回日用油箱，而是接回高壓油泵入口，燃油中含有的水分氣化，氣體進(jìn)入油泵，造成油泵空轉(zhuǎn)加速磨損，這才是油泵壽命縮短的真正原因。第二，初始運(yùn)行燃燒器未做精準(zhǔn)調(diào)整，存在燃燒負(fù)荷變化時(shí)過(guò)量空氣系數(shù)差別大，體現(xiàn)為燃小火時(shí)過(guò)量空氣系數(shù)正常，而在轉(zhuǎn)換為大火時(shí)過(guò)量空氣系數(shù)偏大，反之情況也存在。第三，油品變化后或更換油泵和噴嘴后，未及時(shí)調(diào)整風(fēng)油比，燃料變化后熱值下降或更換油泵或噴油嘴后造成供油量下降，而風(fēng)門位置不變，造成過(guò)量空氣系數(shù)升高。

對(duì)于上述沒(méi)有調(diào)好的問(wèn)題處理措施。先檢查燃燒機(jī)對(duì)應(yīng)的霧化條件，如不符合條件，先調(diào)整燃油溫度或霧化壓力至符合條件后方可開(kāi)始調(diào)整風(fēng)油比。通過(guò)調(diào)整各極燃燒位置的風(fēng)門開(kāi)度來(lái)降低過(guò)量空氣系數(shù)，基本方法為：調(diào)小風(fēng)門開(kāi)度，直至煙囪冒黑煙，然后逐級(jí)調(diào)大風(fēng)門至不冒黑煙為止。調(diào)整后測(cè)試排煙處煙氣成分含量印證，如過(guò)量空氣系數(shù)滿足要求，則調(diào)整成功。

對(duì)于德國(guó)威索燃用重油的燃燒器的霧化壓力和溫度要求，簡(jiǎn)單壓力霧化方式的霧化壓力要求為2.0～2.5MPa，滑動(dòng)調(diào)節(jié)方式的霧化壓力為2.5～3.0MPa；燃油霧化粘度要求在2.5～3.5E，高限不應(yīng)大于5.5E，對(duì)應(yīng)180#重油的霧化溫度不應(yīng)低于110℃、日用油箱及供油管道溫度控制在50℃～70℃之間。

如不符合要求，情況有二：一是霧化條件因存在其他問(wèn)題未能調(diào)整至滿足霧化質(zhì)量要求；二是滿足霧化壓力、溫度參數(shù)要求，調(diào)整風(fēng)油后過(guò)量空氣系數(shù)依然偏差過(guò)大或不穩(wěn)定，則燃燒器存在其他問(wèn)題，屬于“不能調(diào)好”分析范疇。

對(duì)于“不能調(diào)好”問(wèn)題鑒別及處理，存在以下五種常見(jiàn)情況。第一，燃油溫度控制不好，一是燃油霧化溫度不足，油粘度大，流動(dòng)性差，霧化質(zhì)量不好。經(jīng)調(diào)整180#重油霧化溫度至110℃，測(cè)試排煙處過(guò)量空氣系數(shù)滿足要求；二是重油日用油箱溫度控制不好，常見(jiàn)企業(yè)為了節(jié)約加熱電費(fèi)，認(rèn)為夏天日用油箱重油不用加熱也能流動(dòng)，造成供油不暢，通過(guò)恢復(fù)加熱，控制180#重油供油溫度在65℃左右，觀察燃燒穩(wěn)定，調(diào)整風(fēng)油比后，測(cè)試排煙處過(guò)量空氣系數(shù)滿足要求。第二，霧化壓力不滿足霧化條件要求，因高壓油泵磨損，調(diào)整油泵出口壓力至極限，出口壓力還不能滿足霧化壓力要求，通過(guò)要求使用單位更換油泵，調(diào)整霧化壓力，調(diào)整風(fēng)油比，經(jīng)過(guò)煙氣成分分析驗(yàn)證，解決此問(wèn)題，同時(shí)提出管系排氣裝置改進(jìn)和操作要求，防止高壓油泵異常磨損失效問(wèn)題。第三，由于噴嘴磨損引起霧化不良造成，噴嘴磨損，噴口直徑增大，形成油膜變厚，霧化油滴直徑大，氣化時(shí)間長(zhǎng)，來(lái)不及氣化的油滴受熱分解，造成冒黑煙。要改善冒黑煙，只能通過(guò)調(diào)大風(fēng)門，加大風(fēng)量來(lái)改善霧化質(zhì)量，造成過(guò)量空氣系數(shù)變大，其特點(diǎn)是排煙處一氧化碳指標(biāo)隨著氧含量增大而增大。通過(guò)更換噴油嘴后問(wèn)題解決。第四，燃燒系統(tǒng)設(shè)備日常維護(hù)不好，一是儲(chǔ)油罐卸油后未靜置一定時(shí)間脫水或日用油箱沒(méi)有及時(shí)排水，造成燃油含水量高且不均勻，不但燃燒不穩(wěn)定，熱值下降，過(guò)量空氣系數(shù)升高；二是過(guò)濾器、噴油嘴臟堵，造成霧化不良，燃燒火焰不穩(wěn)，正常過(guò)量空氣系數(shù)狀態(tài)時(shí)燃燒冒黑煙；三是風(fēng)門伺服控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)磨損或損壞，風(fēng)門不能轉(zhuǎn)換或轉(zhuǎn)換定位精度低，特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換火力后風(fēng)門未跟進(jìn)或轉(zhuǎn)換火力后過(guò)量空氣系數(shù)變化大。通過(guò)糾正管理和操作不規(guī)范問(wèn)題，或更換風(fēng)門伺服電機(jī)，測(cè)試后驗(yàn)證解決。第五，穩(wěn)焰器位置錯(cuò)誤或燃燒筒燒毀，穩(wěn)焰器位置太后，回流區(qū)遠(yuǎn)離燃燃燒器，著火點(diǎn)推遲，燃燒不穩(wěn)，點(diǎn)火困難。穩(wěn)焰器位置太前，回流區(qū)靠前，燃燒筒易被燒壞，有錯(cuò)誤做法是提高風(fēng)量、風(fēng)速來(lái)解決，結(jié)果造成過(guò)量空氣系數(shù)偏高。可通過(guò)觀察火焰進(jìn)行判別，火焰白橙色且穩(wěn)定，表明燃燒良好。

3 針對(duì)排煙溫度過(guò)高問(wèn)題分析及措施建議

鍋爐設(shè)計(jì)排煙溫度不符合要求，同時(shí)實(shí)際運(yùn)行工況與設(shè)計(jì)工況存在差異，造成排煙溫度偏高。目前本地區(qū)燃油鍋爐大多是20世紀(jì)90年代到2000年設(shè)計(jì)制造的，設(shè)計(jì)的排煙溫度根據(jù)蒸發(fā)量大小在220℃～240℃范圍內(nèi)，不能滿足現(xiàn)行排煙溫度要求。即使近年設(shè)計(jì)的燃油鍋爐排煙溫度在170℃，但實(shí)際運(yùn)行工況下測(cè)試的排煙溫度多在200℃（小火）和220℃（大火）。因此，增加尾部受熱面成為很好的節(jié)能措施。目前，市面上有不少鍋爐余熱利用產(chǎn)品，如煙道式余熱水箱、煙道式管式換熱器等，其價(jià)格也不高，節(jié)能效果不錯(cuò)，排煙溫度均能降低至150℃以下，通過(guò)加裝此類設(shè)備的用戶自己測(cè)算，一般情況，在半年時(shí)間即可回收投資成本。

對(duì)于非漏風(fēng)引起的過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)大，可造成排煙溫度升高。鍋殼式燃油鍋爐特點(diǎn)是嚴(yán)密性好，微正壓燃燒，同一臺(tái)鍋爐煙管流通截面積一定，當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)增大，煙氣量增大，流過(guò)受熱面煙氣流速增大，換熱時(shí)間縮短，是造成排煙溫度升高原因之一，實(shí)測(cè)過(guò)程中曾經(jīng)多次遇見(jiàn)下調(diào)過(guò)量空氣系數(shù)后排煙溫度也跟著下降。

受熱面結(jié)垢、結(jié)焦、積灰，受熱面被覆蓋，傳熱效果差，排煙溫度升高。水垢、煙灰的導(dǎo)熱性能很差，只是鋼鐵導(dǎo)熱能力的1/50～1/30，根據(jù)測(cè)試，燃油鍋爐管壁結(jié)生1.0mm的水垢，就要多消耗8%的燃料。因此，應(yīng)提升鍋爐運(yùn)行水質(zhì)管理水平，防止鍋爐生結(jié)水垢應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行管理和操作技能提升，正確調(diào)整燃燒，防止結(jié)焦積灰，及時(shí)清除水垢、結(jié)焦、積灰。

隔煙墻破損引起煙氣短路。本地區(qū)還存在一定數(shù)量干背式燃油鍋爐，第一、三煙程隔煙墻破損，從爐膛出來(lái)高溫?zé)煔獠糠治唇?jīng)過(guò)二、三煙程受熱面進(jìn)行熱交換就從排煙口排出鍋爐，是造成排煙溫度異常升高。判斷依據(jù)，先了確定該鍋爐是否為干背式鍋爐，再查運(yùn)行記錄了解原來(lái)排煙溫度范圍進(jìn)行確定，如發(fā)現(xiàn)排煙溫度異常升高，應(yīng)督促用戶及時(shí)停爐檢查修復(fù)。

4 結(jié)語(yǔ)

第一，通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)分析，主要影響燃油鍋爐熱效率是排煙熱損失。第二，排煙熱損失是因過(guò)量空氣系數(shù)偏大和排煙溫度偏高引起。第三，要解決過(guò)量空氣系數(shù)偏高問(wèn)題，需要檢測(cè)人員、鍋爐管理或操作人員掌握燃油鍋爐燃燒系統(tǒng)及各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)和維護(hù)保養(yǎng)知識(shí)，運(yùn)用鍋爐熱效率簡(jiǎn)單測(cè)試數(shù)據(jù)和燃燒器霧化質(zhì)量的溫度、壓力參數(shù)的差異來(lái)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，同時(shí)能夠正確分析解決問(wèn)題。第四，為了能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)鍋爐運(yùn)行時(shí)過(guò)量空氣系數(shù)異常，可在鍋爐排煙處裝設(shè)煙氣含氧量?jī)x表，及時(shí)發(fā)現(xiàn)燃燒異常，及時(shí)處理解決。

熱效率測(cè)試的主要目的有三個(gè)：第一，摸排鍋爐熱效率狀況，向政府及社會(huì)匯報(bào)鍋爐能耗情況，及時(shí)得到政府政策支持，獲得社會(huì)關(guān)注，共同努力節(jié)能減排；第二，及時(shí)發(fā)現(xiàn)鍋爐能耗異常問(wèn)題，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，解決目前中小鍋爐用戶專業(yè)人才配備不足問(wèn)題，及時(shí)得到專業(yè)服務(wù)；第三，分析測(cè)試數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)節(jié)能減排努力方向，有利于設(shè)計(jì)制造單位設(shè)計(jì)制造出更節(jié)能的鍋爐產(chǎn)品，有利于鍋爐用戶不斷提升管理操作水平，有利于配套的專業(yè)服務(wù)機(jī)構(gòu)研發(fā)出節(jié)能產(chǎn)品和服務(wù)手段。

要達(dá)到全社會(huì)節(jié)能減排，趕超中等發(fā)達(dá)國(guó)家單位GDP能耗水平，不但需要政府的政策支持，全員節(jié)能意識(shí)的提升，還需要有大量基層專業(yè)的鍋爐熱效率測(cè)試人員，通過(guò)簡(jiǎn)單易行的測(cè)試手段，廣泛服務(wù)企業(yè)節(jié)能減排。

附符號(hào)說(shuō)明：

ηj：按照簡(jiǎn)單測(cè)試方法計(jì)算的鍋爐熱效率，單位：（%）

q2：排煙熱損失，單位：（%）

q3：氣體不完全燃燒熱損失，單位：（%）

q4：固體不完全燃燒熱損失，單位：（%）

q5：散熱損失，單位：（%）

q6：灰渣物理熱損失，單位：（%）

tpy：排煙溫度，單位：（℃）

tlk：ty入爐冷空氣溫度，單位：（℃）

αpy：排煙處過(guò)量空氣系數(shù)

m、n：燃料計(jì)算系數(shù)

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：江旭（1961—），男，福建寧德人，福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院漳州分院檢驗(yàn)一室主任，工程師，研究方向：鍋爐檢驗(yàn)。

（責(zé)任編輯：葉小堅(jiān)）