工業(yè)鍋爐運(yùn)行工況熱效率分析

杜宇軒 居建龍 楊恒忠

江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院蘇州分院

鍋爐是能耗最大的特種設(shè)備之一，尤其是工業(yè)鍋爐，每年消耗的能源占我國(guó)能源總量的1/4以上[1]。目前，蘇州市擁有登記注冊(cè)鍋爐7 138臺(tái)，實(shí)際在用鍋爐1 530臺(tái)，其中工業(yè)鍋爐占96%以上，大部分的鍋爐為燃煤鍋爐，燃油、燃?xì)饧半娂訜徨仩t相對(duì)占比較小。工業(yè)類(lèi)鍋爐普遍存在運(yùn)行熱效率偏低的問(wèn)題，開(kāi)展鍋爐節(jié)能工作，有必要對(duì)鍋爐進(jìn)行能效測(cè)試的相關(guān)工作。

為了履行特種設(shè)備安全與節(jié)能的監(jiān)管職責(zé)，國(guó)家質(zhì)檢總局于2009年7月頒發(fā)了《高耗能特種設(shè)備節(jié)能監(jiān)督管理辦法》，2010年8月30日頒布了TSG G0002-2010《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》[2]和TSG G0003-2010《工業(yè)鍋爐能效測(cè)試與評(píng)價(jià)規(guī)則》[3]等節(jié)能技術(shù)規(guī)范。根據(jù)這3個(gè)文件，江蘇省特檢院蘇州分院自2016年6月至10月，對(duì)51臺(tái)在用工業(yè)鍋爐進(jìn)行了鍋爐運(yùn)行工況熱效率測(cè)試，測(cè)試后發(fā)現(xiàn)被測(cè)鍋爐因存在排煙溫度過(guò)高、爐渣可燃物含量大、過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)大等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了鍋爐效率。如何提高鍋爐使用效率、減少燃料消耗，是“建設(shè)節(jié)約型社會(huì)”的要求，也是在用鍋爐業(yè)主的迫切需求。本文對(duì)此51臺(tái)燃煤、燃?xì)忮仩t的運(yùn)行工況熱效率的現(xiàn)狀展開(kāi)分析，為蘇州市開(kāi)展鍋爐節(jié)能減排工作提供重要依據(jù)。

1 鍋爐概況

本次測(cè)試的鍋爐共51臺(tái)，其中導(dǎo)熱油鍋爐25臺(tái)，蒸汽鍋爐26臺(tái)，燃煤鍋爐33臺(tái)，燃?xì)忮仩t18臺(tái)。上述鍋爐涉及多種行業(yè)，鍋爐種類(lèi)及行業(yè)分布情況如表1。

表1 鍋爐種類(lèi)及行業(yè)分布表

本次測(cè)試的鍋爐主要為額定蒸發(fā)量為10t及10t以上的工業(yè)鍋爐，共有49臺(tái)，另有2臺(tái)額定蒸發(fā)量為1．25t的燃?xì)庹羝I(yè)鍋爐作為對(duì)比。

2 測(cè)試方法與設(shè)備

根據(jù)TSG G0003-2010《工業(yè)鍋爐能效測(cè)試與評(píng)價(jià)規(guī)則》，鍋爐運(yùn)行工況熱效率的測(cè)試方法有詳細(xì)測(cè)試和簡(jiǎn)單測(cè)試兩種方法。根據(jù)實(shí)際情況，本次鍋爐工況熱效率的測(cè)試方法選用的是簡(jiǎn)單測(cè)試反平衡法，使用儀器為德圖testo350型便攜式煙氣分析儀，德圖testo822型測(cè)溫儀，儀器設(shè)備均在有效期內(nèi)。

3 鍋爐能效測(cè)試結(jié)果匯總

本次51臺(tái)鍋爐測(cè)試結(jié)果匯總見(jiàn)表2，對(duì)比用兩臺(tái)1．25t鍋爐見(jiàn)表3。

表2 51臺(tái)鍋爐測(cè)試結(jié)果匯總

表3 兩臺(tái)1．25t燃?xì)庹羝仩t測(cè)試結(jié)果

4 在用鍋爐熱效率偏低原因分析

(1)過(guò)量空氣系數(shù)嚴(yán)重超標(biāo)是造成在用工業(yè)鍋爐熱效率低的關(guān)鍵原因。目前本市的鍋爐能耗主要集中在紡織與輕工兩大行業(yè)。而紡織業(yè)的鍋爐絕大部分為燃煤鍋爐，能耗高，效率低。本次測(cè)試燃煤鍋爐的過(guò)量空氣系數(shù)合格率僅為6．1%，燃?xì)忮仩t合格率也僅為27．7%。過(guò)量空氣系數(shù)最高值達(dá)到了5．73，超標(biāo)247%。鍋爐老化導(dǎo)致的跑冒滴漏，維修保養(yǎng)不到位，密封不嚴(yán)以及操作人員的不專(zhuān)業(yè)都是導(dǎo)致本次測(cè)試過(guò)剩空氣系數(shù)嚴(yán)重超標(biāo)的主要原因。

(2)排煙溫度過(guò)高是造成在用工業(yè)鍋爐熱效率低的主要原因。本次測(cè)試的33臺(tái)燃煤鍋爐中，僅有14臺(tái)排煙溫度合格，最高排煙溫度達(dá)到301．5℃，大量熱量排放到大氣，造成熱能的浪費(fèi)。在檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)的燃煤鍋爐有省煤器，但是無(wú)空氣預(yù)熱器和蒸發(fā)器等尾部受熱面，部分鍋爐省煤器損壞，尾部煙氣余熱無(wú)法回收利用。通常排煙熱損失占鍋爐熱損失總量的60%～80%，是鍋爐主要的熱損失。大量測(cè)試數(shù)據(jù)表明，排煙溫度每升高10～15℃時(shí)，排煙熱損失約增加1%，排煙處過(guò)量空氣系數(shù)每增加0．2～0．3，排煙熱損失約增加1%[1]。

(3)鍋爐的長(zhǎng)期低負(fù)荷工況運(yùn)行也是造成熱效率低的原因。10t以上鍋爐與1．25t鍋爐效率的測(cè)試結(jié)果均在運(yùn)行工況下得出的，兩者的區(qū)別是1．25t鍋爐幾乎為滿負(fù)荷運(yùn)行而10t以上鍋爐則不是。對(duì)比表2和表3可以看出，滿負(fù)荷工況下的兩臺(tái)鍋爐各項(xiàng)指標(biāo)均合格，且遠(yuǎn)好于平均值。大量測(cè)試結(jié)果顯示，工業(yè)鍋爐較高的運(yùn)行熱效率通常是在負(fù)荷率超過(guò)75%時(shí)獲得的[1]。

(4)原煤質(zhì)量很大程度決定熱效率的高低。本次測(cè)試中，有一臺(tái)10t燃煤蒸汽鍋爐，燃料收到基低位發(fā)熱量Qnet,Var僅為15840，直接導(dǎo)致固體未完全燃燒熱損失q4和灰渣物理熱損失q6快速升高，使得鍋爐熱效率降低。

5 節(jié)能措施

(1)針對(duì)過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)高問(wèn)題，使用單位應(yīng)提高管理人員節(jié)能意識(shí)，完善鍋爐房節(jié)能設(shè)施，加強(qiáng)對(duì)鍋爐燃燒狀態(tài)的監(jiān)控能力，改善鍋爐控制水平，保證鍋爐在合理工況下運(yùn)行。特別針對(duì)鏈條式鍋爐的鼓引風(fēng)機(jī)以及爐膛前中后風(fēng)量的調(diào)節(jié)難問(wèn)題，可以引進(jìn)爐膛氧量監(jiān)控配合變頻風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，有效降低過(guò)量空氣系數(shù)，提高鍋爐熱效率[4]。有必要時(shí)請(qǐng)維保單位定期維護(hù)檢查。

(2)針對(duì)煙氣溫度過(guò)高問(wèn)題，使用單位首先應(yīng)保證省煤器的正常運(yùn)行（如果鍋爐有省煤器），如果煙氣溫度仍然過(guò)高，使用單位應(yīng)加裝蒸發(fā)器和空氣預(yù)熱器等設(shè)備，降低煙氣溫度，保證熱量的充分利用。

(3)針對(duì)鍋爐長(zhǎng)期低負(fù)荷工況運(yùn)行問(wèn)題，使用單位應(yīng)根據(jù)自身產(chǎn)能需求來(lái)選用合適參數(shù)的鍋爐。特別是一些正在使用的燃?xì)忮仩t且產(chǎn)能需求有較大波動(dòng)的使用單位，在設(shè)計(jì)和鍋爐選型階段，可選擇使用多臺(tái)小噸位鍋爐代替大噸位鍋爐進(jìn)行集中控制使用。使用中，當(dāng)負(fù)荷需求增加時(shí)，調(diào)整單臺(tái)鍋爐負(fù)荷并相應(yīng)增加鍋爐運(yùn)行臺(tái)數(shù)，負(fù)荷需求量減少時(shí)，可以快速減少鍋爐運(yùn)行數(shù)量，維持單臺(tái)鍋爐較高負(fù)荷運(yùn)行，保證整體的熱效率。

(4)加大對(duì)燃煤鍋爐的監(jiān)管力度，特別是一些欠發(fā)達(dá)地區(qū)，鍋爐的使用情況參差不齊，鍋爐使用狀況更是堪憂。根據(jù)國(guó)務(wù)院《大氣污染防治十條措施》有關(guān)規(guī)定以及蘇州市委的有關(guān)決定，應(yīng)當(dāng)加快淘汰10t以下的燃煤鍋爐，促進(jìn)“煤改氣”、“煤改生物質(zhì)”，從源頭解決燃煤鍋爐造成的鍋爐熱效率偏低問(wèn)題[5]。

6 結(jié)論

1）本市10t以上燃煤鍋爐主要分布于紡織行業(yè)，10t以上燃?xì)忮仩t主要分布于輕工行業(yè)。紡織行業(yè)的鍋爐能耗占比較大，鍋爐熱效率相對(duì)較低。

2）造成鍋爐熱效率偏低的原因主要是鍋爐過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)大、排煙溫度過(guò)高和長(zhǎng)期低負(fù)荷工況運(yùn)行。解決這三個(gè)問(wèn)題需要使用單位提高鍋爐管理水平，及時(shí)升級(jí)鍋爐設(shè)備。

[1]梁?jiǎn)矗I(yè)鍋爐能效測(cè)試中的問(wèn)題及節(jié)能措施淺談[J]．水電與新能源，2013，（2）：72-74．

[2]TSG G0002-2010,鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程[S]．

[3]TSG G0003-2010,工業(yè)鍋爐能效測(cè)試與評(píng)價(jià)規(guī)則[S]．

[4]李巍，江德龍．工業(yè)鍋爐能效偏低的原因分析與解決對(duì)策[J]．節(jié)能,2013（6）：68-70．

[5]許久勝．工業(yè)鍋爐能效測(cè)試現(xiàn)狀與對(duì)策[J]．石油和化工設(shè)備,2012，15（期號(hào)）：74-76．