工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品能效數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

劉雪敏 常勇強 管 堅 張松松 王中偉 于吉明 齊國利

（中國特種設備檢測研究院 北京 100029）

引 言

我國工業(yè)鍋爐被廣泛用于國民經(jīng)濟生產(chǎn)各個領域和人民生活中，產(chǎn)品具有品種規(guī)格多、使用燃料覆蓋面廣、容量跨度大、熱效率水平參差不齊等特點。《中華人民共和國節(jié)約能源法》明確規(guī)定“對高耗能的特種設備，按照國務院的規(guī)定實行節(jié)能審查和監(jiān)管”，確立了國家質(zhì)檢總局對高耗能特種設備（鍋爐、換熱類壓力容器、電梯）實施節(jié)能審查和監(jiān)管的法律制度。國家質(zhì)檢總局2009年頒布了《高耗能特種設備節(jié)能監(jiān)督管理辦法》和新修訂的《特種設備安全監(jiān)察條例》，新增了高耗能特種設備在安全檢查的同時進行節(jié)能監(jiān)管的規(guī)定；組織編寫了TSG G0002-2010《鍋爐節(jié)能技術監(jiān)管規(guī)程》[1]和TSG G0003-2010《工業(yè)鍋爐能效測試與評價規(guī)則》[2]，使工業(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)督機構和檢驗機構按照技術規(guī)范的要求，統(tǒng)一、系統(tǒng)、全面地進行節(jié)能監(jiān)管工作。

然而，工業(yè)鍋爐領域涉及生產(chǎn)企業(yè)1000多家，產(chǎn)品質(zhì)量和技術水平差距較大。用量達到52萬余臺，用戶分屬于不同的生產(chǎn)行業(yè)和生活領域，節(jié)能和環(huán)保主管部門信息渠道和統(tǒng)計手段存在局限性和差異，與安全監(jiān)察機構缺乏有效的信息溝通，導致了工業(yè)鍋爐各項技術數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的不準確和不全面。為進一步規(guī)范工業(yè)鍋爐能效測試工作，逐步建立工業(yè)鍋爐能效數(shù)據(jù)統(tǒng)計查詢系統(tǒng)，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局委托中國特種設備檢測研究院（以下簡稱中國特檢院）組織開發(fā)了“工業(yè)鍋爐能效測試數(shù)據(jù)計算與管理平臺”[3]（以下簡稱平臺），通過提高信息化水平，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，從而使得工業(yè)鍋爐節(jié)能工作“可檢測、可報告、可核查”。

1 工業(yè)鍋爐能效測試數(shù)據(jù)計算與管理平臺

平臺建設按照“科學化、標準化、信息化”的總體要求，統(tǒng)一測試程序和方法，統(tǒng)一報告格式和內(nèi)容，統(tǒng)一計算公式和參數(shù)選取。平臺具有鍋爐能效測試數(shù)據(jù)計算與報告生成、報告查詢、信息查詢等功能，鍋爐能效測試分為新產(chǎn)品定型測試、運行工況詳細測試、運行工況簡單測試三類。本文主要介紹工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品能效數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析結果。在全國45家定型產(chǎn)品測試機構中，使用平臺機構數(shù)量為43家，使用比例為95.56%。

自2012年平臺開通運行以來，已有不同制造企業(yè)生產(chǎn)的5000多個型號規(guī)格的產(chǎn)品定型能效測試、20000多臺在用鍋爐運行能效測試通過平臺進行計算、編制報告。因此，平臺中積累了較為全面的、準確性高、可比性強，包括熱效率、過量空氣系數(shù)、排煙溫度等在內(nèi)的與工業(yè)鍋爐能效相關的測試數(shù)據(jù)。本文主要對2016年工業(yè)鍋爐能效測試數(shù)據(jù)進行研究分析。

2 工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

2.1 定型產(chǎn)品測試數(shù)量情況

自2016年1月1日至2016年12月31日，全國定型產(chǎn)品測試機構共出具定型產(chǎn)品測試報告651份，折合設備測試4322.78蒸噸。按照輸出介質(zhì)分類：測試蒸汽鍋爐506臺，占測試臺數(shù)的77.73%，總出力為2241.71蒸噸，占測試總蒸噸數(shù)的51.86%；熱水鍋爐106臺，占測試臺數(shù)的16.28%，總出力為1885.41蒸噸，占測試總蒸噸數(shù)的43.62 %；有機熱載體鍋爐39臺，占測試臺數(shù)的5.99%，總出力為195.67蒸噸，占測試總蒸噸數(shù)的4.53 %。按照燃燒方式及燃料分類的統(tǒng)計，結果見表 1。

對比2012～2016年鍋爐定型產(chǎn)品測試情況（按照燃料分類），如圖1所示。燃煤鍋爐定型產(chǎn)品測試數(shù)量逐年遞減；燃氣鍋爐和燃生物質(zhì)鍋爐在2013年有較大增幅，之后便趨于平穩(wěn)；燃油鍋爐數(shù)量一直比較穩(wěn)定；電加熱爐數(shù)量較少。由于小容量燃煤鍋爐在節(jié)能環(huán)保性能上很難達到要求，近年來我國在工業(yè)鍋爐節(jié)能環(huán)保方面提出了淘汰小型燃煤鍋爐、發(fā)展高效鍋爐以及工業(yè)鍋爐煤改氣等政策。2013年國務院印發(fā)了國發(fā)〔2013〕30號《關于加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的意見》和國發(fā)〔2013〕37號《大氣污染防治行動計劃》，提出推廣高效鍋爐，全面整治燃煤小鍋爐。國家能源局、國家發(fā)改委、環(huán)保部等七部委在2014年11月聯(lián)合發(fā)布的《燃煤鍋爐節(jié)能環(huán)保綜合提升工程實施方案》中明確提出：除必要保留的以外，到2017年，地級及以上城市建成區(qū)基本淘汰10 t/h及以下的燃煤鍋爐，禁止新建20 t/h以下的燃煤鍋爐，其他地區(qū)原則上不再新建10 t/h以下的燃煤鍋爐。

表1 鍋爐定型產(chǎn)品測試分類統(tǒng)計

圖1 2012～2016年鍋爐定型產(chǎn)品測試情況（按照燃料分類）

2.2 定型產(chǎn)品測試結果統(tǒng)計與分析

統(tǒng)計工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品（按容量劃分）測試熱效率η、排煙溫度tpy、過量空氣系數(shù)α、排煙熱損失q2、固體未完全燃燒熱損失q4等有關參數(shù)的算術平均值、加權平均值、最大值與最小值如表2所示。其中，算術平均值是以測試鍋爐臺數(shù)為基礎求取的平均值，即以測試鍋爐所有效率的累計值除以鍋爐臺數(shù)；加權平均值，是考慮鍋爐出力的情況下求取的平均值，即以測試鍋爐效率與出力的乘積的累計值除以鍋爐的總出力。在統(tǒng)計相同出力鍋爐數(shù)據(jù)參數(shù)時，加權平均值等于算術平均值。2016年工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品測試鍋爐熱效率算術平均值為89.36%，加權平均值為89.31%；排煙溫度算術平均值為147.26 ℃，加權平均值為137.32 ℃；過量空氣系數(shù)平均值為1.28。

工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品測試熱效率分布如圖2所示。鍋爐定型產(chǎn)品熱效率分布有兩個峰值，主要集中在80%～83%和91%～95%區(qū)間；分別對兩個區(qū)間數(shù)據(jù)進行分析，80%～83%區(qū)間主要是燃煤層燃鍋爐和燃生物質(zhì)層燃鍋爐，91%～95%區(qū)間主要是燃油及燃氣鍋爐，可見燃油/氣鍋爐熱效率明顯高于層燃鍋爐。目前，燃氣鍋爐普遍采用尾部煙氣中水蒸氣的汽化潛熱回收技術，而計算熱效率時輸入熱量采用燃料低位發(fā)熱量，并未包含水蒸氣的潛熱，因此存在鍋爐熱效率高于100%的現(xiàn)象。

表2 工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

圖2 工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品測試熱效率分布圖

圖3 燃煤工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品測試熱效率統(tǒng)計圖

燃煤工業(yè)鍋爐測試熱效率與設計熱效率平均值的對比如圖3所示?？梢钥闯?，隨著鍋爐容量增大，平均熱效率隨之升高。這是由于隨著鍋爐出力的增加，鍋爐節(jié)能環(huán)保設施運行使用較多，輔機匹配良好，部分大容量工業(yè)鍋爐設置一、二次風，爐膛內(nèi)空氣分配更加合理，有利于燃料的燃燒，降低不完全燃燒損失；其次，隨著鍋爐出力的增大，鍋爐保溫處理較好，散熱損失有相應的減??；再次，隨著鍋爐出力的增大，鍋爐安裝水平相對要求較高，漏風系數(shù)較小，“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象較少，鍋爐整體運行良好。

工業(yè)鍋爐測試熱效率與設計熱效率平均值的對比如圖4所示。可以看出，工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品測試熱效率平均值普遍略高于鍋爐設計熱效率平均值，說明目前我國鍋爐制造、安裝水平能基本滿足鍋爐設計要求。由于燃煤鍋爐測試數(shù)量下降，大量的節(jié)能高效天然氣鍋爐參與數(shù)據(jù)統(tǒng)計，這些鍋爐以小容量為主，因此平均的鍋爐熱效率并未隨鍋爐容量增大呈現(xiàn)出升高趨勢。

圖4 工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品測試熱效率統(tǒng)計圖

定型產(chǎn)品平均排煙溫度與排煙處過量空氣系數(shù)如圖5、圖6所示。鍋爐出力小于1 t/h時，鍋爐排煙溫度平均值達160.51 ℃，但是隨著鍋爐出力的增大，鍋爐的排煙溫度逐漸降低。由此說明，自TSG G0002-2010《鍋爐節(jié)能技術監(jiān)督管理規(guī)程》[1]頒布以來，工業(yè)鍋爐制造企業(yè)新產(chǎn)品設計已經(jīng)完全按照規(guī)程要求，使用相關節(jié)能技術降低排煙溫度。但對于鍋爐出力小于1t/h的范圍，由于尾部受熱面布置較為困難，工業(yè)鍋爐平均排煙溫度仍明顯高于其他鍋爐。排煙熱損失是鍋爐熱損失中最主要的熱損失之一，一般排煙溫度每提高15℃，排煙損失增加1%，耗能增加1.4%。根據(jù)額定蒸發(fā)量小于1t/h蒸汽鍋爐的整體分析情況及目前節(jié)能技術的應用情況，提高鍋爐熱效率仍有一定空間。

對于燃煤工業(yè)鍋爐，排煙處過量空氣系數(shù)隨鍋爐容量的增大而減小，如圖5所示。但對于工業(yè)鍋爐總體平均值，由于統(tǒng)計了大量小容量燃氣鍋爐，而燃氣鍋爐過量空氣系數(shù)較低，因此呈現(xiàn)出圖6中的趨勢，小容量鍋爐過量空氣系數(shù)明顯低于大容量鍋爐。

圖5 燃煤工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品部分參數(shù)統(tǒng)計圖

圖6 工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品部分參數(shù)統(tǒng)計圖

3 結論

本文統(tǒng)計了2016年工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品能效測試數(shù)據(jù)，全國定型產(chǎn)品測試機構共出具定型產(chǎn)品測試報告651份，按輸出介質(zhì)分類，包括蒸汽鍋爐506臺、熱水鍋爐106臺、有機熱載體鍋爐39臺。分析了工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品（按容量劃分）測試熱效率、排煙溫度、過量空氣系數(shù)、排煙熱損失等參數(shù)的變化規(guī)律，結論如下：

（1）定型產(chǎn)品鍋爐測試比例發(fā)生變化，燃煤鍋爐定型產(chǎn)品測試數(shù)量逐年遞減；燃氣鍋爐和燃生物質(zhì)鍋爐在2013年有較大增幅。

（2） 2016年工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品測試鍋爐熱效率算術平均值為89.36%，加權平均值為89.31%；不同容量鍋爐測試熱效率平均值普遍略高于設計熱效率平均值。

（3）小容量鍋爐由于尾部受熱面布置較難，排煙溫度相對較高，排煙溫度限定值有進一步降低的空間。