工業(yè)鍋爐能效測試中的問題及節(jié)能措施分析

楊文睿 熊 乾 譚 凱

（湖北特種設(shè)備檢驗檢測研究院 湖北武漢 430000）

1 前言

在節(jié)能減排政策的不斷推進下，工業(yè)鍋爐作為高能耗特種設(shè)備之一，其節(jié)能工作已成為節(jié)能減排戰(zhàn)略的一項重要內(nèi)容[1]。進行工業(yè)鍋爐能效分析時，我國當(dāng)前依然采用傳統(tǒng)的熱工測試手段，然而這一測試手段僅適用于臺數(shù)較少的工業(yè)鍋爐能耗調(diào)查，對于臺數(shù)眾多的工業(yè)鍋爐并不適用[2]。

本研究對鍋爐測試分析集成設(shè)備及其方法展開介紹，并將其應(yīng)用于某市工業(yè)鍋爐的能耗測試中，為進一步推動該市工業(yè)鍋爐節(jié)能工作的順利進行提供支持。

2 工業(yè)鍋爐能效檢測設(shè)備及方法概述

工業(yè)鍋爐能效測試主要指在工業(yè)鍋爐正常燃燒的狀態(tài)下，依托相應(yīng)的設(shè)備，采用適宜的測試方法，對其熱工性能參數(shù)進行測試，從而對其能效狀況進行判斷。工業(yè)鍋爐測試分析集成設(shè)備包括鍋爐、過熱器參數(shù)采集裝置以及工控機。其中，鍋爐與過熱器參數(shù)采集裝置包括安裝多個鍋爐或過熱器測試傳感器，同時對多個工作參數(shù)進行測試。工控機與鍋爐、過熱器參數(shù)采集裝置電性連接，起到接收傳感器參數(shù)的作用，詳見圖 1、圖 2、表 1。

圖1 工業(yè)鍋爐測試分析集成設(shè)備原理示意圖

圖2 工業(yè)鍋爐能效測試點布置圖

表1 工業(yè)鍋爐能效檢測設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)說明表

對工業(yè)鍋爐進行能效測試的方法主要包括：正平衡測試法、反平衡測試法以及火商分析法。不同測試方法的流程示意圖詳見圖3～圖5。

圖3 正平衡測試法流程示意圖

圖4 反平衡測試法流程示意圖

圖5 火商分析法流程示意圖

3 某市工業(yè)鍋爐能耗情況

某市現(xiàn)有工業(yè)鍋爐5 140臺。其中，燃煤鍋爐4 317臺、燃油鍋爐823臺，分別占某市工業(yè)鍋爐總臺數(shù)的83.99%、16.01%。該省2019年年耗標(biāo)準(zhǔn)煤約6×106t，年排放二氧化硫（SO2）、氮氧化合物（NOx）、二氧化碳（CO2）分別為 4.26×104、3.72×104、1.311×107t。其中，SO2的排放量占全市污染排放的35%左右。因此，在對該市工業(yè)鍋爐能效進行測試的過程中，選取占比較大的燃煤鍋爐進行能效測試，測試時間為1 h。在進行能效測試的過程中，鍋爐熱工況穩(wěn)定，水位、鍋筒壓力、給水量、給煤量以及過量空氣系數(shù)等均基本一致，測試結(jié)果詳見表2。

表2 某市部分工業(yè)鍋爐的能耗測試結(jié)果

4 工業(yè)鍋爐能效測試中的問題

4.1 長期低負荷運行狀態(tài)

通過測試發(fā)現(xiàn)，某市工業(yè)鍋爐在實際運行過程中，運行狀態(tài)長期處于低負荷狀況，這是鍋爐低熱效率產(chǎn)生的重要原因，也是節(jié)能工作應(yīng)重點關(guān)注的領(lǐng)域。在額定出力占比中，某市工業(yè)鍋爐實際出力僅占60%左右。由于某市工業(yè)鍋爐在較長的時間內(nèi)處于低負荷狀態(tài)運行，燃料的通風(fēng)量與消耗量均成比例減少，同時在爐膛溫度較低的狀態(tài)下，過量空氣系數(shù)也會逐漸增加，進而降低了燃料的燃燒效率[4]。另外，由于長期處于這一狀態(tài)，排煙量和固體未完全燃燒熱損失大量增加，這也是影響工業(yè)鍋爐運行效率的一個重要因素。從工業(yè)鍋爐出力這一角度來說，如果鍋爐出力僅占出力設(shè)計的1/2，爐膛溫度不能滿足設(shè)計要求，會對燃料的穩(wěn)定燃燒產(chǎn)生影響，從而降低鍋爐的運行效率。因此，工業(yè)鍋爐出力是運行效率得以提升的基礎(chǔ)和前提。

4.2 鍋爐的排煙溫度過高

依據(jù)上述測試結(jié)果可知，該市工業(yè)鍋爐的排煙溫度與規(guī)定值相比較高，而該市工業(yè)鍋爐排煙溫度普遍偏高與操作人員的操作水平以及工業(yè)鍋爐受熱面的布置等相關(guān)。此外，與受熱面設(shè)計，尤其是流管束、水冷壁以及煙管等受熱面設(shè)計的合理性有密切關(guān)系。在影響熱量傳遞的過程中，積灰結(jié)垢日益嚴(yán)重也會增加鍋爐的排煙溫度。

4.3 空氣系數(shù)指標(biāo)不合格

過量空氣系數(shù)是工業(yè)鍋爐運行過程中的重要指標(biāo)之一。這一指標(biāo)對燃料的燃燒程度有重要影響。這一指標(biāo)過低會導(dǎo)致燃料難以正常燃盡，進而導(dǎo)致爐渣中可燃物的含量增加，并導(dǎo)致未完全燃燒熱損失增加，造成燃料浪費[5]。如果這一指標(biāo)過高，在鼓風(fēng)機的作用下，大量冷空氣進入爐膛，就會導(dǎo)致爐膛內(nèi)的溫度降低，并對其內(nèi)部的受熱面?zhèn)鳠岙a(chǎn)生影響，排煙熱損失增加，降低工業(yè)鍋爐的運行效率。其中，鼓風(fēng)機配套不合理、缺乏適宜的變頻設(shè)備、操作人員風(fēng)量調(diào)節(jié)不適宜等均會導(dǎo)致過量空氣系數(shù)過大。

4.4 燃料燃燒不充分

工業(yè)鍋爐能效測試顯示，某市部分工業(yè)鍋爐的爐渣含碳量普遍超過標(biāo)準(zhǔn)值。爐渣含碳量過高主要是由于燃料未能完全燃燒。燃料燃燒不充分也是導(dǎo)致工業(yè)鍋爐熱效率低的一個重要因素。工業(yè)鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、煤種選擇不適宜以及鍋爐運行調(diào)整不合理等都可導(dǎo)致燃料燃燒不充分。

4.5 操作人員素養(yǎng)較低

工業(yè)鍋爐運行效率與操作人員的素養(yǎng)有很大關(guān)系。目前，工業(yè)鍋爐操作人員普遍以外來務(wù)工者為主，且大多是由于工業(yè)需要臨時招聘人員進行操作。因此，工業(yè)鍋爐操作人員的學(xué)歷普遍較低，且缺乏系統(tǒng)的專業(yè)知識和技能，對工業(yè)鍋爐的節(jié)能減排關(guān)注度較低。

由于缺乏對操作人員的系統(tǒng)培訓(xùn)，尤其是節(jié)能意識和節(jié)能技術(shù)操作方面的培訓(xùn)，導(dǎo)致工業(yè)鍋爐操作人員對鍋爐節(jié)能工作的認(rèn)識不足。例如，大部分鍋爐操作人員尚不具備燃燒產(chǎn)物判斷、火焰燃料狀態(tài)觀察及爐膛壓力辨別等能力，同時還缺乏降低爐渣可燃物含量及過量空氣系數(shù)控制的經(jīng)驗。

總之，在工業(yè)鍋爐設(shè)計水平低、配置不健全的狀況下，操作人員是否具有專業(yè)的素養(yǎng)對工業(yè)鍋爐的高效運行具有重要影響。

5 進一步提升工業(yè)鍋爐節(jié)能潛力的建議

5.1 設(shè)計制造及安裝層面

工業(yè)鍋爐運行效率低與工業(yè)鍋爐設(shè)計、制造以及安裝工作有密切關(guān)系。為此，可構(gòu)建分級制度，對工業(yè)過量的節(jié)能能級以及工業(yè)鍋爐的能效進行判斷。同時，還應(yīng)加大對工業(yè)鍋爐設(shè)計、制造以及安裝的監(jiān)管工作，尤其在設(shè)計依據(jù)、安裝說明及能效測試報告等方面，應(yīng)給予重點監(jiān)督管理。除此之外，還應(yīng)對運行人員進行管理與培訓(xùn)，進而有效控制由于這一因素而導(dǎo)致工業(yè)鍋爐節(jié)能工作目標(biāo)實現(xiàn)的問題。

5.2 工業(yè)鍋爐的使用層面

從使用層面這一角度分析，在選擇工業(yè)鍋爐時，應(yīng)結(jié)合實際運行需求、企業(yè)的實際情況及生產(chǎn)需求等進行合理的選擇，應(yīng)綜合考量多種因素，選擇適宜的工業(yè)鍋爐，降低工業(yè)鍋爐運行時產(chǎn)生的熱損失[6]。與此同時，在使用過程中，還應(yīng)注重工業(yè)鍋爐管理水平的提升。為此，可應(yīng)用在線監(jiān)測儀器儀表對工業(yè)鍋爐運行的狀況進行監(jiān)測。除此之外，在對工業(yè)鍋爐進行維修時，應(yīng)做好密封與保溫工作，如采用新絕熱材料和保溫材料等。

5.3 工業(yè)鍋爐的改造層面

為進一步推進和落實節(jié)能減排戰(zhàn)略，我國相繼出臺了系列政策，如對在節(jié)能量達到一定標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)通過資金獎勵的方式進行鼓勵。在這一政策的指引下，我國各省市紛紛結(jié)合自身的實際情況制定了節(jié)能制度以及與之配套的獎懲制度，以進一步順利推進工業(yè)鍋爐改造工作的開展和節(jié)能目標(biāo)的實現(xiàn)。

為提升工業(yè)鍋爐的節(jié)能效果，在進行改造時，可將新節(jié)能技術(shù)，如太陽能加熱水技術(shù)、爐膛富氧燃燒技術(shù)等應(yīng)用其中，同時還可對爐膛燃燒的環(huán)境進行改造。除此之外，還可以通過分層給煤裝置以及變頻設(shè)備等配套設(shè)施的增設(shè)進一步實現(xiàn)節(jié)能減排。

5.4 工業(yè)鍋爐的損失層面

工業(yè)鍋爐節(jié)能工作中亟待解決的一個重要問題是鍋爐熱損失。其中，降低排煙溫度是工業(yè)鍋爐運行效率提升的重要途徑。為此，可通過增加節(jié)能器等方法解決排煙溫度過高的問題。同時，應(yīng)堅持高質(zhì)高用原則，將煙氣余熱回收，并進行合理利用，如用于生產(chǎn)蒸汽等。還應(yīng)定期組織人員展開吹灰作業(yè)，減少受熱面的灰渣。在吹灰作業(yè)的開展過程中，應(yīng)與壓縮空氣、熱蒸汽以及惰性氣體等技術(shù)操作相互配合，降低工作難度。除此之外，還應(yīng)解決氣體未完全燃燒的問題，并對空氣系數(shù)等展開適宜的調(diào)整，以降低由于燃料燃燒不充分而帶來的灰渣問題。

5.5 工業(yè)鍋爐的人員層面

工業(yè)鍋爐操作人員的素養(yǎng)是保障其高效運行的重要保障。提升工業(yè)鍋爐操作人員素養(yǎng)可從以下方面入手。

（1）建立并完善相關(guān)操作制度，對操作人員的行為進行規(guī)范，并制定相應(yīng)的獎懲機制，通過相關(guān)制度的落實，促使操作人員樹立節(jié)能意識，并進行規(guī)范操作。與此同時，在完善相關(guān)制度的過程中，還應(yīng)注重完善培訓(xùn)制度，尤其是對鍋爐操作人員的培訓(xùn)制度。在對鍋爐操作人員進行培訓(xùn)時，應(yīng)先對其具備的能力和經(jīng)驗進行調(diào)查，結(jié)合實際需求，制訂培訓(xùn)計劃和方案，展開針對性的知識和技能培訓(xùn)，尤其是判斷燃料產(chǎn)物等知識技能。

（2）營造節(jié)能氛圍，促使鍋爐操作者在良好的氛圍環(huán)境下操作，樹立節(jié)能意識和節(jié)能觀念，進而在實際操作中注重節(jié)能操作，如定期宣傳工業(yè)鍋爐節(jié)能的重要性和必要性等。

（3）通過多種措施，如薪酬激勵等舉措，吸引專業(yè)且高素質(zhì)的鍋爐操作人員，提升工業(yè)鍋爐操作人員的整體水平。

6 結(jié)論

綜上所述，盡管近年來我國已經(jīng)對節(jié)能減排工作給予了高度重視，但與預(yù)期目標(biāo)相比，尚存在一定差異。與發(fā)達國家相比，我國依然存在較為嚴(yán)重的環(huán)境污染、資源利用率低以及能源消耗巨大等問題。工業(yè)鍋爐作為高能耗設(shè)備，其節(jié)能工作已經(jīng)成為我國節(jié)能減排戰(zhàn)略的重點關(guān)注內(nèi)容。為有效檢測工業(yè)鍋爐的能耗情況，將鍋爐測試分析集成設(shè)備及其方法應(yīng)用在某市部分工業(yè)鍋爐中，對工業(yè)鍋爐的能耗情況進行了解和掌握。

某市部分工業(yè)鍋爐能耗的檢測結(jié)果顯示，該市工業(yè)鍋爐的熱效率較低。該市工業(yè)鍋爐能耗的分析顯示，該市工業(yè)鍋爐在實際的運行過程中，長期處于低負荷運行狀態(tài)，且排煙溫度過高，還面臨空氣系數(shù)指標(biāo)不合格、燃料的燃燒尚不充分以及操作人員的素養(yǎng)較低的問題。為促使工業(yè)鍋爐響應(yīng)國家節(jié)能減排戰(zhàn)略，應(yīng)從設(shè)計制造及安裝層面、工業(yè)鍋爐的使用層面、工業(yè)鍋爐的改造層面、工業(yè)鍋爐的損失層面以及工業(yè)鍋爐的人員層面入手，改善工業(yè)鍋爐的實際運行狀況，進而實現(xiàn)節(jié)能減排。