在用鍋爐低氮改造后運行能效狀況分析

吳富強

摘要：本文通過對經(jīng)過能效測試的177臺鍋爐的綜合分析，討論了排煙熱損失q2和氣體不完全燃燒熱損失q3以及散熱損失q5對燃氣鍋爐熱效率的影響。提出降低排煙溫度和尋求最佳運行過量空氣系數(shù)的是減小鍋爐熱損失，提高鍋爐熱效率的關鍵工作。

關鍵詞：在用鍋爐 能效測試 熱效率

1、前言

隨著國家環(huán)保問題的日益突出，國家對鍋爐大氣污染物排放限值要求也越來越嚴格。江蘇省，南京市也相繼實行了打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)2019年度實施方案，南京市要求在用燃氣鍋爐氮氧化物排放濃度應低于50毫克/立方米。南京市各使用單位響應政府號召，紛紛進行了燃氣鍋爐改造。為了保障燃氣鍋爐改造的順利實施，我院承擔了改造鍋爐的能效測試工作。

2、測試概況

2.1測試概況

2019年10至2020年05月，我單位對177臺低氮改造后的在用燃氣鍋爐進行了能效測試，燃氣鍋爐類型包括蒸汽鍋爐 106臺，熱水鍋爐 63臺，有機熱載體鍋爐8臺。

2.2測試方法、計算公式、儀器、設備、測試項目和依據(jù)

鍋爐運行工況熱效率簡單測試采用反平衡測量法，測試方法和計算公式按照GB/T 10180-2017《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗規(guī)程》的相關要求進行。

η=100-（q2+q3+q5）

式中：η—反平衡熱效率 %;q2—排煙熱損失 %;q3—氣體不完全燃燒熱損失 %;q5—散熱損失 %;q4—固氣體不完全燃燒熱損失、q6—灰渣物理熱損失、q7—石灰石脫硫熱損失燃氣鍋爐都取為0。

測試采用的儀器和設備主要有鉑電阻電子數(shù)字溫度計，Testo340型便攜式煙氣分析儀。

測試項目分別為：排煙溫度、排煙處過量空氣系數(shù)、排煙處CO含量、入爐冷空氣溫度、測試開始和結束的時間。

3測試結果

3.1排煙溫度

排煙溫度分布如圖1所示，在177臺測試鍋爐中有37臺超出限定值，占測試總量的20.09% 。排煙溫度最高為475.4℃，最低為53.4℃，平均為147.9℃。

2.4 過量空氣系數(shù)

過量空氣系數(shù)分布如圖2，177臺測試鍋爐中有149臺超出限定值 ，所占比例為測試總量的84.18%， 過量空氣系數(shù)最大為2.56， 最小為1.00，平均為1.30。

2.8鍋爐熱效率

燃氣鍋爐熱效率測試結果如圖3，在177臺測試燃氣鍋爐中有2臺未達到在用燃氣鍋爐限定值的90%，所占比例為測試總量的1.13%，在用燃氣鍋爐熱效率最高為 95.13 %。最低為73.44 %，平均為89.5 %。

4測試分析

4.1 在177臺測試燃氣鍋爐中有2臺未達到在用燃氣鍋爐限定值的90%，所占比例為測試總量的1.13%，燃氣鍋爐熱效率最高為95.13 %。最低為73.44 %，平均為89.5%。對于燃氣鍋爐而言，固氣體不完全燃燒熱損失q4、灰渣物理熱損失q6、石灰石脫硫熱損失q7都為0，因此，排煙熱損失q2、氣體不完全燃燒熱損失q3和散熱損失q5成為燃氣鍋爐熱損失的3大主要來源。

4.2排煙熱損失q2

排煙熱損失q2，排煙溫度偏高是引起在用燃氣鍋爐熱效率偏低的主要原因，影響排煙熱損失的主要因素是排煙溫度和煙氣量。由圖1可知，經(jīng)測試的177臺工業(yè)鍋爐有37臺排煙溫度不符合要求，不合格率為20.09%，最高溫度達475.4℃，排煙溫度的高低直接決定著燃氣鍋爐熱效率的高低。

排煙溫度過高有以下幾個方面原因：一是鍋爐在設計制造時尾部未裝設節(jié)能器，高溫煙氣未得到充分利用。二是在使用過程中未能及時清除水側水垢和煙氣側積灰，使煙氣與受熱面之間傳熱系數(shù)下降，傳熱量減少。三是鍋爐運行時，燃燒器與鍋爐連接處和觀察孔漏入冷空氣，使爐膛溫度降低，影響燃燒器正常燃燒，增加排煙量造成排煙熱損失增大。

在所測試的177臺燃氣鍋爐中，只有75臺燃氣鍋爐裝了節(jié)能器，占所測鍋爐的42.37%，所占比例并不算太高，因此通過在鍋爐尾部增設節(jié)能器，回收煙氣中的熱量，可以大大降低排煙溫度，提高燃氣鍋爐熱效率。

4.3氣體不完全燃燒熱損失q3

過量空氣系數(shù)是反映燃料和空氣混合的一項重要指標，過量空氣系數(shù)是影響鍋爐氣體不完全燃燒損失q3最主要的因素。根據(jù)TSG G0002-2010《鍋爐節(jié)能技術監(jiān)督管理規(guī)程》的規(guī)定，過量空氣系數(shù)正壓燃氣鍋爐，不大于1.15，負壓燃氣鍋爐，不大于1.25。過量空氣系數(shù)偏小，天然氣燃燒會由于氧氣量供應不足而導致化學不完全燃燒損失增大;鍋爐過量空氣系數(shù)過大，會降低爐膛溫度導致化學不完全燃燒損失增大，同時增大煙氣排放量，增加排煙熱損失，出力下降。由圖2可知，經(jīng)測試的177臺燃氣鍋爐中有149臺超出限定值，所占比例為測試總量的84.18%，過量空氣系數(shù)最大為2.56，最小為1.00，平均為1.30，從測試結果分析來看，普遍偏大。因此，對燃氣鍋爐進行調(diào)試時，應將過量空氣系數(shù)控制在TSG G0002-2010《鍋爐節(jié)能技術監(jiān)督管理規(guī)程》規(guī)定的范圍。

4.4散熱損失q5

散熱損失q5與鍋爐的爐型及結構有關，為減少散熱損失q5，散熱損失大小主要是爐體外表面相對面積和外壁溫度決定的。根據(jù)TSG 0003-2010 《工業(yè)鍋爐能效測試與評價規(guī)則》，鍋爐熱效率簡單測試過程中，散熱損失依據(jù)鍋爐出力直接查表，散熱損失q5隨鍋爐容量的增加而減小，q5還與鍋爐運行負荷有關，隨著鍋爐運行負荷的減小而增加，當鍋爐出力低于額定出力的75%時，還需要按規(guī)定修正。因此鍋爐宜在設計負荷處運行，有助于減少散熱損失q5，提高熱效率。

5、結論

本文通過對經(jīng)過能效測試的177臺鍋爐的綜合分析，分別分析了鍋爐各項熱損失，重點討論了排煙熱損失q2和氣體不完全燃燒熱損失q3以及散熱損失q5對燃氣鍋爐熱效率的影響。提出降低排煙溫度和應將過量空氣系數(shù)控制在TSG G0002-2010《鍋爐節(jié)能技術監(jiān)督管理規(guī)程》規(guī)定的范圍是減小鍋爐熱損失，提高鍋爐熱效率的關鍵工作，要求增加節(jié)能器，改善調(diào)節(jié)配風，以促成各項熱損失的最小化。

在本次177臺測試燃氣鍋爐中達到《鍋爐節(jié)能技術監(jiān)督管理規(guī)程》限定值要求的為27臺，所占比例為測試總量的15.25%，可見目前燃氣鍋爐熱效率仍然有很大的潛力，距離目標值更是有很大的空間。

參考文獻

1、GB/T 10180-2017《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗規(guī)程》

2、TSG G0002-2010 《鍋爐節(jié)能技術監(jiān)督管理規(guī)程》

3、TSG G0003-2010 《工業(yè)鍋爐能效測試與評價規(guī)則》