廣州市在用工業(yè)有機(jī)熱載體鍋爐能效現(xiàn)狀分析與安全節(jié)能對(duì)策

黃曉霞，孫何瑞，伍路遙，董進(jìn)寧

（1.廣州市節(jié)能中心，廣東 廣州 510080；2.廣州特種承壓設(shè)備檢測(cè)研究院，廣東 廣州 510080）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)飛速發(fā)展，工業(yè)鍋爐安全高效運(yùn)行對(duì)輕紡工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、建筑業(yè)、化學(xué)工業(yè)、能源工業(yè)、冶金工業(yè)和軍工業(yè)等行業(yè)起著越來(lái)越重要的作用。有機(jī)熱載體鍋爐是以煤、油、可燃?xì)?、電能等為能源輸入，以?dǎo)熱油為加熱介質(zhì)，以獲得低壓、高溫的傳熱效果而節(jié)約生產(chǎn)成本的特種工業(yè)爐[1-2]。隨著近年來(lái)我國(guó)環(huán)保政策的收緊、各種標(biāo)準(zhǔn)的提高，以及燃油燃?xì)獾膬r(jià)格上漲和供應(yīng)趨緊，燃料成本在工業(yè)鍋爐總成本中占比不斷上升，開(kāi)展工業(yè)鍋爐能效現(xiàn)狀分析、能效提升和節(jié)能改造是大勢(shì)所趨，工業(yè)鍋爐的節(jié)能研究作為熱點(diǎn)領(lǐng)域，被眾多專(zhuān)家學(xué)者所關(guān)注。廣州特種承壓設(shè)備檢測(cè)研究院張佳等[3]調(diào)查研究廣東省內(nèi)30臺(tái)新安裝（在一年內(nèi)辦理登記證）鍋爐，對(duì)使用單位提出了運(yùn)行方面的建議。四川省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院陳娟等[4]在大量調(diào)研和采集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分析研究得到了四川省有關(guān)燃煤工業(yè)鍋爐的現(xiàn)狀，并對(duì)政府提出了9點(diǎn)管理建議。此外，也有一些學(xué)者致力于分析關(guān)于工業(yè)鍋爐的各指標(biāo)（管理、技術(shù)、安全、環(huán)保等），建立完善相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，為工業(yè)鍋爐節(jié)能減排提供科學(xué)依據(jù)[5]。綜合而言，國(guó)內(nèi)對(duì)于工業(yè)鍋爐的節(jié)能改造進(jìn)行了一定研究，但對(duì)于采用有機(jī)熱載體作為介質(zhì)的特種工業(yè)爐的系統(tǒng)研究較少，本文通過(guò)對(duì)廣州市在用有機(jī)熱載體鍋爐運(yùn)行、管理現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研統(tǒng)計(jì)分析，以期為有機(jī)熱載體鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行管理提供參考，并選取其中199臺(tái)工業(yè)鍋爐，通過(guò)能效測(cè)試方法獲得其能耗現(xiàn)狀，提出節(jié)能減排的建議。

1 廣州市有機(jī)熱載體鍋爐使用現(xiàn)狀

廣州市在用有機(jī)熱載體鍋爐使用單位共391家，排除擁有鍋爐的廠家或公司停產(chǎn)、鍋爐被所在區(qū)的環(huán)保部門(mén)查封、鍋爐已停用但未及時(shí)報(bào)停幾種情況，抽取110家進(jìn)行普查，未普查的鍋爐使用企業(yè)281家，總體普查率為28.1%。針對(duì)鍋爐持證與試驗(yàn)管理情況、鍋爐使用與運(yùn)行情況兩個(gè)方面進(jìn)行普查分析?？偨Y(jié)得出目前廣州市在用有機(jī)熱載體鍋爐的運(yùn)行管理上存在的不規(guī)范問(wèn)題。

1.1 鍋爐持證、取樣配置與試驗(yàn)管理情況

全市普查各有機(jī)熱載體鍋爐持證具體情況，持證鍋爐共134臺(tái)，占97%；未持證鍋爐4臺(tái)，占3%?！跺仩t安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[6]規(guī)定：鍋爐的使用單位，在鍋爐投入使用前或者投入使用后30日內(nèi)，應(yīng)當(dāng)按照規(guī)定到質(zhì)監(jiān)部門(mén)逐臺(tái)辦理登記手續(xù)，而廣州市存在少數(shù)鍋爐長(zhǎng)期未持證投運(yùn)的現(xiàn)象，不利于監(jiān)察部門(mén)的規(guī)范管理。

全市普查各有機(jī)熱載體鍋爐取樣器情況，其中鍋爐擁有取樣器共71臺(tái)，約占普查總數(shù)的51%，不擁有取樣器共67臺(tái)，約占普查總數(shù)的49%。根據(jù)規(guī)程規(guī)定，系統(tǒng)至少應(yīng)當(dāng)設(shè)置一個(gè)有機(jī)熱載體的取樣冷卻器，以保證被測(cè)有機(jī)熱載體樣品具有代表性和取樣人員在操作過(guò)程中的安全，但是專(zhuān)項(xiàng)檢查顯示存在49%的有機(jī)熱載體鍋爐沒(méi)有依據(jù)相關(guān)規(guī)定配置取樣器。

各鍋爐的型式試驗(yàn)報(bào)告總體情況如圖1所示，其中鍋爐擁有型式試驗(yàn)報(bào)告占61臺(tái)，約占普查總數(shù)的44%，無(wú)型式試驗(yàn)報(bào)告的占77臺(tái)，約占普查總數(shù)的56%?！队袡C(jī)熱載體》[7]規(guī)定了型式試驗(yàn)的項(xiàng)目。報(bào)告內(nèi)容反映鍋爐質(zhì)量，缺少型式試驗(yàn)報(bào)告的使用單位應(yīng)加以重視。

各有機(jī)熱載體的出廠檢驗(yàn)報(bào)告總體情況如圖1所示，其中有機(jī)熱載體擁有出廠檢驗(yàn)試驗(yàn)報(bào)告62臺(tái)，占普查總數(shù)的45%，無(wú)型式試驗(yàn)報(bào)告76臺(tái)，占普查總數(shù)的55%。調(diào)查有機(jī)熱載體檢驗(yàn)頻率，一年檢驗(yàn)一次的有136臺(tái)，約占總數(shù)的99%；未檢過(guò)的有2臺(tái)，約占總數(shù)的1%。《有機(jī)熱載體安全技術(shù)條件》[8]規(guī)定供應(yīng)商應(yīng)提供由國(guó)家主管部門(mén)認(rèn)可的檢測(cè)機(jī)構(gòu)出具的該產(chǎn)品型式試驗(yàn)報(bào)告與出廠質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告，同時(shí)規(guī)定了一年檢驗(yàn)一次的有機(jī)熱載體檢驗(yàn)頻率。

圖1 有機(jī)熱載體鍋爐持證、取樣器、型式試驗(yàn)報(bào)告、出廠檢驗(yàn)試驗(yàn)報(bào)告、檢驗(yàn)頻率情況

以上普查數(shù)據(jù)說(shuō)明對(duì)于持證、取樣等工作，部分企業(yè)管理不規(guī)范。同時(shí)型式試驗(yàn)報(bào)告與出廠檢驗(yàn)試驗(yàn)報(bào)告的缺失問(wèn)題嚴(yán)重，均達(dá)到50%以上。另外有小部分單位未進(jìn)行有機(jī)熱載體檢驗(yàn)，存在鍋爐安全運(yùn)行隱患。

1.2 有機(jī)熱載體使用與管理情況

有機(jī)熱載體最高使用溫度如圖2所示，220℃以下共42臺(tái)，占30.43%；220℃~280℃共61臺(tái)，占44.2%；280℃以上共33臺(tái)，占23.91%。情況不明2臺(tái)，占1.45%。按照《有機(jī)熱載體熱穩(wěn)定性測(cè)定法》[9]，確定有機(jī)熱載體的最高使用溫度，進(jìn)一步規(guī)定鍋爐最高工作溫度，有機(jī)熱載體的最高使用溫度至少應(yīng)高于有機(jī)熱載體鍋爐最高工作溫度10℃。此次普查中，存在2臺(tái)鍋爐有機(jī)熱載體最高使用溫度不明，非常危險(xiǎn)，須盡快整改。

圖2 有機(jī)熱載體最高使用溫度情況

有機(jī)熱載體使用時(shí)間如圖3所示，主要集中在1-5年共有67臺(tái)，占48.55%；1年以下共有17臺(tái)，占12.32%；5-10年共有27臺(tái)，占19.57%；10年以上共有6臺(tái)，占4.35%；情況不明21臺(tái)，占15.22%。

圖3 有機(jī)熱載體使用時(shí)間

有機(jī)熱載體新舊混用情況如圖4所示，混用的共55臺(tái)，占39.9%；不混用的共80臺(tái)，占58.0%；情況不明的共3臺(tái)，占2.1%。

圖4 有機(jī)熱載體新舊混用、儲(chǔ)罐、脫氣脫水、化學(xué)清洗情況

規(guī)范指出以下情況中，在用有機(jī)熱載體應(yīng)全部或部分更換：運(yùn)動(dòng)黏度、酸值、殘?zhí)肌⑽廴境潭冗_(dá)到停止使用指標(biāo)，同時(shí)有機(jī)熱載體難以有效回收至允許使用的質(zhì)量指標(biāo)。有機(jī)熱載體的混用應(yīng)該滿(mǎn)足一定條件。注意不同化學(xué)組成的氣相有機(jī)熱載體與液相有機(jī)熱載體不得混用。

調(diào)查有機(jī)熱載體儲(chǔ)罐情況，如圖4所示。所調(diào)查的所有鍋爐中，134臺(tái)有儲(chǔ)罐，占97.1%；2臺(tái)為無(wú)儲(chǔ)罐，占1.4%，白云區(qū)和花都區(qū)各1臺(tái)；2臺(tái)儲(chǔ)罐情況不明，占1.4%，都在花都區(qū)。

調(diào)查有機(jī)熱載體脫氣脫水情況，如圖4所示。所調(diào)查的所有鍋爐中，115臺(tái)有脫氣脫水，占83.3%；23臺(tái)為無(wú)脫氣脫水，占16.7%。

調(diào)查有機(jī)熱載體化學(xué)清洗情況，如圖4所示。所調(diào)查的所有鍋爐中，105臺(tái)有化學(xué)清洗，占76.1%；33臺(tái)為無(wú)化學(xué)清洗，占23.9%。

以上數(shù)據(jù)說(shuō)明部分使用單位對(duì)于有機(jī)熱載體的最高使用溫度、使用時(shí)間、新舊混用情況、有無(wú)儲(chǔ)罐等信息不了解，其中有機(jī)熱載體使用時(shí)間不明問(wèn)題較為嚴(yán)重，情況不明者占15.2%。同時(shí)脫氣脫水與化學(xué)清洗流程缺失，分別有16.7%和23.9%鍋爐沒(méi)有進(jìn)行脫氣脫水和化學(xué)清洗。

2 能效統(tǒng)計(jì)分析

選取廣州市199臺(tái)有機(jī)熱載體鍋爐進(jìn)行能效檢測(cè)試驗(yàn)，其中燃柴油鍋爐67臺(tái)，燃?xì)忮仩t132臺(tái)，制造時(shí)間在1997-12-01到2019-05-30之間。容量分布見(jiàn)表1。

表1 容量分布

檢測(cè)得到199臺(tái)有機(jī)熱載體鍋爐熱效率最高為94.6%，最低為76.91%，算數(shù)平均值為87.39%。根據(jù)《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》[10]中第五條所規(guī)定，199臺(tái)鍋爐中熱效率低于標(biāo)準(zhǔn)值的有100臺(tái)，即50.25%，熱效率超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值的有99臺(tái)，即49.75%。199臺(tái)鍋爐中熱效率低于目標(biāo)值的有179臺(tái)，即89.95%，熱效率超過(guò)目標(biāo)值的有20臺(tái)，即10.05%。以上數(shù)據(jù)說(shuō)明，工業(yè)鍋爐熱效率較少達(dá)到規(guī)程中的目標(biāo)值，低于標(biāo)準(zhǔn)值也是普遍存在的問(wèn)題。

2.1 容量與熱效率關(guān)系

額定容量D≤1.4 MW的有機(jī)熱載體鍋爐有132臺(tái)，其中63臺(tái)熱效率符合《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》[10]中第五條所規(guī)定，合格率47.73%，熱效率算數(shù)平均值為86.72%。1.4 MW＜D≤2 MW鍋爐有33臺(tái)，其中18臺(tái)熱效率合格，合格率54.55%，熱效率算數(shù)平均值為87.78%。2 MW＜D≤4 MW鍋爐有25臺(tái)，其中15臺(tái)熱效率合格，合格率60%，熱效率算數(shù)平均值為88.55%。4 MW＜D鍋爐有9臺(tái)，其中8臺(tái)熱效率合格，合格率88.89%，熱效率算數(shù)平均值為92.53%，如圖5所示。由上述數(shù)據(jù)可知，隨著額定容量上升，熱效率增加，合格率也增加。

圖5 容量與熱效率關(guān)系

所調(diào)查鍋爐整體合格率偏低，隨著額定容量上升，熱效率增加，合格率也增加。這種現(xiàn)象與大小鍋爐在管理運(yùn)行方面的差別有密切聯(lián)系。鍋爐所屬機(jī)構(gòu)單位使用者、管理者對(duì)于節(jié)能知識(shí)缺乏理解，對(duì)于節(jié)能的重要性缺乏認(rèn)知，個(gè)別工作人員對(duì)節(jié)能工作不熱心、不認(rèn)真，個(gè)別企業(yè)忽視節(jié)能工作，甚至沒(méi)有配備統(tǒng)計(jì)能耗的基本計(jì)量器具。另外為了節(jié)約成本，以及管理水平不足，部分企業(yè)購(gòu)買(mǎi)能耗水平低的舊鍋爐或不合規(guī)定的鍋爐，在燃料管理上也較為粗放，造成巨大浪費(fèi)。在以上方面，大型鍋爐優(yōu)于小型鍋爐[3]。徐通模[11]提出鍋爐容量減少使得鍋爐爐膛相對(duì)散熱比表面積迅速增加，燃燒強(qiáng)度下降，加大了著火、燃燒和燃盡的難度。

2.2 排煙溫度與熱效率關(guān)系

鍋爐排煙是影響熱效率的關(guān)鍵因素。統(tǒng)計(jì)132臺(tái)燃?xì)庥袡C(jī)熱載體鍋爐的排煙溫度，排煙溫度算數(shù)平均值為170.93℃。

排煙溫度tpy≤100℃的鍋爐有20臺(tái)，其中7臺(tái)熱效率合格，合格率35%，熱效率算數(shù)平均值為93.43%。排煙溫度100℃＜tpy≤170℃的鍋爐有14臺(tái)，其中11臺(tái)熱效率合格，合格率78.57%，熱效率算數(shù)平均值為91.08%。排煙溫度170℃＞tpy的鍋爐有7臺(tái)，其中0臺(tái)熱效率合格，合格率0%，熱效率算數(shù)平均值為84.69%。由上述數(shù)據(jù)可知，隨著排煙溫度上升，熱效率下降，熱效率合格率也下降。

一般來(lái)說(shuō)，在相同的燃燒強(qiáng)度和空氣過(guò)量系數(shù)的條件下，當(dāng)排煙溫度每升高10℃時(shí)，熱效率就將降低0.42%（α為1.1時(shí)）～0.73%（α為2時(shí)）。排煙溫度對(duì)于熱效率的影響主要體現(xiàn)在對(duì)于排煙熱損失q2的影響。如圖6所示，計(jì)算各鍋爐的排煙損失發(fā)現(xiàn)：排煙溫度tpy≤170℃的鍋爐q2算數(shù)平均值為2.57%，排煙溫度170＜tpy≤200℃的鍋爐q2算數(shù)平均值為5.65%，排煙溫度tpy＞200℃的鍋爐q2算數(shù)平均值為11.41%。由上述數(shù)據(jù)可知，隨著排煙溫度上升，排煙熱損失上升，導(dǎo)致熱效率下降。

圖6 排煙溫度與排煙熱損失、熱效率關(guān)系

2.3 安全節(jié)能對(duì)策

從以上調(diào)研和檢測(cè)可見(jiàn)，工業(yè)鍋爐熱效率較少達(dá)到規(guī)程中的目標(biāo)值，低于標(biāo)準(zhǔn)值也是普遍存在的問(wèn)題。原因之一是大部分鍋爐均存在所謂的“大馬拉小車(chē)”問(wèn)題，在低負(fù)荷下運(yùn)行導(dǎo)致各種運(yùn)行參數(shù)與額定值的偏離，造成熱效率偏低，所以對(duì)此現(xiàn)象應(yīng)加強(qiáng)節(jié)能監(jiān)管，提高負(fù)荷率。政府應(yīng)積極推行“壓小上大”的方針，對(duì)于不合格的小型鍋爐中一部分進(jìn)行淘汰，將工業(yè)鍋爐的大型化作為努力方向之一。同時(shí)重視對(duì)于小型鍋爐在管理運(yùn)營(yíng)方面的優(yōu)化與創(chuàng)新，力求在節(jié)能上實(shí)現(xiàn)突破。

通常來(lái)說(shuō)，排煙熱損失隨著排煙溫度上升而上升，進(jìn)而導(dǎo)致熱效率下降。對(duì)于高排煙溫度的天然氣鍋爐，為提高其熱效率，建議采用安裝冷凝型余熱回收節(jié)能器方式回收余熱，回收高溫?zé)煔庵械乃魵鉂摕崮芰俊?/p>

為了達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)，需要各部門(mén)的努力。使用單位應(yīng)做好員工的培訓(xùn)，提高運(yùn)行水平，完善管理制度。不能一味追求經(jīng)濟(jì)效益，在環(huán)保上只滿(mǎn)足于應(yīng)付監(jiān)管。監(jiān)管部門(mén)應(yīng)做好節(jié)能培訓(xùn)與節(jié)能宣傳，讓使用單位真正明白節(jié)能減排對(duì)于企業(yè)發(fā)展的重要作用。也要嚴(yán)防各個(gè)運(yùn)行參數(shù)上的弄虛作假，嚴(yán)加監(jiān)管。值得一提的是，各部門(mén)在工業(yè)鍋爐節(jié)能減排過(guò)程中不應(yīng)單獨(dú)作戰(zhàn)，應(yīng)在各司其職的前提下積極溝通，相互協(xié)調(diào)。

3 結(jié)論

針對(duì)廣州市在用有機(jī)熱載體工業(yè)鍋爐能耗現(xiàn)狀，廣州市特種承壓設(shè)備檢測(cè)研究院聯(lián)合廣州匯錦能效公司發(fā)起普查和試驗(yàn)檢測(cè)，形成結(jié)論如下：

（1）對(duì)于持證、取樣等工作，部分企業(yè)管理不規(guī)范。同時(shí)型式試驗(yàn)報(bào)告與出廠檢驗(yàn)試驗(yàn)報(bào)告的缺失問(wèn)題嚴(yán)重。另外有小部分單位未進(jìn)行有機(jī)熱載體檢驗(yàn)，有機(jī)熱載體鍋爐存在一定的管理風(fēng)險(xiǎn)，需要加強(qiáng)監(jiān)督管理。

（2）部分使用單位對(duì)于有機(jī)熱載體的最高使用溫度、使用時(shí)間、新舊混用情況、有無(wú)儲(chǔ)罐等信息不了解，其中有機(jī)熱載體使用時(shí)間不明問(wèn)題較為嚴(yán)重，存在鍋爐安全運(yùn)行隱患。

（3）檢測(cè)和分析發(fā)現(xiàn)，廣州地區(qū)工業(yè)有機(jī)熱載體鍋爐的熱效率合格率較低，存在較大的節(jié)能潛力，而小容量鍋爐較多和排煙溫度較高是重要原因。這同時(shí)也反映出了全國(guó)工業(yè)有機(jī)熱載體鍋爐能耗的狀況和水平。

（4）為提高其熱效率，建議對(duì)排煙溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)鍋爐排煙溫度不正常上升或下降，應(yīng)分析原因，及時(shí)調(diào)整燃燒狀況。采用經(jīng)濟(jì)燃燒技術(shù)，如高溫空氣助燃、高溫空氣燃燒、新型燃燒技術(shù)。在爐尾部煙道加裝熱管蒸發(fā)器、熱管省煤器、冷凝型余熱回收器等低溫受熱面回收余熱。