热效率简单测试应用于燃油锅炉节能减排研究

摘要：文章就如何应用在用锅炉运行工况热效率简单测试手段服务于燃油锅炉节能减排进行了深入分析总结。运用测试数据，可了解锅炉运行工况热效率，可准确分析燃烧故障，可指导调节燃烧风油比，可预测锅炉热效率可提升空间，同时可提升企业节能意识和管理、操作技能。

关键词：在用锅炉；热效率；简单测试；节能减排

中图分类号：TK223 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）12-0096-03

通过近两年的在用锅炉运行热效率测试，统计测试数据，发现燃油锅炉热效率不容乐观，燃油锅炉测试53台，平均蒸发量3.3t/h，平均测试热效率84.9%、排烟温度228.8℃、排烟处过量空气系数1.37。均达不到《锅炉节能技术监督管理规程》（TSG G0002-2010）要求。这还是在经过预测试调整后最佳燃烧效果下的测试结果。根据《工业锅炉能效测试与评价规则》（TSG G2003-2010）测算，当排烟温度、过量空气系数符合TSG G2003-2010要求时，燃油锅炉热效率可提升4.3%。

因此，如何通过在用锅炉运行工况热效率简单测试来指导燃油锅炉热效率提升具有实用意义。本文通过能效测试数据，测试现场发现的操作问题、设备问题及燃料问题，分析影响锅炉热效率主要因素，结合德国威索燃烧器压力式机械雾化技术参数，应用于促进燃油锅炉节能

减排。

1 燃油工业锅炉热效率测试数据分析及可提升空间预测

锅炉运行工况热效率简单测试，是依据《锅炉节能技术监督管理规程》（TSG G0002-2010）、《工业锅炉能效测试与评价规则》（TSG G0003-2010）、《工业锅炉热工性能试验规程》（GB/T10180-2003）等，运用反平衡测试法，通过锅炉排烟处烟气成分分析，测试锅炉排烟处CO、O2、RO2含量及计算过量空气系数，测试排烟温度，测试入炉冷空气温度，计算q2排烟热损失、q3化学不完全燃烧热损失，根据锅炉出力查表计算q5散热损失，得出燃油锅炉热效率ηj=100-q2-q3-q5。

通过对53台燃油锅炉简单热效率测试，用反平衡法测试分析，主要影响燃油锅炉热效率是q2排烟热损失，见附表1，q2值10.6%。

影响排烟热损失的主要因素是过量空气系数和排烟温度，当排烟温度在150℃时，过量空气系数每增加0.1，排烟热损失将增加0.5%左右；排烟温度越高，增加越多；当排烟处过量空气系数为1.3时，排烟温度每增加10℃，排烟热损失将增加0.3%左右。

可节能空间预测是根据《工业锅炉能效测试与评价规则》（TSG G2003-2010）测算，对于微正压燃烧锅壳式燃油工业锅炉，过量空气系数为1.15，排烟温度为170℃时，热效率可提升空间能达到4.3%。测算过程如下：53台测试燃油锅炉入炉冷空气温度平均值为27.8℃，当过量空气系数为1.15、排烟温度为170℃时，通过公式1可计算q2"=6.35%，比较q2可提升热效率4.3%。

公式1：

对于燃油燃气锅炉：m=0.5；n=3.45；q4=0。

2 针对过量空气系数过高问题分析及措施建议

对于燃油锅炉，过量空气系数过高主要是因风油比调整不好造成。在实际测试过程中发现风油比调整不好主要原因是锅炉使用管理和操作人员对于燃油锅炉运行参数不了解，运行管理不好，雾化参数变化不懂调整，有的甚至任意调整雾化参数等，造成过量空气系数过高。总结后归纳为两点：一是没有调好，在测试中能够通过测试数据指导调整好的情况；二是“不能调好”，主要是雾化参数不能在检测中及时调整，需要通过设备元件检查、维修、更换后才能正确调整的情况。

没有调好原因分析。第一，人为调低高压油泵出口压力，测试中多次遇到操作人员调低雾化压力，理由是雾化压力高会加快油泵和喷油嘴磨损，缩短油泵和喷油嘴使用寿命。通过调整合适雾化压力后，解决雾化不良问题。在解决此问题时发现，多数燃油供应系统都存在管路系统没有排空气装置及无供油泵的日用油箱安装高度不足问题，个别情况存在回油管未正确接回日用油箱，而是接回高压油泵入口，燃油中含有的水分气化，气体进入油泵，造成油泵空转加速磨损，这才是油泵寿命缩短的真正原因。第二，初始运行燃烧器未做精准调整，存在燃烧负荷变化时过量空气系数差别大，体现为燃小火时过量空气系数正常，而在转换为大火时过量空气系数偏大，反之情况也存在。第三，油品变化后或更换油泵和喷嘴后，未及时调整风油比，燃料变化后热值下降或更换油泵或喷油嘴后造成供油量下降，而风门位置不变，造成过量空气系数升高。

对于上述没有调好的问题处理措施。先检查燃烧机对应的雾化条件，如不符合条件，先调整燃油温度或雾化压力至符合条件后方可开始调整风油比。通过调整各极燃烧位置的风门开度来降低过量空气系数，基本方法为：调小风门开度，直至烟囱冒黑烟，然后逐级调大风门至不冒黑烟为止。调整后测试排烟处烟气成分含量印证，如过量空气系数满足要求，则调整成功。

对于德国威索燃用重油的燃烧器的雾化压力和温度要求，简单压力雾化方式的雾化压力要求为2.0～2.5MPa，滑动调节方式的雾化压力为2.5～3.0MPa；燃油雾化粘度要求在2.5～3.5E，高限不应大于5.5E，对应180#重油的雾化温度不应低于110℃、日用油箱及供油管道温度控制在50℃～70℃之间。

如不符合要求，情况有二：一是雾化条件因存在其他问题未能调整至满足雾化质量要求；二是满足雾化压力、温度参数要求，调整风油后过量空气系数依然偏差过大或不稳定，则燃烧器存在其他问题，属于“不能调好”分析范畴。

对于“不能调好”问题鉴别及处理，存在以下五种常见情况。第一，燃油温度控制不好，一是燃油雾化温度不足，油粘度大，流动性差，雾化质量不好。经调整180#重油雾化温度至110℃，测试排烟处过量空气系数满足要求；二是重油日用油箱温度控制不好，常见企业为了节约加热电费，认为夏天日用油箱重油不用加热也能流动，造成供油不畅，通过恢复加热，控制180#重油供油温度在65℃左右，观察燃烧稳定，调整风油比后，测试排烟处过量空气系数满足要求。第二，雾化压力不满足雾化条件要求，因高压油泵磨损，调整油泵出口压力至极限，出口压力还不能满足雾化压力要求，通过要求使用单位更换油泵，调整雾化压力，调整风油比，经过烟气成分分析验证，解决此问题，同时提出管系排气装置改进和操作要求，防止高压油泵异常磨损失效问题。第三，由于喷嘴磨损引起雾化不良造成，喷嘴磨损，喷口直径增大，形成油膜变厚，雾化油滴直径大，气化时间长，来不及气化的油滴受热分解，造成冒黑烟。要改善冒黑烟，只能通过调大风门，加大风量来改善雾化质量，造成过量空气系数变大，其特点是排烟处一氧化碳指标随着氧含量增大而增大。通过更换喷油嘴后问题解决。第四，燃烧系统设备日常维护不好，一是储油罐卸油后未静置一定时间脱水或日用油箱没有及时排水，造成燃油含水量高且不均匀，不但燃烧不稳定，热值下降，过量空气系数升高；二是过滤器、喷油嘴脏堵，造成雾化不良，燃烧火焰不稳，正常过量空气系数状态时燃烧冒黑烟；三是风门伺服控制系统执行机构磨损或损坏，风门不能转换或转换定位精度低，特点是转换火力后风门未跟进或转换火力后过量空气系数变化大。通过纠正管理和操作不规范问题，或更换风门伺服电机，测试后验证解决。第五，稳焰器位置错误或燃烧筒烧毁，稳焰器位置太后，回流区远离燃燃烧器，着火点推迟，燃烧不稳，点火困难。稳焰器位置太前，回流区靠前，燃烧筒易被烧坏，有错误做法是提高风量、风速来解决，结果造成过量空气系数偏高。可通过观察火焰进行判别，火焰白橙色且稳定，表明燃烧良好。

3 针对排烟温度过高问题分析及措施建议

锅炉设计排烟温度不符合要求，同时实际运行工况与设计工况存在差异，造成排烟温度偏高。目前本地区燃油锅炉大多是20世纪90年代到2000年设计制造的，设计的排烟温度根据蒸发量大小在220℃～240℃范围内，不能满足现行排烟温度要求。即使近年设计的燃油锅炉排烟温度在170℃，但实际运行工况下测试的排烟温度多在200℃（小火）和220℃（大火）。因此，增加尾部受热面成为很好的节能措施。目前，市面上有不少锅炉余热利用产品，如烟道式余热水箱、烟道式管式换热器等，其价格也不高，节能效果不错，排烟温度均能降低至150℃以下，通过加装此类设备的用户自己测算，一般情况，在半年时间即可回收投资成本。

对于非漏风引起的过量空气系数过大，可造成排烟温度升高。锅壳式燃油锅炉特点是严密性好，微正压燃烧，同一台锅炉烟管流通截面积一定，当过量空气系数增大，烟气量增大，流过受热面烟气流速增大，换热时间缩短，是造成排烟温度升高原因之一，实测过程中曾经多次遇见下调过量空气系数后排烟温度也跟着下降。

受热面结垢、结焦、积灰，受热面被覆盖，传热效果差，排烟温度升高。水垢、烟灰的导热性能很差，只是钢铁导热能力的1/50～1/30，根据测试，燃油锅炉管壁结生1.0mm的水垢，就要多消耗8%的燃料。因此，应提升锅炉运行水质管理水平，防止锅炉生结水垢应加强运行管理和操作技能提升，正确调整燃烧，防止结焦积灰，及时清除水垢、结焦、积灰。

隔烟墙破损引起烟气短路。本地区还存在一定数量干背式燃油锅炉，第一、三烟程隔烟墙破损，从炉膛出来高温烟气部分未经过二、三烟程受热面进行热交换就从排烟口排出锅炉，是造成排烟温度异常升高。判断依据，先了确定该锅炉是否为干背式锅炉，再查运行记录了解原来排烟温度范围进行确定，如发现排烟温度异常升高，应督促用户及时停炉检查修复。

4 结语

第一，通过测试数据分析，主要影响燃油锅炉热效率是排烟热损失。第二，排烟热损失是因过量空气系数偏大和排烟温度偏高引起。第三，要解决过量空气系数偏高问题，需要检测人员、锅炉管理或操作人员掌握燃油锅炉燃烧系统及各项运行参数和维护保养知识，运用锅炉热效率简单测试数据和燃烧器雾化质量的温度、压力参数的差异来发现问题，同时能够正确分析解决问题。第四，为了能够及时发现锅炉运行时过量空气系数异常，可在锅炉排烟处装设烟气含氧量仪表，及时发现燃烧异常，及时处理解决。

热效率测试的主要目的有三个：第一，摸排锅炉热效率状况，向政府及社会汇报锅炉能耗情况，及时得到政府政策支持，获得社会关注，共同努力节能减排；第二，及时发现锅炉能耗异常问题，通过现场指导，解决目前中小锅炉用户专业人才配备不足问题，及时得到专业服务；第三，分析测试数据，发现节能减排努力方向，有利于设计制造单位设计制造出更节能的锅炉产品，有利于锅炉用户不断提升管理操作水平，有利于配套的专业服务机构研发出节能产品和服务手段。

要达到全社会节能减排，赶超中等发达国家单位GDP能耗水平，不但需要政府的政策支持，全员节能意识的提升，还需要有大量基层专业的锅炉热效率测试人员，通过简单易行的测试手段，广泛服务企业节能减排。

附符号说明：

ηj：按照简单测试方法计算的锅炉热效率，单位：（%）

q2：排烟热损失，单位：（%）

q3：气体不完全燃烧热损失，单位：（%）

q4：固体不完全燃烧热损失，单位：（%）

q5：散热损失，单位：（%）

q6：灰渣物理热损失，单位：（%）

tpy：排烟温度，单位：（℃）

tlk：ty入炉冷空气温度，单位：（℃）

αpy：排烟处过量空气系数

m、n：燃料计算系数

参考文献

[1] 樊利.燃油锅炉安全技术[M].北京：原子能出版社，1999.

[2] 韩昭沧.燃料及燃烧[M].北京：冶金工业出版社，2007.

[3] 王春莲，冯立人，沈贞珉，徐福安.燃气燃油锅炉培训教材[M].北京：航空工业出版社，2004.

作者简介：江旭（1961—），男，福建宁德人，福建省锅炉压力容器检验研究院漳州分院检验一室主任，工程师，研究方向：锅炉检验。

（责任编辑：叶小坚）