杭州在用工业锅炉改造运行能效状况分析

邱征宇 赵 辉 熊伟东 宋 悦

(杭州市特种设备检测研究院 杭州 310051)

杭州在用工业锅炉改造运行能效状况分析

邱征宇 赵 辉 熊伟东 宋 悦

(杭州市特种设备检测研究院 杭州 310051)

本文对200台煤改气、煤改生物质工业锅炉进行了能效测试，从排烟温度、过量空气系数、炉渣含碳量、炉体外表面温度、CO含量及锅炉热效率方面对结果进行了分析。结果表明：燃煤工业锅炉改造基本完毕；锅炉平均排烟温度为181．9℃，总体趋稳；过量空气系数超标严重，仍有80%超标；炉渣含碳量略有下降；炉体外表面温度平均值为45．1℃，保温措施一般；燃煤/生物质锅炉平均热效率为75．71%，燃油/气锅炉为88．16%，热效率基本持平；燃煤/生物质锅炉漏风严重，影响热效率提高；总体负荷率偏低，燃煤/生物质锅炉平均只有50%。

工业锅炉 能效测试 热效率

1 使用现状

工业锅炉是我国重要热能动力设备,也是能耗大户和污染大户。截至2015年底,我国锅炉总数达57.92万台［1］,其中工业锅炉约57万台,以燃煤锅炉为主;年耗煤量达7.2亿吨标煤,约占我国能源消费总量的20%［2］;燃煤工业锅炉污染物排放是重要污染源,年排放烟尘、二氧化硫、氮氧化物分别占全国排放总量的33%、27%、9%［3］;燃煤锅炉实际运行效率整体偏低,与国际先进水平相差10%～15%。杭州市2015年实际在用工业锅炉为5274台,占在用锅炉总数的97%。其中,投用7年以上的在用老旧锅炉为2854台,占在用锅炉总数的53%。从燃料看,燃煤/生物质锅炉为3199台,约占在用工业锅炉总数61%,为工业锅炉主体;从出口介质看,蒸汽锅炉为4908台,占在用工业锅炉总数的90%,其中小于1t/h锅炉为2365台,占蒸汽锅炉总量的49%,为工业锅炉主体;从容量看,工业锅炉额定蒸发量约8376t/h。通过上述分析,我国工业锅炉整体水平不高,特别是燃煤工业锅炉与世界先进国家相比有明显差距,这也说明其节能减排潜力巨大。

开展锅炉能效测试,并据此指导锅炉使用单位开展锅炉节能管理和节能改造,对于促进节约发展、清洁发展,具有重要意义。目前,我国许多能效测试机构已开展能效测试普查,相关测试研究已经开展［4-7］。2016年,G20杭州峰会的召开使得杭州市工业锅炉节能环保改造步伐加快,为了能够有效掌握在用工业锅炉改造后整体运行能效状况,项目组对改造后200台工业锅炉进行了能效测试,对结果进行了分析。希望通过能效指标分析,查找锅炉在能效方面存在的问题,提出解决方案,为锅炉后续节能环保措施提供理论数据和技术依据。

2 测试要求

2.1 测试范围

本次在用工业锅炉能效测试共计200台,其中,杭州市区68台、萧山区20台、余杭区22台、富阳区38台、临安市23台、建德市10台、桐庐县8台、淳安县11台。2016年我国的经济形势仍较严峻,加上G20杭州峰会的召开,杭州市加强了锅炉煤改气、煤改生物质力度,燃煤锅炉基本停用。因此,如图1所示,测试锅炉中燃煤锅炉只有6台,燃生物质锅炉44台,燃油/气锅炉 150台,占2/3。

图1 锅炉测试种类

2.2 测试依据

能效测试采用文献［8］中锅炉运行工况热效率简单测试规则,指标判断依据文献［9］和文献［10］要求。

2.3 计算方法

热效率计算采用反平衡法,即通过测定各种燃烧产物热损失和锅炉散热损失来确定效率的方法。此法有利于对锅炉进行全面的分析,找出影响热效率的各种因素,提出提高热效率的途径。

2.4 分析指标

分析指标为排烟温度、过量空气系数、炉渣含碳量、炉体外表面温度、CO含量及锅炉热效率。

3 结果分析

3.1 排烟温度

排烟温度分布如图2所示,在200台测试锅炉中有98台超出规定值,占测试总量的49.0%,平均值215.0℃。其中,燃煤锅炉2台,占燃煤锅炉总量的33.3%,最高值225.2℃,平均值155.5℃;燃生物质锅炉21台,占燃生物质锅炉总量的47.7%,最高值319.2℃,平均值185.7℃;燃油/气锅炉75台,占燃油/气锅炉总量的50.0%,最高值403.9℃,平均值181.8℃。排烟热损失是锅炉的主要热损失之一。排烟热损失主要取决于排烟温度和过量空气系数的大小。

图2 排烟温度分布

3.2 过量空气系数

图3 过量空气系数分布

过量空气系数分布如图3所示,200台测试锅炉中有160台超出规定值,占测试总量的80.0%,而燃油/气锅炉过量空气系数总体控制较好。其中燃煤锅炉6台,占燃煤锅炉总量的100.0%,最高值7.50,平均值4.22;燃生物质锅炉42台,占燃生物质锅炉总量的95.5%,最高值5.96,平均值2.97;燃油/气锅炉112台,占燃油/气锅炉总量的74.7%,最高值2.57,平均值1.37。在锅炉运行中为了减少排烟热损失,应在满足燃烧反应需要的前提下尽量保持较低的过量空气系数,应尽可能避免炉膛、燃烧室及各部分烟道的漏风,以降低排烟热损失。

3.3 CO含量

200台测试锅炉中有22台超出规定值,占测试总量的11.0%。其中燃煤锅炉无超标,最高值774ppm,平均值353ppm;燃生物质锅炉8台,占燃生物质锅炉总量的18.2%,最高值3787ppm,平均值643ppm;燃油/气锅炉14台,占燃油/气锅炉总量的9.3%,最高值66265ppm,平均值329ppm。特别是燃生物质锅炉CO含量超标最严重,配风不合理。

3.4 炉渣含碳量

炉渣含碳量分布如图4所示,在50台测试的燃煤/生物质锅炉中有4台超出规定值,占测试总量的8.0%。其中燃煤锅炉1台,占燃煤锅炉总量的16.7%,最高值18.43%,平均值13.07%;燃生物质锅炉3台,占燃生物质锅炉总量的6.8%,最高值33.80%,平均值8.51%。

图4 炉渣含碳量分布

3.5 炉体外表面温度

炉体外表面温度分布如图5所示,在200台测试锅炉中,有47台锅炉的炉墙及保温超出规定值,占测试数量的23.5%。其中燃煤锅炉无超标,最高值49.7℃,平均值42.4℃;燃生物质锅炉3台,占燃生物质锅炉总量的6.8%,最高值57.9℃,平均值42.2℃;燃油/气锅炉44台,占燃油/气锅炉总量的29.3%,最高值79.8℃,平均值46.1℃。

图5 炉体外表面温度分布

3.6 锅炉热效率

锅炉热效率分布如图6所示,200台测试锅炉中有98台锅炉热效率未达到限定值要求,占测试总量的49.0%,其中15台低于限定值的90%,占测试总量的7.5%。其中燃煤锅炉5台,占燃煤锅炉总量的83.3%,最低值58.70%,平均值71.86%;燃生物质锅炉20台,占燃生物质锅炉总量的45.5%,最小值61.08%,平均值76.24%;燃油/气锅炉73台,占燃油/气锅炉总量的36.5%,最小值66.03%,平均值88.16%。

图6 锅炉热效率分布

4 总体能效状况分析

1)燃煤锅炉基本改造完毕。2016年,杭州市加强了锅炉煤改气、煤改生物质力度,燃煤锅炉基本停用。在测试200台锅炉中燃煤锅炉只有6台。

2)排烟温度总体趋稳。被测锅炉平均排烟温度为181.9℃,与去年测试平均排烟温度171.7℃相比略有上升。超标的主要原因是未装尾部余热回收装置,烟气出现短路现象;锅炉在运行时未保持受热面的换热能力,结生水垢和受热面积灰后未及时清理等。

3)过量空气系数超标严重。仍有80.0%被测锅炉的过量空气系数超标,有22台锅炉过量空气系数大于3.00,与去年测试数据相比基本持平。超标的主要原因是由于锅炉经常处于低负荷状况,煤改生物质锅炉中燃料与炉型不匹配,加上火床短、鼓引风机不经常调整、燃烧设备配风不合理以及个别锅炉的省煤器漏风,出渣处未水封导致。如能借助于工业锅炉远程监测系统,监视炉膛烟气出口处的氧量,将过量空气系数控制在最佳数值,优化燃烧,工业锅炉的热效率还可进一步提高。

4)炉渣含碳量略有下降。被测锅炉的炉渣含碳量平均值为9.06%,与去年测试平均值的13.60%相比,下降了4.54%。但有 8.0%被测锅炉的炉渣含碳量偏高。

5)锅炉保温措施一般。其中有47台锅炉的炉墙及保温超出规定值,占测试数量的23.5%。炉体外表面温度平均值为45.1℃,与去年测试平均值45.2℃相比基本持平。

6)CO含量超标基本持平。有11.0%被测锅炉烟气中CO含量超标,其中10台锅炉CO含量＞5000ppm,与去年测试数据相比基本持平。超标的主要原因燃烧器未调整好,进风量不够或燃气量太大等。

7)锅炉热效率基本持平。燃煤/生物质锅炉平均热效率为75.71%,燃油/气锅炉平均热效率为88.16%,与去年在用锅炉平均热效率数据相比,燃煤/生物质锅炉下降了0.98%,燃油/气锅炉下降了0.84%。总体看锅炉热效率基本平稳,说明在用锅炉节能运行还有提高上升的空间,与热效率目标值相比,特别是燃煤锅炉,还有较大差距。

8)燃煤 /生物质锅炉漏风严重,影响热效率提高。燃煤/生物质锅炉过量空气系数几乎全部超标,过量空气系数平均值最高,分别达4.22和2.97;平均热效率也最低,只有75.71%。说明部分燃煤改生物质锅炉的节能改造效果并不理想。主要原因:(1)炉型改造不彻底。许多生物质锅炉都是在燃煤链条锅炉基础上做简单改造而来,由于生物质与煤在燃烧特性上有显著差别,在燃煤链条锅炉炉膛内直接燃烧生物质,锅炉选用燃料与设计燃料种类不匹配,会导致配风不合理,过量空气系数超标;(2)生物质燃料未处理。许多使用单位为节省燃料成本,使用未经处理的木片、木块直接入炉燃烧,导致炉膛漏风严重。改进措施:(1)采用专用生物质锅炉。(2)采用生物质颗粒或将木片进行切割处理成小块效果会好些。

9)应继续推进尾部余热回收装置的安装。被测锅炉中,仍有84台未安装尾部余热回收装置。据统计,安装尾部余热回收装置,对燃油/气锅炉平均热效率可提高3%;对燃煤锅炉平均热效率可提高8%,效果更加明显。说明对工业锅炉而言,加装尾部受热面是节能改造,提高锅炉热效率的有效途径。

10)总体负荷率偏低。燃煤/生物质锅炉负荷率主要分布在40%～60%之间,平均负荷率只有50%,最低负荷率仅为25%,“大马拉小车”现象较为严重。燃油/气锅炉负荷率主要分布在60%～80%之间,平均负荷率为70%,比燃煤/生物质锅炉高20%,但整体负荷率仍偏低,最低负荷率仅为33%。负荷率偏低原因是:(1)锅炉使用单位在设计的选型配置时不合理;(2)锅炉使用单位负荷季节性影响等。改进措施:(1)选型配置时,尽量使锅炉的组合具有较好的变负荷调节能力;(2)锅炉的最小出力尽量与最低负荷相匹配;(3)采用模块化组合锅炉。

5 结论

通过对200台煤改气、煤改生物质工业锅炉抽样能效测试结果分析表明:杭州市工业锅炉主要以燃气锅炉和生物质锅炉为主;锅炉平均排烟温度与常年持平,总体趋稳;燃煤改生物质锅炉由于部分锅炉改造不合理,导致过量空气系数超标严重,仍有80%超标;燃煤/生物质锅炉平均热效率为75.71%,燃油/气锅炉为88.16%,热效率与常年相比基本持平,说明杭州市在用工业锅炉改造并未对锅炉总体运行能效状况产生较大影响。

［1］ 国家质检总局．全国特种设备安全状况通报［R］．2015．

［2］ 中华人民共和国统计局．中国统计年鉴［R］．2016．

［3］ 燃煤锅炉节能环保综合提升工程实施方案［R］．2014．

［4］ 于惠君，谢涛，刘昭岩．通过能效测试分析锅炉能耗有关问题［J］．中国特种设备安全，2012，28(9)：59-62．［5］ 王中伟，管坚，常勇强，等．中国工业锅炉能效测试与评价能力建设进展［J］．中国特种设备安全，2015，31(9)：9-13．

［6］ 陈征宇，成德芳，刘小东．浙江省工业锅炉产品定型能效测试浅析 ［J］．能源工程，2015， (4)：22-25．

［7］ 常勇强，管坚，齐国利．工业锅炉定型产品测试数据统计分析［J］．中国特种设备安全，2016，32(4)：60-67．

［8］ TSG G0003—2010 工业锅炉能效测试与评价规则 ［S］．

［9］ TSG G0002—2010 锅炉节能技术监督管理规程 ［S］．

［10］ GB/T 15317—2009 燃煤工业锅炉节能监测 ［S］．

Analysis of Overall Running Situation and Energy Ef fi ciency Status of Reformed Industrial Boiler in Hangzhou

Qiu Zhengyu Zhao Hui Xiong Weidong Song Yue
(Hangzhou Special Equipment Inspection and Research Institute Hangzhou 310051)

Energy efficiency of 200 coal to gas or coal to biomass industrial boilers were tested in this paper, including the exhaust gas temperature, excess air coef fi cient, the carbon content in slag, furnace body surface temperature, CO content, loading rate and thermal efficiency. The conclusion is as follows: the transformation of coal- fi red industrial boilers basically completed; the exhaust gas temperature is 181.9℃; the excess air coef fi cient exceed the standard seriously, there are still 80% exceed the standard; the carbon content in slag decreased slightly;the average furnace body temperature is 45.1℃; coal / biomass boiler average thermal ef fi ciency is 75.71% and oil/ gas boiler thermal ef fi ciency is 88.16%; coal / biomass boiler air leakage is serious which is affecting the thermal ef fi ciency improvment; the overall load rate of coal / biomass boiler is only 50%.

Industrial boiler Energy ef fi ciency test Thermal ef fi ciency

X924

：B

1673-257X(2017)07-0058-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.07.013

邱征宇（1961～)，男，主任，工程师，从事锅炉监检能效测试工作。

赵辉，E-mail： zhhzju@zju．edu．cn。

2017-02-28）