燃煤工业锅炉能效测试分析与探讨

王志建，杨斌学，丘性通

（1福建省锅炉压力容器检验研究院，福建 福州350008）（2国家工业锅炉质量监督检验中心(福建)，福建 福州350008）

1 引言

工业锅炉是我国重要能源转换设备，也是能耗大户。截至2016年底，我国工业锅炉总数约53.44万台，其中燃煤工业锅炉占80%以上，年燃料消耗量约5亿吨标准煤，约占全国煤炭消耗总量的四分之一[1-2]。锅炉热效率的高低是衡量锅炉经济运行的重要指标，我国燃煤工业锅炉整体能效水平较低，平均运行效率大多在60%～65%之间，与先进国家燃煤工业锅炉平均运行热效率80%～85%相比偏低10%～15%，作为能源转换设备具有较大的节能挖掘潜力。文中结合燃煤工业锅炉能效测试，就影响热效率的各因素进行分析，并根据测试结果探讨工业锅炉的各项热损失影响因素，旨在提出相应的节能对策与改进措施,为企业进一步做好锅炉节能减排提供参考。

2 测试依据与项目

采用TSG G0003-2010《工业锅炉能效测试与评价规则》[3]中用于锅炉运行工况热效率简单测试规则，依据TSG G0002-2010《锅炉节能技术监督管理规程》[4]、GB/T 15317-2009《工业锅炉节能监测方法》[5]等法规标准进行评判。锅炉运行工况热效率简单测试采用反平衡法，即：

式中：——锅炉反平衡热效率；——排烟热损失；——气体未完全燃烧热损失；——固体未完全燃烧热损失；——散热损失；——灰渣物理热损失。

工业锅炉运行工况热效率简单测试项目主要包括排烟温度（tpy）、排烟处过量空气系数（αpy）、排烟处CO含量、飞灰可燃物含量（Cfh）、漏煤可燃物含量（Clm）、炉渣可燃物含量（Clz）、燃料分析等。

3 测试结果及分析

对某地区开展的83台燃煤工业锅炉能效测试结果数据进行汇总分析，锅炉额定蒸发量均为（D≥4t/h）。锅炉热效率、排烟温度以及过量空气系数的主要试验结果见表1。

表1 锅炉热效率、排烟温度以及过量空气系数测试结果统计表

由表1可知，所测83台燃煤工业锅炉中，锅炉的平均热效率一定程度上随着额定蒸发量的增加而增大，锅炉热效率与相应的最低限定值之间相差1～3个百分点，与目标值之间相差7～9个百分点。所测试锅炉的加权平均热效率为76.67%，其中锅炉热效率符合TSG G0002-2010《锅炉节能技术监督管理规程》中第9条要求的仅为40台，合格率为48.19%；排烟温度符合TSG G0002-2010《锅炉节能技术监督管理规程》中第9.1条要求的仅37台；过量空气系数符合TSG G0002-2010《锅炉节能技术监督管理规程》中第9.2条的仅有2台。综合来看，平均效率低于TSG G0002-2010《锅炉节能技术监督管理规程》要求的最低限定值（80%），而部分燃煤工业锅炉效率仅为45.99%～50.53%，更是严重低于TSG G0002-2010《锅炉节能技术监督管理规程》中热效率最低限定值的要求。现对各项热损失进行如下具体分析。

3.1 排烟热损失

排烟热损失是指最后一级热交换器排出烟气焓大于一、二次风进入锅炉的焓，所引起的热量损失。在测试的83台锅炉中，其中排烟热损失值为6.06%～27.79%，加权平均排烟热损失值为16.58%，足见该部分热效率损失之大。排烟热损失主要取决于排烟温度与过量空气系数的大小。一般而言，当排烟温度在165℃～205℃之间，过量空气系数值每降低0.1时，能有效降低排烟热损失0.48～0.61个百分点。文中锅炉排烟温度过高的案例所占的比例超过68.5%。一般而言，锅炉排烟温度每升高15℃～25℃，排烟热损失将增加1%左右[6]。排烟温度偏高的影响因素主要有以下两个：

（1）锅炉尾部无布置受热面或布置受热面不合理等。文中所测试的燃煤工业锅炉中，安装空气预热器与省煤器各占比例分别为47%、59%，致使高温烟气未得到充分利用而造成排烟温度较高，热损失值增大。

（2）由于部分锅炉使用单位在锅炉运行操控过程中缺乏定期清理意识，忽视省煤器内水垢、烟灰的清理以及炉膛内水管表面灰垢的清除，造成热阻增大，传热效果差，排烟温度升高。据相关文献显示，若灰垢增加1mm，锅炉热损失将相应增加4%～6%，锅炉本体内部每结垢1mm会造成3%～5%的热效率损失，浪费巨大[7]。

根据TSG G0003-2010《工业锅炉能效测试与评价规则》中排烟热损失的计算方程为：

从研究排烟温度tpy与排烟热损失的关系出发，苏文娟[8]等部分研究者对锅炉的实际运行情况进行定量的分析，对上述计算方程控制变量进行简化分析，tlk加权取平均值为35.4℃；αpy加权平均值为2.74；固体未完全燃烧热损失加权平均值为4.2；燃料为烟煤，按照TSG G0003-2010《工业锅炉能效测试与评价规则》中m取值0.4，n取值3.6；将计算方程简化为简单的线性关系有：=0.0983tpy-3.48。从图1的对比分析可以发现，简化后的计算方程与燃煤锅炉排烟热损失的散点图基本相符。

图1 锅炉排烟温度tpy和排烟热损失的关系图

按TSG G0002-2010《锅炉节能技术监督管理规程》的要求，过量空气系数αpy不大于1.65，但从该地区测试的83台燃煤工业锅炉（层燃锅炉）能效测试结果来看，仅2台锅炉能符合此要求。笔者从实际的测试工作中获悉，大多数司炉工由于缺乏系统的培训，操作过程中并未对锅炉αpy进行监控，而是盲目或凭个人经验运行锅炉，造成αpy偏大或偏小，难以及时根据燃烧工况和负荷配置最经济的风煤比。过量空气系数对于锅炉的热损失均具有很大影响。αpy与各项热损失关系如图2所示。

图2 αpy与各项热损失关系示意图

αpy过大或过小都会影响热效率的值。当αpy过小时，导致燃料的燃烧不充分，进而造成增大；当αpy过大时，导致排烟量增大，带出烟气热量增加，进而造成 增大，同时会降低炉温导致增大[9]。因此，需要严格控制空气的供给，可以通过在锅炉尾部加装测氧装置的反馈来调控一、二次风率。

3.2 气体未完全燃烧损失

气体未完全燃烧损失通常是指排烟系统中的可燃气体（CO、H2、CH4等）所带走的热量。对燃煤工业锅炉而言，较小，一般不超过0.5%。根据TSG G0003-2010《工业锅炉能效测试与评价规则》运行工况下简单测试中采用查表计算，主要根据排烟处CO的含量来选取，略去其他可燃气体的影响，便于快速简单测试。一般可通过调节锅炉负荷以及适当的过量空气系数来降低。

3.3 固体未完全燃烧损失

固体未完全燃烧损失通常是仅次于排烟热损失的又一项重要损失[10]。一般情况下，主要是由炉排漏煤、灰渣可燃物和飞灰可燃物三部分组成。炉渣含碳量减少2.5%～3.0%（质量百分比），就可节约约1%的燃料。文中所测试的83台燃煤工业锅炉，加权平均值为4.2%，最高的达到11.5%，可见此项损失所占比例较高，对锅炉热效率影响较大。在所测试的83台燃煤工业锅炉的炉渣、飞灰、漏煤可燃物含量分布见表2。

表2 可燃物含量对应燃煤工业锅炉数量

影响的因素及降低的方法如下：

（1）飞灰热损失主要是由于煤粉粒径在炉膛中停留时间少于燃尽所需时间而造成的，因此，可适当保持足够的炉膛温度和足够的空气。

（2）炉渣热损失主要是由于炉渣中可燃物没有燃尽而导致的，因此应改善燃烧状况，合理调配一、二次风。另外，通过挡渣装置增加炉渣在炉排上的逗留时间，有利于炉渣可燃物的燃尽。

（3）漏煤损失可通过对炉排的经常检查与维修而得到控制，应防止炉排片由于受力受热而发生故障或磨损，从而造成通风间隙增大和漏煤增多[11]。

3.4 散热损失

文中所测的83台燃煤工业锅炉中加权平均值为2.2%，一般容易被忽视。散热损失的大小主要取决于散热面积的大小，表面温度和环境条件。一般而言，随着锅炉容量的增加而减小；还与负荷有关，随着负荷的减小而增加。可通过对锅炉保温层的及时检修、提高炉墙的砖砌质量以及运行中锅炉内部微负压等方法降低

3.5 灰渣物理热损失

灰渣物理热损失是由于排出的高温炉渣所带走的热量，这项损失一般比较小，不到1%。炉渣的物理热损失主要取决于燃料的类别、除渣方式。一般可通过调整燃烧，控制燃料在达到挡渣板前0.3m～0.5m处燃尽。

4 结语

文中通过对某地区83台4t/h及以上燃煤工业锅炉的简单能效测试普查结果进行综合评定，依次对各项热损失进行系统的分析，发现所测试的锅炉中有很大的比例出现排烟温度偏高、过量空气系数偏大、炉渣和飞灰含量过高等问题，导致锅炉热效率降低，能耗损失增大。针对上述问题的产生原因及影响因素，文中提出相应的解决措施，并据此指导企业提升锅炉能效，对于促进节约发展，降低企业生产成本，大力发展循环经济，推动清洁绿色发展具有重要意义。

参考文献

[1]国家质检总局.全国特种设备安全状况通报[R].2016.

[2]燃煤锅炉节能环保综合提升工程实施方案[R].2016.

[3]TSG G0003—2010.工业锅炉能效测试与评价规则[S].

[4]TSG G0002—2010.锅炉节能技术监督管理规程[S].

[5]GB/T 15317－2009.工业锅炉节能监测方法[S].

[6]俞翔.工业锅炉能效测试分析[J]．装备制造技术,2013,(04):191-194.

[7]阮黎鸣.工业锅炉节能运行与改造[J].广西轻工业,2011,27(07):35-36.

[8]苏文娟,苏利群,沈浩锋,等.对工业锅炉能效测试的分析探讨[J].中国特种设备安全,2017,33(06):43-47.

[9]邱征宇,赵辉,熊伟东,宋悦.杭州在用工业锅炉改造运行能效状况分析[J].中国特种设备安全,2017,33(07):58-61+81.

[10]李巍,江德龙.工业锅炉能效偏低的原因分析与解决对策[J].节能,2013,(06):68-70.

[11]张万红,魏斌.中小型燃煤锅炉热损失技术分析[J].青海科技,2009,16(02):69-72.