工业锅炉定型产品能效数据统计与分析

刘雪敏 常勇强 管 坚 张松松 王中伟 于吉明 齐国利

（中国特种设备检测研究院 北京 100029）

引 言

我国工业锅炉被广泛用于国民经济生产各个领域和人民生活中，产品具有品种规格多、使用燃料覆盖面广、容量跨度大、热效率水平参差不齐等特点。《中华人民共和国节约能源法》明确规定“对高耗能的特种设备，按照国务院的规定实行节能审查和监管”，确立了国家质检总局对高耗能特种设备（锅炉、换热类压力容器、电梯）实施节能审查和监管的法律制度。国家质检总局2009年颁布了《高耗能特种设备节能监督管理办法》和新修订的《特种设备安全监察条例》，新增了高耗能特种设备在安全检查的同时进行节能监管的规定；组织编写了TSG G0002-2010《锅炉节能技术监管规程》[1]和TSG G0003-2010《工业锅炉能效测试与评价规则》[2]，使工业锅炉节能监督机构和检验机构按照技术规范的要求，统一、系统、全面地进行节能监管工作。

然而，工业锅炉领域涉及生产企业1000多家，产品质量和技术水平差距较大。用量达到52万余台，用户分属于不同的生产行业和生活领域，节能和环保主管部门信息渠道和统计手段存在局限性和差异，与安全监察机构缺乏有效的信息沟通，导致了工业锅炉各项技术数据统计分析的不准确和不全面。为进一步规范工业锅炉能效测试工作，逐步建立工业锅炉能效数据统计查询系统，国家质量监督检验检疫总局委托中国特种设备检测研究院（以下简称中国特检院）组织开发了“工业锅炉能效测试数据计算与管理平台”[3]（以下简称平台），通过提高信息化水平，实现数据共享，从而使得工业锅炉节能工作“可检测、可报告、可核查”。

1 工业锅炉能效测试数据计算与管理平台

平台建设按照“科学化、标准化、信息化”的总体要求，统一测试程序和方法，统一报告格式和内容，统一计算公式和参数选取。平台具有锅炉能效测试数据计算与报告生成、报告查询、信息查询等功能，锅炉能效测试分为新产品定型测试、运行工况详细测试、运行工况简单测试三类。本文主要介绍工业锅炉定型产品能效数据统计与分析结果。在全国45家定型产品测试机构中，使用平台机构数量为43家，使用比例为95.56%。

自2012年平台开通运行以来，已有不同制造企业生产的5000多个型号规格的产品定型能效测试、20000多台在用锅炉运行能效测试通过平台进行计算、编制报告。因此，平台中积累了较为全面的、准确性高、可比性强，包括热效率、过量空气系数、排烟温度等在内的与工业锅炉能效相关的测试数据。本文主要对2016年工业锅炉能效测试数据进行研究分析。

2 工业锅炉定型产品测试数据统计与分析

2.1 定型产品测试数量情况

自2016年1月1日至2016年12月31日，全国定型产品测试机构共出具定型产品测试报告651份，折合设备测试4322.78蒸吨。按照输出介质分类：测试蒸汽锅炉506台，占测试台数的77.73%，总出力为2241.71蒸吨，占测试总蒸吨数的51.86%；热水锅炉106台，占测试台数的16.28%，总出力为1885.41蒸吨，占测试总蒸吨数的43.62 %；有机热载体锅炉39台，占测试台数的5.99%，总出力为195.67蒸吨，占测试总蒸吨数的4.53 %。按照燃烧方式及燃料分类的统计，结果见表 1。

对比2012～2016年锅炉定型产品测试情况（按照燃料分类），如图1所示。燃煤锅炉定型产品测试数量逐年递减；燃气锅炉和燃生物质锅炉在2013年有较大增幅，之后便趋于平稳；燃油锅炉数量一直比较稳定；电加热炉数量较少。由于小容量燃煤锅炉在节能环保性能上很难达到要求，近年来我国在工业锅炉节能环保方面提出了淘汰小型燃煤锅炉、发展高效锅炉以及工业锅炉煤改气等政策。2013年国务院印发了国发〔2013〕30号《关于加快发展节能环保产业的意见》和国发〔2013〕37号《大气污染防治行动计划》，提出推广高效锅炉，全面整治燃煤小锅炉。国家能源局、国家发改委、环保部等七部委在2014年11月联合发布的《燃煤锅炉节能环保综合提升工程实施方案》中明确提出：除必要保留的以外，到2017年，地级及以上城市建成区基本淘汰10 t/h及以下的燃煤锅炉，禁止新建20 t/h以下的燃煤锅炉，其他地区原则上不再新建10 t/h以下的燃煤锅炉。

表1 锅炉定型产品测试分类统计

图1 2012～2016年锅炉定型产品测试情况（按照燃料分类）

2.2 定型产品测试结果统计与分析

统计工业锅炉定型产品（按容量划分）测试热效率η、排烟温度tpy、过量空气系数α、排烟热损失q2、固体未完全燃烧热损失q4等有关参数的算术平均值、加权平均值、最大值与最小值如表2所示。其中，算术平均值是以测试锅炉台数为基础求取的平均值，即以测试锅炉所有效率的累计值除以锅炉台数；加权平均值，是考虑锅炉出力的情况下求取的平均值，即以测试锅炉效率与出力的乘积的累计值除以锅炉的总出力。在统计相同出力锅炉数据参数时，加权平均值等于算术平均值。2016年工业锅炉定型产品测试锅炉热效率算术平均值为89.36%，加权平均值为89.31%；排烟温度算术平均值为147.26 ℃，加权平均值为137.32 ℃；过量空气系数平均值为1.28。

工业锅炉定型产品测试热效率分布如图2所示。锅炉定型产品热效率分布有两个峰值，主要集中在80%～83%和91%～95%区间；分别对两个区间数据进行分析，80%～83%区间主要是燃煤层燃锅炉和燃生物质层燃锅炉，91%～95%区间主要是燃油及燃气锅炉，可见燃油/气锅炉热效率明显高于层燃锅炉。目前，燃气锅炉普遍采用尾部烟气中水蒸气的汽化潜热回收技术，而计算热效率时输入热量采用燃料低位发热量，并未包含水蒸气的潜热，因此存在锅炉热效率高于100%的现象。

表2 工业锅炉定型产品测试数据统计表

图2 工业锅炉定型产品测试热效率分布图

图3 燃煤工业锅炉定型产品测试热效率统计图

燃煤工业锅炉测试热效率与设计热效率平均值的对比如图3所示。可以看出，随着锅炉容量增大，平均热效率随之升高。这是由于随着锅炉出力的增加，锅炉节能环保设施运行使用较多，辅机匹配良好，部分大容量工业锅炉设置一、二次风，炉膛内空气分配更加合理，有利于燃料的燃烧，降低不完全燃烧损失；其次，随着锅炉出力的增大，锅炉保温处理较好，散热损失有相应的减小；再次，随着锅炉出力的增大，锅炉安装水平相对要求较高，漏风系数较小，“跑、冒、滴、漏”现象较少，锅炉整体运行良好。

工业锅炉测试热效率与设计热效率平均值的对比如图4所示。可以看出，工业锅炉定型产品测试热效率平均值普遍略高于锅炉设计热效率平均值，说明目前我国锅炉制造、安装水平能基本满足锅炉设计要求。由于燃煤锅炉测试数量下降，大量的节能高效天然气锅炉参与数据统计，这些锅炉以小容量为主，因此平均的锅炉热效率并未随锅炉容量增大呈现出升高趋势。

图4 工业锅炉定型产品测试热效率统计图

定型产品平均排烟温度与排烟处过量空气系数如图5、图6所示。锅炉出力小于1 t/h时，锅炉排烟温度平均值达160.51 ℃，但是随着锅炉出力的增大，锅炉的排烟温度逐渐降低。由此说明，自TSG G0002-2010《锅炉节能技术监督管理规程》[1]颁布以来，工业锅炉制造企业新产品设计已经完全按照规程要求，使用相关节能技术降低排烟温度。但对于锅炉出力小于1t/h的范围，由于尾部受热面布置较为困难，工业锅炉平均排烟温度仍明显高于其他锅炉。排烟热损失是锅炉热损失中最主要的热损失之一，一般排烟温度每提高15℃，排烟损失增加1%，耗能增加1.4%。根据额定蒸发量小于1t/h蒸汽锅炉的整体分析情况及目前节能技术的应用情况，提高锅炉热效率仍有一定空间。

对于燃煤工业锅炉，排烟处过量空气系数随锅炉容量的增大而减小，如图5所示。但对于工业锅炉总体平均值，由于统计了大量小容量燃气锅炉，而燃气锅炉过量空气系数较低，因此呈现出图6中的趋势，小容量锅炉过量空气系数明显低于大容量锅炉。

图5 燃煤工业锅炉定型产品部分参数统计图

图6 工业锅炉定型产品部分参数统计图

3 结论

本文统计了2016年工业锅炉定型产品能效测试数据，全国定型产品测试机构共出具定型产品测试报告651份，按输出介质分类，包括蒸汽锅炉506台、热水锅炉106台、有机热载体锅炉39台。分析了工业锅炉定型产品（按容量划分）测试热效率、排烟温度、过量空气系数、排烟热损失等参数的变化规律，结论如下：

（1）定型产品锅炉测试比例发生变化，燃煤锅炉定型产品测试数量逐年递减；燃气锅炉和燃生物质锅炉在2013年有较大增幅。

（2） 2016年工业锅炉定型产品测试锅炉热效率算术平均值为89.36%，加权平均值为89.31%；不同容量锅炉测试热效率平均值普遍略高于设计热效率平均值。

（3）小容量锅炉由于尾部受热面布置较难，排烟温度相对较高，排烟温度限定值有进一步降低的空间。