浅谈基于在用工业锅炉定期能效测试的节能诊断

王正贤

（海南省锅炉压力容器与特种设备检验所，海南 海口 570203）

目前，海南省注册登记在用承压蒸汽工业锅炉为1015台，按燃料区分为燃生物质锅炉427台，燃油气锅炉588台，主要分布在食品、建材、酒店服务、制药及化工等企业。

工业锅炉作为高耗能特种设备，要想把海南打造成节能环保型社会，推进自贸区（港）建设，就要不断加强对工业锅炉的节能监管，大力推进锅炉安全与节能并举的新措施。

海南省锅炉压力容器与特种设备检验所开展在用工业锅炉节能的第三方检测、节能诊断等技术服务，在对海南省地区工业锅炉进行定期能效测试工作的同时，与海南省工业与信息化厅节能监测中心合作开展了海南省重点用能企业锅炉能效状况调查摸底工作，进一步摸清了海南省锅炉节能管理、运行现状及能效水平。

经过多年来对海南省地区主要行业的锅炉进行热工性能试验得出的测试数据表明,燃生物质锅炉实际运行热效率只有75%左右，燃天然气和轻油的锅炉实际运行热效率不到90%，锅炉平均热效率整体偏低，未达到《锅炉节能技术监督管理规程》要求的限定值。

1 能效测试诊断

按照锅炉热工性能试验的要求，在用工业锅炉定期能效测试方法采用反平衡法，通过锅炉热平衡试验，求出各项热损失，然后按下面公式进行计算：

锅炉运行工况热效率简单测试效率为η2=100-（q2+q3+q4+q5+q6）%，η2为反平衡热效率，q2为排烟热损失，q3为气体未完全燃烧热损失，q4为固体未完全燃烧热损失，q5为散热损失，q6为灰渣物理热损失，各项热损失越大，热效率η2越低。

在采用现有的测试仪器对锅炉系统进行现场热工性能试验，通过测试得出的数据结果显示，锅炉热效率不符合要求的主要因素在锅炉排烟温度和过量空气系数O2´过大。

影响排烟热损失q2的主要因素是锅炉排烟温度和排烟量。排烟温度越高，q2损失越大，排烟温度过低，锅炉尾部受热面会产生低温腐蚀和堵灰；影响排烟量的因素主要是过量空气系数O2´含量，O2´含量越高，排烟量越大，q2损失越大，O2´含量过小，又会增大气体未完全燃烧热损失，所以应保持合理的过量空气系数O2´。

1.1 锅炉排烟温度高

经定期能效测试发现，海南省燃生物质锅炉的排烟温度在180～230℃区间，燃油气锅炉的排烟温度在170～230℃区间，锅炉排烟温度每增加10℃，热效率降低0.7%～0.8%，主要影响因素如下。

（1）余热回收不足。①未安装节能器，节能器的作用就是利用回收锅炉尾部烟气的热量进行换热，把换热后的水返回到锅炉内，提高锅炉给水的温度，从而达到节能降耗的效果。如果烟气直接排放到大气，没有合理回收烟气热量，导致排烟温度过大，降低了锅炉热效率；②节能器的换热面积不足，提升不了烟气回收的换热量，无法提升锅炉热效率；③蒸汽凝结水未回收，锅炉运行时会产生大量的低压余热蒸汽，经热交换冷凝后产生冷凝水，温度较高，带有大量热量，其品质高于软化水，是优质的热源给水。

（2）灰垢。生物质锅炉在生产运行中，会产生大量灰垢附着在锅炉受热面。灰垢的导热能力很差，积灰会导致受热面堵灰、影响烟气流通，会使锅炉受热面传热性大大降低，使锅炉出力和热效率降低。

（3）水垢。锅炉在生产运行中，会产生水垢附着在锅炉水侧面上，锅炉水垢每增加1mm，能源消耗增加3%～4%，锅炉热效率降低3%～5%,严重影响锅炉经济性和安全性。锅炉结水垢时，燃料燃烧释放的热量不能迅速地传递到锅水中，大量的热量被烟气带走排出，造成排烟温度升高，排烟热损失增加，锅炉热效率降低。

海南省地区的工业锅炉普遍存在结水垢1～2mm，很大程度上影响锅炉的安全与经济运行。造成锅炉水质不合格并产生大量水垢的原因是企业采用地表水或地下水作为锅炉给水，同时又不具备完善的水质处理设施和水质管理，地表水或地下水直接进入锅炉，导致锅炉水质的硬度、全碱度、磷酸根、酚酞碱度和pH值不合格，锅炉水品质差，产生大量水垢，传热效果降低，运行热效率降低。

1.2 锅炉排烟处过量空气系数O2´含量偏大

经定期能效测试发现，海南省燃生物质锅炉的排烟处过量空气系数O2´值在2.5～3，燃油气锅炉的排烟处过量空气系数O2´值在1.5～2，O2´值每增加0.5，锅炉热效率降低1%～2%。O2´值太大会降低炉膛温度，不利于燃烧，增加了排烟热损失、气体未完全燃烧热损失和固体未完全燃烧热损失，降低了锅炉热效率，主要影响因素如下。

燃烧配风不合理。①工业层燃锅炉的层状燃烧采用固定炉排或链条炉排时，空气从炉排下方经过炉排孔隙引至炉膛与燃料进行混合燃烧。层燃燃烧的燃料均铺设堆积在炉排上，这种燃烧方式的燃料层与空气接触混合不够，燃烧效率低。②采用固定炉排时，锅炉引风和鼓风配置不合理，燃料与空气混合接触不够，炉膛温度不够高，导致燃料不能完全燃烧，增加了CO和O2´的排放浓度，降低了锅炉热效率；③采用链条炉排时，炉排运行速度过快，配风不合理，燃料层表面层的燃料不能及时完全燃烧，下层的燃料就无法与空气混合接触燃烧，导致燃料停留在炉排上燃烧的时间不够长，增加了漏煤、飞灰及炉渣的可燃物含量，既增加了燃料的固体未完全燃烧热损失，降低了锅炉热效率。④引风鼓风配置不合理，燃料层过高，炉排运转过快，燃烧不充分，炉膛温度低，增加了尾部烟气的O2含量，从而提高了排烟处过量空气系数O2´，降低了锅炉热效率。

1.3 锅炉排烟处可燃气体CO含量高

经定期能效测试发现，海南省大部分工业锅炉排烟处CO含量高，燃油气锅炉排烟处CO含量能超过40000ppm，燃生物质锅炉CO含量能超过10000ppm，造成大量的燃料浪费。CO含量高主要影响因素为炉膛温度过低，氧气含量不足，影响CO的燃尽，造成气体未完全燃烧热损失增加，锅炉热效率降低。

2 改进措施

（1）增加节能器换热面积，提高烟气回收换热量，降低锅炉排烟温度。

（2）回收冷凝水，通过水泵打回锅炉作为给水实现余热利用。

（3）对于灰垢，首先要及时清灰，可采用高温脉冲吹灰，机械式撞击除灰或人工除灰，以提高锅炉的出力和热效率。

（4）对于水垢，首先要保证锅炉水质合格，应合理排污、完善锅炉水处理设备，配备计量自动加药装置,进行可靠的辅助加药处理,调整全碱度、酚酞碱度和pH值在标准范围。

（5）合理控制排污率，适当的排污可以排除锅炉水中高浓度的盐类和杂质，改善锅炉水品质，降低锅炉水含盐量和水垢的产生，提高锅炉运行热效率。

（6）改进锅炉配风方式。合理的锅炉配风可以让炉膛得到稳定的燃烧，保证燃料有充分的燃烧时间，可有效地降低排烟热损失，降低漏煤、飞灰及炉渣的可燃物含量，既降低固体未完全燃烧热损失，提高锅炉热效率。

（7）改变燃烧方式。把层燃燃烧改造成室燃燃烧，在原来层燃锅炉炉门前加装一个燃烧器，燃料与空气按一定比例混合在燃烧器内燃烧后把火焰吹进炉膛内，得到稳定和高效的燃烧。

（8）改造炉排。把炉排孔隙封住，在炉排上安装风帽，燃料以一定的速度送入炉膛，在风帽的配风下悬浮在炉膛内燃烧，促使燃料充分燃烧，降低固体未完全燃烧热损失，提高锅炉热效率。

（9）合理调节一、二次风的配比，保持适当的过量空气系数，确保炉膛中的氧气与燃料充分混合燃烧，提高炉膛的燃烧温度，降低排烟处CO含量；锅炉运行负荷大时，二次风量应适度增加，锅炉运行负荷小时，二次风量应减少甚至关闭。

3 结语

在用工业锅炉能效测试可以查找影响锅炉热效率的主要因素，是工业锅炉节能诊断和提高热效率的有效措施，通过对海南省工业锅炉进行全面的节能诊断，充分发挥海南省工业锅炉的节能潜力，提高能源利用水平，把海南建设成绿色之岛、和谐之岛。