南平地区燃生物质锅炉能耗情况及其改进措施

黄炜

（福建省锅炉压力容器检验研究院南平分院 福建南平 353000）

南平市是国家节能减排政策综合示范城市，以实现经济发展与环境改善双赢为目标，节能减排是全市发展的重点工作。锅炉作为企业生产的核心动力设备，同时也是高能耗、高排放特种设备，通过降低工业锅炉的能耗，减少大气污染物的排放，对南平地区推进绿色发展意义重大。

1 测试结果统计分析

以南平地区在用工业锅炉全覆盖定期能效测试的数据为依据，将已完成的近4 年（2 个周期），即2018—2019 年与2020—2021 年定期能效测试数据汇总统计，按锅炉所用燃料、额定出力和燃烧方式进行分析，找出相关要素及主要原因。

1.1 按锅炉所用燃料分析

南平是国家森林城市，大部分为山林地带，森林资源丰富，全市森林覆盖率达78.6%。当地企业也大多是竹木制品加工厂，竹屑、木屑、木柴、竹木边角料等都可以作为生物燃料供锅炉使用。与其他燃料相比较，生物质燃料优势明显，不仅来源便捷、成本低、供应量大，而且这些边角料都是企业本厂的生产副产物和废弃物，可以物尽其用，变废为宝。且当前生物质燃料的应用完全符合国家环保政策，同样是洁净能源，竹木类生物质燃料每小时运行成本195.0 元，要远低于天然气的391.5 元［1］，大大降低企业成本，提升竞争力。2 个周期使用不同燃料锅炉占比及热效率如图1 所示，2020—2021 年检测总台数1 115 台，其中燃生物质锅炉948 台，占总数的85.0%，3项数据都接近于上个周期（2018—2019 年）的1 102 台、911 台和82.7%，说明近年来南平地区在用工业锅炉总数基本不变，且企业常年使用生物质燃料的运行模式已经形成，将在很长一段时期内保持不变。但是2020—2021 年燃生物质锅炉的平均测试效率仅73.2%，明显低于燃煤锅炉的77.4%和燃油燃气锅炉的90.7%，同时由于燃生物质锅炉数量多、占比大，导致工业锅炉总体热效率低。因此，以燃生物质锅炉作为研究对象，采取针对性的改进措施，提高当前燃生物质锅炉的总体热效率，成为南平地区工业锅炉节能降耗的关键。

图1 2018—2019 年与2020—2021 年使用不同燃料锅炉占比和热效率

1.2 按锅炉额定出力（折算蒸吨）分析

2018—2019 年与2020—2021 年燃生物质锅炉的测试结果见表1，2018—2019 年测试折算蒸吨数（D≤4）的小型锅炉1 010 台，占总数的91.7%，折算蒸吨数（D＞4）的大中型锅炉92 台；2020—2021 年测试折算蒸吨数（D≤4）的小型锅炉1 021 台，占总数的91.6%，折算蒸吨数（D＞4）的大中型锅炉94 台。可见南平地区基本以小型燃生物质锅炉为主，其平均热效率和尾部受热面布置率都明显低于大中型锅炉。主要原因有：①当地企业普遍规模小、地理位置分散，集群化发展困难，难以引导小企业集聚协同发展，无法进行集中供热；②2020—2021 年中大型锅炉基本都有布置尾部受热面装置，配置率达93.6%，而小型锅炉尾部受热面装置的配置率仅40.8%。部分小型锅炉虽然布置了尾部受热面，但是布置的受热面面积不够，导致排烟温度高，排烟气热损失大，热效率低。小型锅炉平均热效率仅74.1%，远低于大中型锅炉的82.3%。

表1 2018—2019 年与2020—2021 年不同额定出力锅炉占比、热效率和尾部受热面配置率

1.3 按锅炉燃烧方式分析

根据2020—2021 年燃生物质锅炉的测试数据，燃烧方式主要分为固定炉排、链条炉排、往复炉排、旋转炉排和室燃。燃烧方式不同的锅炉在平均热效率、排烟温度达标率、过量空气系数达标率和排烟可燃气体（CO）浓度上都存在明显差异，见表2。固定炉排锅炉平均热效率仅74.2%，远低于链条炉排锅炉的76.9%，往复炉排锅炉的77.4%，旋转炉排锅炉的78.8%，室燃锅炉的82.5%。

固定炉排锅炉平均热效率低的原因有以下3 点。

（1）固定炉排锅炉即是小型手烧炉，小型锅炉因未进行水质处理或水处理不当，导致受热面结水垢。水垢层导热系数极低，仅为碳钢的数百分之一。一旦换热面与水介质之间间隔了水垢层，热传导效果会大大降低［2］。根据文献资料，水侧受热面结水垢达1.0 mm，热传导效率将下降约6.0%［3］。且小型锅炉运行负荷不稳定，当负荷降低后，烟气循环阻力降低，流速升高，高温烟气与受热面的热交换时间减少，换热效果降低，排烟温度升高。从表2 可知，固定炉排锅炉的排烟温度达标率仅7.9%，远低于链条炉排锅炉的33.3%，往复炉排锅炉的62.5%，旋转炉排锅炉的50.0%，室燃锅炉的66.7%。

（2）固定炉排锅炉大多未安装鼓、引风机变频器，在使用过程中，无法紧跟锅炉负荷的变化对鼓引风量进行调整。当锅炉负荷降低时，供燃料量减少，鼓引风量不变，进入炉膛的多余空气不仅未参与燃烧反而降低了炉膛温度，造成空气过量系数过高，热损耗大。固定炉排手烧炉在日常运行中存在问题，司炉工在添加燃料时没有均匀摊开，出现炉排风口分布不均匀，局部空气过量。从表2 可知，固定炉排锅炉的过量空气系数合格率仅为0.2%，远低于链条炉排锅炉的3.7%，往复炉排锅炉的12.5%，旋转炉排锅炉的25.0%，室燃锅炉的22.2%。

表2 2020—2021 年燃生物质锅炉热效率、排烟温度、过量空气系数及CO 平均浓度测试

（3）固定炉排锅炉的空气未完全，燃烧热损失大，表现在测试中排烟气CO 浓度较大，经常超过0.1%。固定炉排锅炉多为手烧炉，司炉工添加燃料时经常堆满炉膛，造成局部空气供给不足，燃料挥发出的可燃气体不能完全燃烧。如表1 所示，固定炉排锅炉的测试中排烟气CO 平均浓度达0.130 6%，明显高于链条炉排锅炉的0.040 3%，往复炉排锅炉的0.043 2%，旋转炉排锅炉的0.031 7%，室燃锅炉的0.023 5%。

2 节能改进措施

对南平地区在用燃生物质锅炉实际运行能耗情况结合定期能效测试数据进行统计，通过分析得出，导致燃生物质锅炉能耗高的主要原因是小型锅炉数量多、排烟温度高、过量空气系数高、气体不完全燃烧等。针对存在的问题，提出相应的改进措施。

（1）大力推广节能环保燃生物质锅炉，淘汰落后产能。燃生物质锅炉作为低碳环保的燃烧设备，应加大推广力度，提升燃生物质锅炉效率和使用率。首先，在锅炉设计和制造环节上进一步强化，应设计制造更节能的燃生物质锅炉。对于不符合能耗、排放强制性指标要求的及国家明令淘汰的锅炉，设计文件鉴定机构不予通过其设计文件鉴定。其次，加大对小企业的扶持力度，克服地理位置的局限性，规划节能、环保、安全、充满活力的科技产业园区，并引导小企业入驻园区，集聚协同发展，主动牵头建设大型集中供热节能环保燃生物质锅炉，实现区域集中供热。

（2）针对排烟温度过高的问题，建议采取以下改进措施：①应合理配置锅炉尾部受热面或增加尾部受热面面积，并定期对受热面进行清灰。②在日常运行中，应重视对炉膛内烟气侧管壁外表面灰垢的清除，提高受热面传热效果。定期安排停炉，进入炉膛内检查拱砖和隔墙，防止烟气循环“短路”。③加强锅炉的水质处理工作，确保原水、给水和炉水指标均符合要求，合理进行加药排污，防止因锅炉结垢而影响传热效果。对水垢严重超标的蒸汽锅炉进行停炉除垢，除垢效果和除垢率应达到技术规范要求。④安装排烟温度测温仪，监测锅炉燃烧系统运行情况，以便查找问题，随时进行调控。

（3）针对过量空气系数过大的问题，建议采取以下改进措施：①加装鼓、引风机变频器，通过控制鼓、引风机的风量，做到合理配风。②加强司炉工培训和管理，要求司炉工在日常运行中，紧跟锅炉负荷的变化对鼓引风量进行调整。当锅炉负荷降低时，减少燃料量的同时降低鼓、引风风量，以减少进入炉膛未参与燃烧的多余空气，从而降低过量空气系数。③提升司炉工操作水平，燃生物质手烧炉运行中，司炉工添加燃料时须均匀摊开，使固定炉排的风口均匀分布，避免局部空气过量。④安装排烟气体含氧量检测仪，根据烟气氧含量的变化，锅炉工及时调节供燃料量、给水量和鼓引风量，使锅炉排烟处的过量空气系数符合节能技术规范的要求，从而提高锅炉热效率［4］。

（4）针对燃生物质手烧炉燃料不完全燃烧的问题，建议采取以下改进措施：①加强对司炉工操作技能和工作责任心方面的培训，当司炉工添加生物质燃料时，须均匀抛撒平摊开，尽量覆盖所有炉排，使炉排风口均匀分布，促进燃料与空气充分接触，达到完全燃烧。司炉工如果把燃料“一次性”堆满炉膛，局部空气供应不足，导致燃料不完全燃烧，甚至会出现烟囱“冒黑烟”的情况，对周围环境产生了污染。②司炉工定时通过观火孔观察炉膛，当火焰以外有发散火星，多是由于燃料供给过量或供空气量不足所导致。当火焰呈暗红色，形状和轮廓不清晰时，应检查鼓引风系统，排查烟气循环系统堵塞的可能。③通过肉眼观察火焰来判断炉膛温度，通常炉膛温度越高燃料引燃效果越好，越充分燃烧，从而判断锅炉燃烧状态的好坏，燃料与空气的配比是否恰当。在充分燃烧情况下，火焰呈黄橙色，既不能白亮，又不能带黑烟，火焰轮廓清晰，外周无发散火星，火焰以外的烟色透明，火焰的大小和形状在高火时要基本充满炉膛［5］。④安装炉膛温度测温仪，通常炉膛温度越高燃料引燃效果越好，越充分燃烧，从而判断出锅炉燃烧情况的好坏。

3 结语

南平地区工业锅炉以燃生物质手烧炉为主，其特点是炉型小、数量多、效率低、节能潜力大。以南平地区在用工业锅炉全覆盖定期能效测试的数据为依据，通过锅炉所用燃料、额定出力和燃烧方式进行分析，得出导致燃生物质锅炉能耗高的主要原因是小型锅炉数量多、排烟温度高、过量空气系数高、气体不完全燃烧等，进而提出相应的节能改进措施，以降低燃生物质锅炉的能耗，减少大气污染物的排放，对南平地区推进绿色发展意义重大。