西安市工業鍋爐能耗現狀及其能效測試進展

【摘要】 工業鍋爐在全國的動力設備當中比重大，使用范圍廣、需求多，但仍存在熱效率低、運行不穩定、污染物排放量大等特點。本文對西安市工業鍋爐能耗現狀進行了分析，主要存在以下幾個問題：（1）工業鍋爐的管理水平相對較低；（2）使用單位對鍋爐節能方面重視程度不夠，（3）工業鍋爐設備自動化程度不高；（4）對工業鍋爐的水質管理存在漏洞（5）對工業鍋爐能效監管力度不夠。本文根據所發現的問題提出了相關的改善意見及措施。

【關鍵詞】 工業鍋爐 高能耗 能效測試 特種設備

一、西安市工業鍋爐能耗現狀

隨著我國改革開放的不斷深入和國民經濟的騰飛，能源問題日益突出。工業鍋爐作為高能耗的特種設備，每年所消耗的能源在我國能源總消耗當中約25%。西安市作為工業鍋爐使用的大市，在用工業鍋爐共有4000余臺，每年大約要消耗標準煤400萬噸，每年排放物當中二氧化硫為3.4萬噸，氮氧化物3萬噸，二氧化碳1048萬噸，在這些排放物當中二氧化硫的排放量占到了西安市所有污染排放的33%。

而長久以來煤炭燃燒的產物一直以來都是困擾西安市，是產生霧霾的主要因素，所以對于西安市工業鍋爐能耗和產物排放的有效控制，對于西安市在“十二五”規劃當中所提到的節能減排目標、環保目標的實現具有非常重要的意義和價值。

二、影響鍋爐能耗的主要因素

2.1工業鍋爐的管理水平低

鍋爐使用單位主要管理人員對節能不夠重視，司爐人員普遍存在積極性不高，對節能表現出不懂、不管、不愿的“三不”態度，主要表現在以下幾個方面：

1）對燃料的管理長期處于粗放的狀態，燃料未進行成分檢驗、原煤仍處于粗放加工，目前西安地區的燃煤鍋爐有80%仍然是鏈條爐排，還有近10%的立式手燒爐。

2）鍋爐運行效率低，基于生產內容和方式不同，各企業所選用的鍋爐型號、參數各不相同，通常配備高于所需蒸發量的鍋爐，大部分鍋爐實際運行時出力都達不到額定出力的50%，普遍處在“大馬拉小車”現象，長期處于燃燒不穩定，鍋爐散熱損失、不完全燃燒熱損失都比額定負荷運行時大很多，燃料浪費嚴重。

3）司爐人員專業技能低，缺乏節能及操作指示，無法依據負荷、燃料變化等做出必要的調整。

2.2對工業鍋爐的回水和余熱利用率低

目前，西安地區工業鍋爐設備的冷凝水回收利用不足，大多數的鍋爐都沒有安裝冷凝水回收裝置，即使安裝的也沒有實質性的使用。

在余熱利用方面，大部分燃氣鍋爐都沒有按裝節能器，排煙溫度和空氣過量系數普遍高出TSG G0002-2010《鍋爐節能技術監督管理規程》所規定值，目前大部分鍋爐的節能器都沒有采用耐腐蝕鋼材制作，為減少成本一般采用碳鋼制造，易腐蝕，甚至污染鍋爐水質，造成使用單位寧可浪費，也不愿安裝節能器。

2.3工業鍋爐設備自動化程度不高

鍋爐設備是個復雜的控制對象，作為一個長期運行設備，其控制系統的優劣是影響鍋爐能耗的重要因素，主要表現在以下幾點：

1）機械爐排漏煤量超標，側面密封不合格導致鍋爐漏風嚴重。

2）給煤調速箱不能根據爐膛溫度實時調節爐排轉速和煤層厚度，爐排上燃料燃燒不均勻，對鍋爐內燃料的正常燃燒和水冷壁的換熱效率影響較大。

3）當鍋爐實際蒸發量不恒定時，出現熱負荷波動的時候鍋爐輔機的控制系統無法進行檔次的調整，導致輔機運行效率低下，能源浪費嚴重。

4）自動裝置配備的不到位，很少在鍋爐出口管道安裝流量計量儀表，有些使用單位僅在鍋筒上裝有安全附件，其他地方不裝任何安全附件和計量儀表。

5）在西安地區有些使用單位緊靠司爐人員的肉眼觀察來決定給水泵和鼓、引風機的起停，連基本的控制系統都沒有。

2.4對工業鍋爐的節能監管力度不夠

由于管理水平和重視程度的不同，鍋爐使用單位運行情況千差萬別，節能水平參差不齊。普遍存在著專業人員匱乏的現象，在測試過程發現很多鍋爐的能效不達標，針對不達標的鍋爐給出了不合格報告和節能建議書，但使用單位并不整改，依然我行我素的現象。目前國家在這方面只是頒布了相關的節能技術規范，在本行政區域內并沒有對工業鍋爐的能效進行有效監管和給出相關獎懲機制。

2.5對工業鍋爐的水質管理存在漏洞

西安市對于鍋爐水質管理上的漏洞主要表現為“三低一高”，首先這個低指的是水處理設備的利用率低、處理人員的配備率低、水質達標率低，其次這個高指的是工業鍋爐的排污率高，這樣的“三低一高”導致了西安市工業鍋爐所排放的熱量加大，浪費嚴重。

三、西安市工業鍋爐能效測試進展

3.1 法律法規的完善

國家有關工業鍋爐的能效測試，自標準JB2829-88《工業鍋爐熱工試驗》實施之日起；經過多次修訂和不斷更新，2003年發布且目前仍然有效的GB/T10180-2003《工業鍋爐熱工性能試驗規程》代替了GB10180-1988《工業鍋爐熱工試驗規范》。2009年國家質檢總局頒布并實施了《高耗能特種設備節能監督管理辦法》文件，加強了對高能耗特種設備的管理。

隨后2010年頒布并實施了TSG G0002-2010《鍋爐節能技術監督管理規程》和TSG G0003-2010《工業鍋爐能效測試與評價規則》進一步規范了工業鍋爐能效測試的條件和技術指標，相比其他標準，該標準中對工業鍋爐的排煙溫度、空氣過量系數、熱效率等指標提出了更高的要求。如2014年頒布實施的標準NB/T 47034-2013《工業鍋爐技術條件》中技術指標已與上面的兩個標準一致。

在能效評價方面，特種設備安全技術規范TSG G0003-2010《工業鍋爐能效測試與評價規則》對工業鍋爐能效評價還比較籠統，但2014年4月1日起執行的行業標準NB/T 47035-2013《工業鍋爐系統能效評價導則》進一步細化了工業鍋爐能效評價的條件和方法。以及2014年實施的《中國特種設備安全法》中也提出對特種設備堅持 “安全第一、預防為主、節能環保、綜合治理”的原則。西安市緊跟國家相關法律、法規的步伐，及時更新標準、學習并執行相關的法律、法規和標準。

3.2 西安市工業鍋爐在線監測系統的試點運行

針對工業鍋爐長期存在著能耗大、運行效率低、監管力不足等問題，我院與日本三浦公司合作開展“工業鍋爐遠程監視系統”項目，該項目緊緊圍繞著國家關于實行工業鍋爐節能審查監管要求的主題，將全市在用工業鍋爐通過數據采集，利用物聯網技術傳遞到各使用終端，通過在線實時監測工業鍋爐水質和鍋爐實時運行情況。根據不同鍋爐型號，我們選擇具有代表性的5家使用單位作為試點，安裝了遠程監控系統，并成功投入運行。以下是2013年這五家單位工業鍋爐的運行參數（見表1）：

由表1可以看出，同一臺鍋爐的運行效率最高值和最低值之間最多相差高達將近20%，這一部分損失和以下原因有直接關系，使用單位中大部分鍋爐司爐人員缺乏節能減排的相關知識，司爐人員不能根據負荷、煤質變化等情況正確調整運行鍋爐，從而大大限制了鍋爐性能水平的充分發揮，造成排煙溫度明顯過高、爐渣含碳量過高、過量空氣系數過大等問題。可見通過對工業鍋爐的遠程在線監測，針對每臺鍋爐的實際運行，便可制定相應的節能方案，節能降耗潛力巨大。

3.3測試手段及設備的革新

（1）鍋爐給水量測量設備的改進，從原稱重計量到超聲波流量計量。針對西安地區中小型鍋爐對給水流量的計量不受重視，大多數沒有安裝流量計量設備，測試時無從計量。稱重計量雖能提供直觀的數據，但比較費時費力，且精度低。目前測試中心采用的超聲波流量計具有精度高，安裝便捷，攜帶方面，對給水流量的瞬時變化和累計流量做出準確的測量。

（2）鍋爐煙氣的分析設備的和測試方法的革新。長期以來所采用的分析方法是奧氏分析儀化學分析法，它可分析RO2、O2、CO三種煙氣成分。由于煙氣中CO含量通常在0.1%以內，奧氏儀最小讀數為0.2%，故無法用它來分析煙氣中的CO。

另外，奧氏儀操作時必須先分析RO2，完成后在分析O2，順序不能顛倒。在O2吸收劑與空氣接觸部位要加一層輕油，使其與空氣隔絕，否則會因為吸收空氣中O2量過多而影響分析的正確性，且在測試過程中，不得使吸收劑在吸收瓶內出現泡泡。奧氏儀測量的煙氣成分少，操作繁瑣，且測量結果精度容易受外界環境影響，已越來越不能滿足能效測試的要求。西安地區已對煙氣分析設備進行了革新，目前主要采用國際先進的德圖350加強型煙氣分析儀和移動式紅外煙氣分析儀兩種，其具有精度高，安裝便捷且可在線測試，對煙氣中多種成分做出準確測量。

（3）對蒸汽濕度進行測量的革新。原來所使用的主要是氯根法（硝酸銀容量法），這種測量方法在操作上比較麻煩，流程復雜，現在西安市對鍋爐進行蒸汽濕度測量的方法主要采用的是自動化程度高的鈉度計法和電導率法兩種。鈉度計法測量結果精確，可進行連續性的測量。電導率法檢測方便快速，靈敏度高。

（4）對于散熱損失的計量，西安市也做出了改進，最初西安市鍋爐進行散熱損失的計量方法主要是查表法和計算法，由于我國沒有專門的散熱損失試驗，一直采用前蘇聯20世紀50年代的數據，直至今日。近20年來，我國鍋爐品種發展較快，出現大量快裝（整裝）、組裝鍋爐。這種鍋爐結構緊湊、體積小、爐墻受高溫輻射面積較少，加上保溫材料好，散熱損失大為減少，采用查表法得到的散熱損失明顯偏大，準確度不高。而正是為了改變這種計算不夠準確的現狀，所以西安地區對于鍋爐散熱損失的計量主要以熱流計法為主，對于采用熱流計較為困難時，可采用查表法和計算法，且只對爐墻表面溫度在50oC以下和采用重型爐墻的散裝鍋爐適用。另外，熱流計法具有準確度高之外還具有穩定性高、測量方便、經濟實用等優點。

四、提高西安市工業鍋爐能耗的建議

（1）以工業鍋爐節能減排為關鍵點，強化司爐人員專業化知識及操作技能培訓，提高司爐人員的操作和管理水平，增強其節能意識和責任心。

（2）針對工業鍋爐的冷凝水采取回收技術，讓回收的這部分冷凝水可作為鍋爐給水進行補給，不僅可以節約鍋爐用水，而且還可以提高給水溫度。鍋爐給水溫度每提高約6oC，可節約燃料約1%，對于鍋爐節能降耗十分必要，同時還能提高鍋爐熱效率，減少鍋爐污水排放量。

（3）盡可能降低鍋爐的熱損耗，特種設備安全技術規范《鍋爐節能技術監督管理規程》中明確規定當周圍環境溫度為25oC時，距門（孔）300mm以外的爐體外表面溫度不得超過50oC，爐頂不得超過70oC。在測試過程中發現，發現仍有一部分工業鍋爐的局部地方超溫，存在跑、冒、滴、漏現象，增大了鍋爐的熱損耗。故及時拆除或更換不合格保溫材料，使鍋爐爐墻、煙風道等各熱力設備應當具有良好的密封和保溫性能。

（4）嚴格控制空氣過量系數，使其盡量達到《鍋爐節能技術監督管理規程》的技術指標，因為空氣過量系數影響著燃料的燃燒效率，從而影響鍋爐的熱效率。若在燃燒過程中空氣量不足，燃燒效率低，將直接導致鍋爐的能效降低，反之，空氣量過多，鍋爐的煙風系統中空氣流動加快，熱煙氣沒有足夠時間進行熱交換，大量熱量被帶走，從而降低鍋爐熱效率。應采用變頻技術，依據工業鍋爐的負荷情況實時調節鼓、引風機的風量，讓鍋爐一直處于最佳運行狀態。一方面可以節約鍋爐燃煤，又可以節約風機的耗電，節能效果很好。

（5）降低鍋爐排煙溫度，在測試過程中發現鍋爐排煙溫度每升高10-15 oC時，排煙熱損失增加1%左右。加大對在用工業鍋爐、立式小鍋爐的改造力度，在鍋爐尾部盡可能安裝耐腐蝕節能器，對于燃煤鍋爐必要時可安裝小型空氣預熱器來降低排煙溫度，確保鍋爐排煙溫度達到環保標準要求。

（6）預防受熱面外部積灰和內部結垢，研究表明灰和水垢的換熱系數為鋼的1/200～1/50， 在測試過程發現積灰每增加1mm，鍋爐熱損失增加4%～6%，水垢每增厚1mm，多消耗約3%的燃料。故在鍋爐易積灰的地方安裝吹灰裝置，并加強對鍋爐給水的實時監測，使給水和鍋水達到國家標準GB/T 1576-2008《工業鍋爐水質》的技術指標，從源頭上解決鍋爐結垢問題。

（7）加大對在用燃煤鍋爐的改造，其中包括對給煤裝置改造、燃燒系統改造、爐拱改造、鍋爐輔機改造和層燃鍋爐改造成循環流化床鍋爐，使得在用鍋爐熱效率高，排放污染小，確保該地區在用鍋爐排放達到環保標準的要求。

（8）工業鍋爐實時在線監測系統的全面推行，建立起技術先進、設施齊全、功能完備、立足西安、輻射西部及中部地區的節能領域能效綜合檢測與信息服務平臺，為政府提供真實有效的運行數據，保證了政府對工業鍋爐節能監管職能的實施落到實處，同時也可為各使用單位提高工業鍋爐熱效率、降低排放污染、降低霧霾污染源提供相應的解決措施。

（9）政府還應該牽頭進行對工業鍋爐節能降耗的宣傳力度，讓企業對鍋爐的節能降耗意識上升到與鍋爐的安全使用同等重要的地位，還應該建立起對于鍋爐使用企業的獎勵和扶持的激勵機制，針對鍋爐能耗不合格的企業申請鍋爐節能降耗設置專項的激勵資金，保證企業進行節能降耗改造能夠推行。

五、總結

西安市對鍋爐能耗現狀一直十分的重視，對鍋爐能耗測量的法律法規及時進行規范和完善，嘗試對工業鍋爐進行在線監測系統的試點運行，同時在能效測試的手段和設備上不斷的完善和革新。要做到對西安市工業鍋爐能耗的有效降低，除了本文針對鍋爐使用企業所提出的幾點建議之外，還需要鍋爐制造單位做出努力，不斷對其產品進行創新，開發節能產品，保證其產品具有市場競爭力。