燃氣工業鍋爐運行工況熱效率測試與分析

王志建

（福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院，福建 福州 350008）

1 引言

工業鍋爐是重要的熱能轉換設備，同時也是用能大戶和污染大戶。隨著環保政策日益重視，燃煤鍋爐改清潔能源的大力推廣，燃氣工業鍋爐已經逐漸成為工業市場的主流。而隨著國家節能政策的日益嚴格，對于燃氣工業鍋爐而言，如何降耗，提高鍋爐熱效率顯得迫在眉睫。文中通過對126臺燃氣工業鍋爐進行熱效率測試，根據測試結果對影響鍋爐熱效率的因素進行分析，找出鍋爐熱效率存在的主要問題，并提出節能措施。

2 測試要求

2.1 測試方法和依據

本次鍋爐運行工況熱效率的測試方法采用TSG G0003—2010《工業鍋爐能效測試與評價規則》[1]中用于鍋爐運行工況熱效率簡單測試規則，按照TSG G0002—2010《鍋爐節能技術監督管理規程》[2]要求進行評判。

計算方法如下式所示：

2.2 分析指標

3 鍋爐熱效率測試結果匯總分析

對某地區所測試的126臺燃氣工業鍋爐熱效率數據結果進行匯總分析。其中鍋爐熱效率、排煙溫度以及過量空氣系數的主要試驗結果詳見表1。

表1 鍋爐熱效率、排煙溫度以及過量空氣系數測試結果統計表

根據表1匯總的測試數據并結合現場測試情況來看，發現存在問題總結如下：所測126臺燃氣工業鍋爐計算的加權平均熱效率為89.99%，與最低限定值92%相差2.01%；所測試126臺鍋爐中僅有32臺鍋爐熱效率符合TSG G0002—2010《鍋爐節能技術監督管理規程》要求限定值，達標率為25.4%；排煙溫度不符合TSG G0002—2010《鍋爐節能技術監督管理規程》限定值要求的31臺，所占比例偏高；過量空氣系數不符合TSG G0002—2010《鍋爐節能技術監督管理規程》要求的有94臺，所占比例高達74.6%；另外，僅10臺鍋爐在鍋爐熱效率、排煙溫度以及過量空氣系數同時滿足TSG G0002—2010《鍋爐節能技術監督管理規程》要求，所占比例較低。綜合來看，熱效率偏低，能源浪費現象較為嚴重。

假如所測試126臺燃氣工業鍋爐的熱效率全部符合TSG G0002—2010《鍋爐節能技術監督管理規程》中最低限定值的要求，即鍋爐平均熱效率提高2%來計算，按80m3/（t·h）天然氣耗量粗略計算，所測試126臺燃氣工業鍋爐總容量為446t，全年運行300天，日均運行工作16h，每年天然氣耗量約為1.71×108m3，則全年可節約天然氣約28.5萬m3，減少CO2排放約28.5萬m3，減少NOX排放約6.27萬m3。另外，參照非居民燃氣4.2元/m3，每年能夠節約120萬元的燃料成本。鍋爐熱效率的提高，產生良好的環境效益、社會效益以及經濟效益，由此可見，鍋爐熱效率測試工作具有重要的意義。

4 燃氣工業鍋爐的節能措施

4.1 降低排煙熱損失

（1）降低排煙溫度。有文獻指出，鍋爐排煙溫度每升高12℃～15℃，將提高1%[3]。在測試的126臺鍋爐中，發現高達30.2%比例的鍋爐排煙溫度高于TSG G0002—2010《鍋爐節能技術監督管理規程》的限定值，其中最高排煙溫度為348℃，超過限定值149%，鍋爐排煙溫度tpy偏高占較大比例。另外，筆者在實際所測試的126臺燃氣工業鍋爐中發現鍋爐尾部有配空氣預熱器與省煤器（節能器）各占比例分別為4.76%、55.5%。以2噸燃氣工業鍋爐為例，如表2所示為近年某地區部分燃氣工業鍋爐尾部有無安裝節能裝置的熱效率測試數據對比表。

表2 有節能裝置和沒有節能裝置的熱效率測試數據對比

由表2可知，鍋爐尾部有無安裝節能裝置，通過排煙溫度與排煙熱損失的比較可以發現，尾部有安裝節能裝置的鍋爐平均排煙溫度僅為70.98℃，平均值為2.39%；未安裝尾部節能裝置的鍋爐平均排煙溫度高達209.8℃，平均為11.46%；從數據對比中可以看出，鍋爐尾部有安裝節能裝置能大幅度降低排煙溫度，可使減少8%～9%。

改進措施：鍋爐尾部適當加裝或改造尾部受熱面（導熱油鍋爐尾部可加裝余熱鍋爐或者空氣預熱器）。

（2）加強鍋爐水質管理。在實際的檢測過程中，筆者根據現場檢驗發現，存在一定比例的企業未進行鍋爐給水預處理或者水處理裝置失效未及時更換情況，導致鍋爐結垢現象較為嚴重。結垢使鍋爐內部受熱面的傳熱性能減弱，降低了受熱面傳熱系數，使傳熱體積減小，致使排煙溫度升高。據相關文獻顯示，灰垢每增加1mm，將造成鍋爐熱損失增加4%～6%，水垢每增厚1mm鍋爐就要多消耗3%的燃料[4]。

改進措施：①鍋爐管理人員應增加鍋爐水質監測和排污的頻次；②鍋爐使用單位對鍋爐水處理裝置要及時維護保養以及更換樹脂；③企業要對水質化驗員加強水質化驗工作，提高專業水平，讓專業的人做專業的事；④鍋爐本體以及尾部受熱面應及時清灰除垢。

（3）優化配風。文中所測試126臺燃氣工業鍋爐按TSG G0002—2010《鍋爐節能技術監督管理規程》的要求不大于1.15（所測試鍋爐均為正壓燃氣工業鍋爐），但在實際測試過程中能符合要求僅32臺鍋爐。從現場煙氣成分檢測情況來看，鍋爐燃燒器風氣量配比不當是py過高的主要原因。偏大或偏小對于均產生較大的影響。偏大，風量過高，煙氣流速增加，會帶走大量煙氣熱量，造成增大；偏小，風量不足，導致天然氣（液化石油氣等燃料）的燃燒不完全，CO含量驟增，造成增大。因此，需要將控制在合理的范圍之內，顯得尤為重要。

改進措施：①在鍋爐尾部增設測氧裝置或者安裝在線監測裝置；②鍋爐管理人員應加強鍋爐燃燒器的風量調節技術培訓，有能力對鍋爐的風量進行合理調節。

4.2 降低氣體未完全燃燒損失

4.3 降低散熱損失

文中所測試126臺燃氣工業鍋爐中發現有50%左右鍋爐是低負荷運行狀態，出現“大馬拉小車”情況，造成鍋爐整體運行熱效率較低。

表3 鍋爐在不同負荷下散熱損失比較

改進措施：1、管理人員合理安排生產，在設計參數下運行，購買相匹配燃料，鍋爐盡可能在高負荷下運行[6]；2、鍋爐房設計時應根據運行負荷合理選擇鍋爐，避免出現“大馬拉小車”的現象[7]。

5 結語

綜上所述，通過對126臺燃氣工業鍋爐進行熱效率測試并對測試結果進行匯總，從排煙溫度、過量空氣系數及鍋爐熱效率三個指標出發，并對各項熱損失進行系統的分析，發現所測試的燃氣工業鍋爐中普遍存在排煙溫度偏高、過量空氣系數偏大以及鍋爐負荷率偏低等問題，導致鍋爐整體熱效率偏低，重點分析了排煙熱損失的這一環節，并提出造成的原因和改進措施。