北京市供熱鍋爐能效現(xiàn)狀分析

文_董美智 劉大為 柳乃明 北京節(jié)能環(huán)保中心

供熱行業(yè)是我國(guó)能源消費(fèi)體系中的消耗大戶，我國(guó)每單位面積的供熱能耗是發(fā)達(dá)國(guó)家的2～3 倍，供熱行業(yè)有著巨大的節(jié)能潛力。

在目前所有的冬季供熱方式中，集中供熱是覆蓋面積最大、應(yīng)用最廣的一種方式，集中供熱是我國(guó)北方區(qū)域冬季采暖的主要方式。我國(guó)城鎮(zhèn)化的高速推進(jìn)使得北方城鎮(zhèn)建筑面積不斷增長(zhǎng)，北方城鎮(zhèn)集中供熱面積亦隨之快速增長(zhǎng)。2017 ～2018 年供暖季，北京市城市總供熱面積已經(jīng)達(dá)到84265 萬(wàn)m2，熱力消費(fèi)量5237.1 萬(wàn)GJ。因此做好供熱行業(yè)的節(jié)能降耗工作，對(duì)于北京市整體能耗下降具有重要意義。

北京節(jié)能環(huán)保中心對(duì)北京市在用107 臺(tái)(包括熱水鍋爐100臺(tái)、蒸汽鍋爐7 臺(tái))燃?xì)忮仩t進(jìn)行運(yùn)行工況能效測(cè)試，考察目前北京市在用鍋爐的能效水平，并為供熱鍋爐節(jié)能運(yùn)行提出改進(jìn)建議。

1 燃?xì)忮仩t能效測(cè)試原理

《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程》中規(guī)定額定壓力小于3.8MPa 的介質(zhì)為水或液相有機(jī)熱載體的固體燃料鍋爐、液體燃料鍋爐、氣體燃料鍋爐以及電加熱鍋爐的熱工性能試驗(yàn)均能夠采用此標(biāo)準(zhǔn)。本文涉及的鍋爐均為燃?xì)鉄崴⒄羝仩t，滿足該標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試要求。

鍋爐熱效率測(cè)試一般需同時(shí)采用正平衡測(cè)量法和反平衡測(cè)量法，熱效率值為正平衡測(cè)量法與反平衡測(cè)量法測(cè)得結(jié)果平均值。正平衡測(cè)量法為直接測(cè)量輸入熱量和輸出熱量來(lái)確定鍋爐熱效率的方法；反平衡測(cè)量法為通過(guò)測(cè)量各種燃燒產(chǎn)物熱損失（燃?xì)忮仩t主要為排煙熱損失、氣體不完全燃燒熱損失、散熱損失三方面熱損失）來(lái)確定鍋爐熱效率的方法，見(jiàn)圖1。

圖1 鍋爐效率平衡圖

對(duì)于發(fā)生煙氣冷凝且熱量回收利用的鍋爐實(shí)驗(yàn)時(shí)，鍋爐本體部分采用正反平衡測(cè)試法，冷凝段部分僅采用正平衡測(cè)試法，鍋爐效率為本體部分熱效率與冷凝段部分熱效率之和。

2 測(cè)試結(jié)果匯總及分析

2.1 燃?xì)鉄崴仩t

本文以100 臺(tái)熱水鍋爐為樣本，對(duì)其進(jìn)行運(yùn)行工況能效測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1 所示。

2.1.1 鍋爐排煙溫度分析

鍋爐排煙溫度平均值為81.3℃，低于排煙溫度平均值的鍋爐為63 臺(tái)，高于排煙溫度平均值的鍋爐為37 臺(tái)，其中，21 臺(tái)鍋爐的排煙溫度高于100℃。排煙溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致鍋爐排煙熱損失增大，降低鍋爐效率，造成能源浪費(fèi)。

2.1.2 鍋爐排煙處過(guò)量空氣系數(shù)分析

鍋爐過(guò)量空氣系數(shù)平均值為1.27，過(guò)量空氣系數(shù)位于1.1～1.3 之間的鍋爐臺(tái)數(shù)為63 臺(tái)。過(guò)高或者過(guò)低的過(guò)量空氣系數(shù)不利于燃料燃燒，造成燃料浪費(fèi)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整鍋爐燃燒狀態(tài)。

2.1.3 鍋爐效率分析

鍋爐效率整體平均值可達(dá)95.31%，最高值可達(dá)99.42%；高于效率平均值的鍋爐為66 臺(tái)，低于效率平均值的鍋爐為34 臺(tái)，其中2 臺(tái)鍋爐的效率低于90%。過(guò)低的鍋爐效率，不僅影響鍋爐的良好運(yùn)行，同時(shí)也對(duì)能源造成浪費(fèi)。

表1 燃?xì)鉄崴仩t測(cè)試結(jié)果匯總表

2.1.4 節(jié)能潛力分析

若對(duì)低于效率平均值的34 臺(tái)鍋爐進(jìn)行節(jié)能改造，使得其能效值達(dá)到平均水平，按照目前鍋爐出力，初步估算一個(gè)供暖季34 臺(tái)鍋爐節(jié)約燃?xì)饬咳绫? 所示。

表2 34臺(tái)熱水鍋爐節(jié)能改造后節(jié)約燃?xì)饬繀R總表

折算成標(biāo)準(zhǔn)煤為：

539976.50 m3×1.2143kg/m3÷1000=656t

(注：公式中按照熱水鍋爐耗氣量100m3/h/MW，每天運(yùn)行時(shí)間按照24h，一個(gè)供暖季按照120d 計(jì)算，34 臺(tái)鍋爐的初始效率按照測(cè)試效率計(jì)算，改造后效率按照效率平均值95.31%計(jì)算，1m3天然氣為1.2143kgce。)

從上面計(jì)算可以看出，一個(gè)供暖季可節(jié)約天然氣54.00萬(wàn)m3，折算成標(biāo)準(zhǔn)煤為656tce。

2.2 燃?xì)庹羝仩t

本文另對(duì)7臺(tái)蒸汽鍋爐進(jìn)行能效測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表3 所示。

表3 燃?xì)庹羝仩t測(cè)試結(jié)果匯總表

通過(guò)表3 測(cè)試結(jié)果可以看出，1 ～3 號(hào)鍋爐的排煙溫度在200℃左右，而且排煙處的過(guò)量空氣系數(shù)均較大，這兩個(gè)因素導(dǎo)致這3 臺(tái)鍋爐的排煙熱損失較大，鍋爐效率相對(duì)較低。4 ～7號(hào)鍋爐處在一個(gè)良好的運(yùn)行狀態(tài)，保證鍋爐效率在95%左右。

如果在1～3 號(hào)鍋爐末端增加余熱回收裝置，降低鍋爐排煙溫度，并調(diào)整鍋爐的配風(fēng)比，降低過(guò)量空氣系數(shù)，使得3 臺(tái)鍋爐的效率能夠達(dá)到95%，按照目前鍋爐出力，初步估算一個(gè)供暖季3 臺(tái)鍋爐節(jié)約燃?xì)饬繛椋?/p>

折算成標(biāo)準(zhǔn)煤為：

331815m3×1.2143kg/m3÷1000=403t

(注：公式中按照1t 蒸汽的燃料消耗量為80m3天然氣，每天運(yùn)行時(shí)間按照24h，一個(gè)供暖季按照120d 計(jì)算，3 臺(tái)鍋爐的初始效率按照88%計(jì)算，改造后效率按照95%計(jì)算，1m3天然氣為1.2143kgce。)

從上面計(jì)算可以看出，一個(gè)供暖季可節(jié)約33.18 萬(wàn)m3天然氣，折算成標(biāo)準(zhǔn)煤為403tce。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以這107 臺(tái)鍋爐能效測(cè)試結(jié)果為樣本進(jìn)行分析，結(jié)果表明：107 臺(tái)鍋爐中仍有將近40%左右的鍋爐存在排煙溫度較高，運(yùn)行不合理的情況存在。

因此，建議各供暖單位在條件允許情況下，每1～2 年對(duì)現(xiàn)有供熱鍋爐評(píng)估，對(duì)出力較大的鍋爐進(jìn)行能效測(cè)試或自測(cè)鍋爐的運(yùn)行參數(shù)（排煙溫度、排煙處過(guò)量空氣系數(shù)），以便及時(shí)了解鍋爐運(yùn)行狀態(tài)；并對(duì)排煙溫度過(guò)高的鍋爐進(jìn)行余熱利用改造，達(dá)到提高能效、節(jié)約能源、減少能源費(fèi)用的目的。

另外通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)目前冷凝鍋爐測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)仍需完善。隨著技術(shù)的進(jìn)步，冷凝鍋爐應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而關(guān)于冷凝鍋爐的能效測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法完全滿足現(xiàn)有要求。

《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程》GB/T10180-2017 中雖然對(duì)發(fā)生煙氣冷凝且熱量回收利用的鍋爐效率進(jìn)行闡述，但現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，存在一部分鍋爐本體部分和冷凝部分無(wú)法分開(kāi)，無(wú)法采用上述標(biāo)準(zhǔn)中方法進(jìn)行測(cè)試。因此需編制適用于冷凝鍋爐能效測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)體系，標(biāo)準(zhǔn)中可以考慮采用正平衡測(cè)試方法對(duì)冷凝鍋爐進(jìn)行能效測(cè)試。