廣州市在用工業有機熱載體鍋爐能效現狀分析與安全節能對策

黃曉霞，孫何瑞，伍路遙，董進寧

（1.廣州市節能中心，廣東 廣州 510080；2.廣州特種承壓設備檢測研究院，廣東 廣州 510080）

隨著我國經濟和工業飛速發展，工業鍋爐安全高效運行對輕紡工業、交通運輸業、建筑業、化學工業、能源工業、冶金工業和軍工業等行業起著越來越重要的作用。有機熱載體鍋爐是以煤、油、可燃氣、電能等為能源輸入，以導熱油為加熱介質，以獲得低壓、高溫的傳熱效果而節約生產成本的特種工業爐[1-2]。隨著近年來我國環保政策的收緊、各種標準的提高，以及燃油燃氣的價格上漲和供應趨緊，燃料成本在工業鍋爐總成本中占比不斷上升，開展工業鍋爐能效現狀分析、能效提升和節能改造是大勢所趨，工業鍋爐的節能研究作為熱點領域，被眾多專家學者所關注。廣州特種承壓設備檢測研究院張佳等[3]調查研究廣東省內30臺新安裝（在一年內辦理登記證）鍋爐，對使用單位提出了運行方面的建議。四川省特種設備檢驗研究院陳娟等[4]在大量調研和采集數據的基礎上，分析研究得到了四川省有關燃煤工業鍋爐的現狀，并對政府提出了9點管理建議。此外，也有一些學者致力于分析關于工業鍋爐的各指標（管理、技術、安全、環保等），建立完善相關評價指標體系，為工業鍋爐節能減排提供科學依據[5]。綜合而言，國內對于工業鍋爐的節能改造進行了一定研究，但對于采用有機熱載體作為介質的特種工業爐的系統研究較少，本文通過對廣州市在用有機熱載體鍋爐運行、管理現狀進行調研統計分析，以期為有機熱載體鍋爐的安全穩定運行管理提供參考，并選取其中199臺工業鍋爐，通過能效測試方法獲得其能耗現狀，提出節能減排的建議。

1 廣州市有機熱載體鍋爐使用現狀

廣州市在用有機熱載體鍋爐使用單位共391家，排除擁有鍋爐的廠家或公司停產、鍋爐被所在區的環保部門查封、鍋爐已停用但未及時報停幾種情況，抽取110家進行普查，未普查的鍋爐使用企業281家，總體普查率為28.1%。針對鍋爐持證與試驗管理情況、鍋爐使用與運行情況兩個方面進行普查分析。總結得出目前廣州市在用有機熱載體鍋爐的運行管理上存在的不規范問題。

1.1 鍋爐持證、取樣配置與試驗管理情況

全市普查各有機熱載體鍋爐持證具體情況，持證鍋爐共134臺，占97%；未持證鍋爐4臺，占3%。《鍋爐安全技術監察規程》[6]規定：鍋爐的使用單位，在鍋爐投入使用前或者投入使用后30日內，應當按照規定到質監部門逐臺辦理登記手續，而廣州市存在少數鍋爐長期未持證投運的現象，不利于監察部門的規范管理。

全市普查各有機熱載體鍋爐取樣器情況，其中鍋爐擁有取樣器共71臺，約占普查總數的51%，不擁有取樣器共67臺，約占普查總數的49%。根據規程規定，系統至少應當設置一個有機熱載體的取樣冷卻器，以保證被測有機熱載體樣品具有代表性和取樣人員在操作過程中的安全，但是專項檢查顯示存在49%的有機熱載體鍋爐沒有依據相關規定配置取樣器。

各鍋爐的型式試驗報告總體情況如圖1所示，其中鍋爐擁有型式試驗報告占61臺，約占普查總數的44%，無型式試驗報告的占77臺，約占普查總數的56%。《有機熱載體》[7]規定了型式試驗的項目。報告內容反映鍋爐質量，缺少型式試驗報告的使用單位應加以重視。

各有機熱載體的出廠檢驗報告總體情況如圖1所示，其中有機熱載體擁有出廠檢驗試驗報告62臺，占普查總數的45%，無型式試驗報告76臺，占普查總數的55%。調查有機熱載體檢驗頻率，一年檢驗一次的有136臺，約占總數的99%；未檢過的有2臺，約占總數的1%。《有機熱載體安全技術條件》[8]規定供應商應提供由國家主管部門認可的檢測機構出具的該產品型式試驗報告與出廠質量檢測報告，同時規定了一年檢驗一次的有機熱載體檢驗頻率。

圖1 有機熱載體鍋爐持證、取樣器、型式試驗報告、出廠檢驗試驗報告、檢驗頻率情況

以上普查數據說明對于持證、取樣等工作，部分企業管理不規范。同時型式試驗報告與出廠檢驗試驗報告的缺失問題嚴重，均達到50%以上。另外有小部分單位未進行有機熱載體檢驗，存在鍋爐安全運行隱患。

1.2 有機熱載體使用與管理情況

有機熱載體最高使用溫度如圖2所示，220℃以下共42臺，占30.43%；220℃~280℃共61臺，占44.2%；280℃以上共33臺，占23.91%。情況不明2臺，占1.45%。按照《有機熱載體熱穩定性測定法》[9]，確定有機熱載體的最高使用溫度，進一步規定鍋爐最高工作溫度，有機熱載體的最高使用溫度至少應高于有機熱載體鍋爐最高工作溫度10℃。此次普查中，存在2臺鍋爐有機熱載體最高使用溫度不明，非常危險，須盡快整改。

圖2 有機熱載體最高使用溫度情況

有機熱載體使用時間如圖3所示，主要集中在1-5年共有67臺，占48.55%；1年以下共有17臺，占12.32%；5-10年共有27臺，占19.57%；10年以上共有6臺，占4.35%；情況不明21臺，占15.22%。

圖3 有機熱載體使用時間

有機熱載體新舊混用情況如圖4所示，混用的共55臺，占39.9%；不混用的共80臺，占58.0%；情況不明的共3臺，占2.1%。

圖4 有機熱載體新舊混用、儲罐、脫氣脫水、化學清洗情況

規范指出以下情況中，在用有機熱載體應全部或部分更換：運動黏度、酸值、殘碳、污染程度達到停止使用指標，同時有機熱載體難以有效回收至允許使用的質量指標。有機熱載體的混用應該滿足一定條件。注意不同化學組成的氣相有機熱載體與液相有機熱載體不得混用。

調查有機熱載體儲罐情況，如圖4所示。所調查的所有鍋爐中，134臺有儲罐，占97.1%；2臺為無儲罐，占1.4%，白云區和花都區各1臺；2臺儲罐情況不明，占1.4%，都在花都區。

調查有機熱載體脫氣脫水情況，如圖4所示。所調查的所有鍋爐中，115臺有脫氣脫水，占83.3%；23臺為無脫氣脫水，占16.7%。

調查有機熱載體化學清洗情況，如圖4所示。所調查的所有鍋爐中，105臺有化學清洗，占76.1%；33臺為無化學清洗，占23.9%。

以上數據說明部分使用單位對于有機熱載體的最高使用溫度、使用時間、新舊混用情況、有無儲罐等信息不了解，其中有機熱載體使用時間不明問題較為嚴重，情況不明者占15.2%。同時脫氣脫水與化學清洗流程缺失，分別有16.7%和23.9%鍋爐沒有進行脫氣脫水和化學清洗。

2 能效統計分析

選取廣州市199臺有機熱載體鍋爐進行能效檢測試驗，其中燃柴油鍋爐67臺，燃氣鍋爐132臺，制造時間在1997-12-01到2019-05-30之間。容量分布見表1。

表1 容量分布

檢測得到199臺有機熱載體鍋爐熱效率最高為94.6%，最低為76.91%，算數平均值為87.39%。根據《鍋爐節能技術監督管理規程》[10]中第五條所規定，199臺鍋爐中熱效率低于標準值的有100臺，即50.25%，熱效率超過標準值的有99臺，即49.75%。199臺鍋爐中熱效率低于目標值的有179臺，即89.95%，熱效率超過目標值的有20臺，即10.05%。以上數據說明，工業鍋爐熱效率較少達到規程中的目標值，低于標準值也是普遍存在的問題。

2.1 容量與熱效率關系

額定容量D≤1.4 MW的有機熱載體鍋爐有132臺，其中63臺熱效率符合《鍋爐節能技術監督管理規程》[10]中第五條所規定，合格率47.73%，熱效率算數平均值為86.72%。1.4 MW＜D≤2 MW鍋爐有33臺，其中18臺熱效率合格，合格率54.55%，熱效率算數平均值為87.78%。2 MW＜D≤4 MW鍋爐有25臺，其中15臺熱效率合格，合格率60%，熱效率算數平均值為88.55%。4 MW＜D鍋爐有9臺，其中8臺熱效率合格，合格率88.89%，熱效率算數平均值為92.53%，如圖5所示。由上述數據可知，隨著額定容量上升，熱效率增加，合格率也增加。

圖5 容量與熱效率關系

所調查鍋爐整體合格率偏低，隨著額定容量上升，熱效率增加，合格率也增加。這種現象與大小鍋爐在管理運行方面的差別有密切聯系。鍋爐所屬機構單位使用者、管理者對于節能知識缺乏理解，對于節能的重要性缺乏認知，個別工作人員對節能工作不熱心、不認真，個別企業忽視節能工作，甚至沒有配備統計能耗的基本計量器具。另外為了節約成本，以及管理水平不足，部分企業購買能耗水平低的舊鍋爐或不合規定的鍋爐，在燃料管理上也較為粗放，造成巨大浪費。在以上方面，大型鍋爐優于小型鍋爐[3]。徐通模[11]提出鍋爐容量減少使得鍋爐爐膛相對散熱比表面積迅速增加，燃燒強度下降，加大了著火、燃燒和燃盡的難度。

2.2 排煙溫度與熱效率關系

鍋爐排煙是影響熱效率的關鍵因素。統計132臺燃氣有機熱載體鍋爐的排煙溫度，排煙溫度算數平均值為170.93℃。

排煙溫度tpy≤100℃的鍋爐有20臺，其中7臺熱效率合格，合格率35%，熱效率算數平均值為93.43%。排煙溫度100℃＜tpy≤170℃的鍋爐有14臺，其中11臺熱效率合格，合格率78.57%，熱效率算數平均值為91.08%。排煙溫度170℃＞tpy的鍋爐有7臺，其中0臺熱效率合格，合格率0%，熱效率算數平均值為84.69%。由上述數據可知，隨著排煙溫度上升，熱效率下降，熱效率合格率也下降。

一般來說，在相同的燃燒強度和空氣過量系數的條件下，當排煙溫度每升高10℃時，熱效率就將降低0.42%（α為1.1時）～0.73%（α為2時）。排煙溫度對于熱效率的影響主要體現在對于排煙熱損失q2的影響。如圖6所示，計算各鍋爐的排煙損失發現：排煙溫度tpy≤170℃的鍋爐q2算數平均值為2.57%，排煙溫度170＜tpy≤200℃的鍋爐q2算數平均值為5.65%，排煙溫度tpy＞200℃的鍋爐q2算數平均值為11.41%。由上述數據可知，隨著排煙溫度上升，排煙熱損失上升，導致熱效率下降。

圖6 排煙溫度與排煙熱損失、熱效率關系

2.3 安全節能對策

從以上調研和檢測可見，工業鍋爐熱效率較少達到規程中的目標值，低于標準值也是普遍存在的問題。原因之一是大部分鍋爐均存在所謂的“大馬拉小車”問題，在低負荷下運行導致各種運行參數與額定值的偏離，造成熱效率偏低，所以對此現象應加強節能監管，提高負荷率。政府應積極推行“壓小上大”的方針，對于不合格的小型鍋爐中一部分進行淘汰，將工業鍋爐的大型化作為努力方向之一。同時重視對于小型鍋爐在管理運營方面的優化與創新，力求在節能上實現突破。

通常來說，排煙熱損失隨著排煙溫度上升而上升，進而導致熱效率下降。對于高排煙溫度的天然氣鍋爐，為提高其熱效率，建議采用安裝冷凝型余熱回收節能器方式回收余熱，回收高溫煙氣中的水蒸氣潛熱能量。

為了達到節能減排的目標，需要各部門的努力。使用單位應做好員工的培訓，提高運行水平，完善管理制度。不能一味追求經濟效益，在環保上只滿足于應付監管。監管部門應做好節能培訓與節能宣傳，讓使用單位真正明白節能減排對于企業發展的重要作用。也要嚴防各個運行參數上的弄虛作假，嚴加監管。值得一提的是，各部門在工業鍋爐節能減排過程中不應單獨作戰，應在各司其職的前提下積極溝通，相互協調。

3 結論

針對廣州市在用有機熱載體工業鍋爐能耗現狀，廣州市特種承壓設備檢測研究院聯合廣州匯錦能效公司發起普查和試驗檢測，形成結論如下：

（1）對于持證、取樣等工作，部分企業管理不規范。同時型式試驗報告與出廠檢驗試驗報告的缺失問題嚴重。另外有小部分單位未進行有機熱載體檢驗，有機熱載體鍋爐存在一定的管理風險，需要加強監督管理。

（2）部分使用單位對于有機熱載體的最高使用溫度、使用時間、新舊混用情況、有無儲罐等信息不了解，其中有機熱載體使用時間不明問題較為嚴重，存在鍋爐安全運行隱患。

（3）檢測和分析發現，廣州地區工業有機熱載體鍋爐的熱效率合格率較低，存在較大的節能潛力，而小容量鍋爐較多和排煙溫度較高是重要原因。這同時也反映出了全國工業有機熱載體鍋爐能耗的狀況和水平。

（4）為提高其熱效率，建議對排煙溫度進行監測，一旦出現鍋爐排煙溫度不正常上升或下降，應分析原因，及時調整燃燒狀況。采用經濟燃燒技術，如高溫空氣助燃、高溫空氣燃燒、新型燃燒技術。在爐尾部煙道加裝熱管蒸發器、熱管省煤器、冷凝型余熱回收器等低溫受熱面回收余熱。