燃氣工業(yè)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(yè)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(huán)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(yè)鍋爐已經逐漸成為工業(yè)市場的主流。而隨著國家節(jié)能政策的日益嚴格，對于燃氣工業(yè)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(yè)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(jié)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(yè)鍋爐能效測試與評價規(guī)則》[1]中用于鍋爐運行工況熱效率簡單測試規(guī)則，按照TSG G0002—2010《鍋爐節(jié)能技術監(jiān)督管理規(guī)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(qū)所測試的126臺燃氣工業(yè)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(fā)現存在問題總結如下：所測126臺燃氣工業(yè)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(jié)能技術監(jiān)督管理規(guī)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(jié)能技術監(jiān)督管理規(guī)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(jié)能技術監(jiān)督管理規(guī)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(jié)能技術監(jiān)督管理規(guī)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(yè)鍋爐的熱效率全部符合TSG G0002—2010《鍋爐節(jié)能技術監(jiān)督管理規(guī)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(yè)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(jié)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(jié)約120萬元的燃料成本。鍋爐熱效率的提高，產生良好的環(huán)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(yè)鍋爐的節(jié)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(fā)現高達30.2%比例的鍋爐排煙溫度高于TSG G0002—2010《鍋爐節(jié)能技術監(jiān)督管理規(guī)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(yè)鍋爐中發(fā)現鍋爐尾部有配空氣預熱器與省煤器（節(jié)能器）各占比例分別為4.76%、55.5%。以2噸燃氣工業(yè)鍋爐為例，如表2所示為近年某地區(qū)部分燃氣工業(yè)鍋爐尾部有無安裝節(jié)能裝置的熱效率測試數據對比表。

表2 有節(jié)能裝置和沒有節(jié)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(jié)能裝置，通過排煙溫度與排煙熱損失的比較可以發(fā)現，尾部有安裝節(jié)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(jié)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(jié)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(fā)現，存在一定比例的企業(yè)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?zhèn)鳠嵯禂?，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(jiān)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(yǎng)以及更換樹脂；③企業(yè)要對水質化驗員加強水質化驗工作，提高專業(yè)水平，讓專業(yè)的人做專業(yè)的事；④鍋爐本體以及尾部受熱面應及時清灰除垢。

（3）優(yōu)化配風。文中所測試126臺燃氣工業(yè)鍋爐按TSG G0002—2010《鍋爐節(jié)能技術監(jiān)督管理規(guī)程》的要求不大于1.15（所測試鍋爐均為正壓燃氣工業(yè)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(jiān)測裝置；②鍋爐管理人員應加強鍋爐燃燒器的風量調節(jié)技術培訓，有能力對鍋爐的風量進行合理調節(jié)。

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(yè)鍋爐中發(fā)現有50%左右鍋爐是低負荷運行狀態(tài)，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(yè)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(fā)，并對各項熱損失進行系統的分析，發(fā)現所測試的燃氣工業(yè)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(huán)節(jié)，并提出造成的原因和改進措施。