南平地區(qū)燃生物質(zhì)鍋爐能耗情況及其改進(jìn)措施

黃煒

（福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院南平分院 福建南平 353000）

南平市是國(guó)家節(jié)能減排政策綜合示范城市，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境改善雙贏為目標(biāo)，節(jié)能減排是全市發(fā)展的重點(diǎn)工作。鍋爐作為企業(yè)生產(chǎn)的核心動(dòng)力設(shè)備，同時(shí)也是高能耗、高排放特種設(shè)備，通過(guò)降低工業(yè)鍋爐的能耗，減少大氣污染物的排放，對(duì)南平地區(qū)推進(jìn)綠色發(fā)展意義重大。

1 測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析

以南平地區(qū)在用工業(yè)鍋爐全覆蓋定期能效測(cè)試的數(shù)據(jù)為依據(jù)，將已完成的近4 年（2 個(gè)周期），即2018—2019 年與2020—2021 年定期能效測(cè)試數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計(jì)，按鍋爐所用燃料、額定出力和燃燒方式進(jìn)行分析，找出相關(guān)要素及主要原因。

1.1 按鍋爐所用燃料分析

南平是國(guó)家森林城市，大部分為山林地帶，森林資源豐富，全市森林覆蓋率達(dá)78.6%。當(dāng)?shù)仄髽I(yè)也大多是竹木制品加工廠，竹屑、木屑、木柴、竹木邊角料等都可以作為生物燃料供鍋爐使用。與其他燃料相比較，生物質(zhì)燃料優(yōu)勢(shì)明顯，不僅來(lái)源便捷、成本低、供應(yīng)量大，而且這些邊角料都是企業(yè)本廠的生產(chǎn)副產(chǎn)物和廢棄物，可以物盡其用，變廢為寶。且當(dāng)前生物質(zhì)燃料的應(yīng)用完全符合國(guó)家環(huán)保政策，同樣是潔凈能源，竹木類生物質(zhì)燃料每小時(shí)運(yùn)行成本195.0 元，要遠(yuǎn)低于天然氣的391.5 元［1］，大大降低企業(yè)成本，提升競(jìng)爭(zhēng)力。2 個(gè)周期使用不同燃料鍋爐占比及熱效率如圖1 所示，2020—2021 年檢測(cè)總臺(tái)數(shù)1 115 臺(tái)，其中燃生物質(zhì)鍋爐948 臺(tái)，占總數(shù)的85.0%，3項(xiàng)數(shù)據(jù)都接近于上個(gè)周期（2018—2019 年）的1 102 臺(tái)、911 臺(tái)和82.7%，說(shuō)明近年來(lái)南平地區(qū)在用工業(yè)鍋爐總數(shù)基本不變，且企業(yè)常年使用生物質(zhì)燃料的運(yùn)行模式已經(jīng)形成，將在很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)保持不變。但是2020—2021 年燃生物質(zhì)鍋爐的平均測(cè)試效率僅73.2%，明顯低于燃煤鍋爐的77.4%和燃油燃?xì)忮仩t的90.7%，同時(shí)由于燃生物質(zhì)鍋爐數(shù)量多、占比大，導(dǎo)致工業(yè)鍋爐總體熱效率低。因此，以燃生物質(zhì)鍋爐作為研究對(duì)象，采取針對(duì)性的改進(jìn)措施，提高當(dāng)前燃生物質(zhì)鍋爐的總體熱效率，成為南平地區(qū)工業(yè)鍋爐節(jié)能降耗的關(guān)鍵。

圖1 2018—2019 年與2020—2021 年使用不同燃料鍋爐占比和熱效率

1.2 按鍋爐額定出力（折算蒸噸）分析

2018—2019 年與2020—2021 年燃生物質(zhì)鍋爐的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1，2018—2019 年測(cè)試折算蒸噸數(shù)（D≤4）的小型鍋爐1 010 臺(tái)，占總數(shù)的91.7%，折算蒸噸數(shù)（D＞4）的大中型鍋爐92 臺(tái)；2020—2021 年測(cè)試折算蒸噸數(shù)（D≤4）的小型鍋爐1 021 臺(tái)，占總數(shù)的91.6%，折算蒸噸數(shù)（D＞4）的大中型鍋爐94 臺(tái)?？梢?jiàn)南平地區(qū)基本以小型燃生物質(zhì)鍋爐為主，其平均熱效率和尾部受熱面布置率都明顯低于大中型鍋爐。主要原因有：①當(dāng)?shù)仄髽I(yè)普遍規(guī)模小、地理位置分散，集群化發(fā)展困難，難以引導(dǎo)小企業(yè)集聚協(xié)同發(fā)展，無(wú)法進(jìn)行集中供熱；②2020—2021 年中大型鍋爐基本都有布置尾部受熱面裝置，配置率達(dá)93.6%，而小型鍋爐尾部受熱面裝置的配置率僅40.8%。部分小型鍋爐雖然布置了尾部受熱面，但是布置的受熱面面積不夠，導(dǎo)致排煙溫度高，排煙氣熱損失大，熱效率低。小型鍋爐平均熱效率僅74.1%，遠(yuǎn)低于大中型鍋爐的82.3%。

表1 2018—2019 年與2020—2021 年不同額定出力鍋爐占比、熱效率和尾部受熱面配置率

1.3 按鍋爐燃燒方式分析

根據(jù)2020—2021 年燃生物質(zhì)鍋爐的測(cè)試數(shù)據(jù)，燃燒方式主要分為固定爐排、鏈條爐排、往復(fù)爐排、旋轉(zhuǎn)爐排和室燃。燃燒方式不同的鍋爐在平均熱效率、排煙溫度達(dá)標(biāo)率、過(guò)量空氣系數(shù)達(dá)標(biāo)率和排煙可燃?xì)怏w（CO）濃度上都存在明顯差異，見(jiàn)表2。固定爐排鍋爐平均熱效率僅74.2%，遠(yuǎn)低于鏈條爐排鍋爐的76.9%，往復(fù)爐排鍋爐的77.4%，旋轉(zhuǎn)爐排鍋爐的78.8%，室燃鍋爐的82.5%。

固定爐排鍋爐平均熱效率低的原因有以下3 點(diǎn)。

（1）固定爐排鍋爐即是小型手燒爐，小型鍋爐因未進(jìn)行水質(zhì)處理或水處理不當(dāng)，導(dǎo)致受熱面結(jié)水垢。水垢層導(dǎo)熱系數(shù)極低，僅為碳鋼的數(shù)百分之一。一旦換熱面與水介質(zhì)之間間隔了水垢層，熱傳導(dǎo)效果會(huì)大大降低［2］。根據(jù)文獻(xiàn)資料，水側(cè)受熱面結(jié)水垢達(dá)1.0 mm，熱傳導(dǎo)效率將下降約6.0%［3］。且小型鍋爐運(yùn)行負(fù)荷不穩(wěn)定，當(dāng)負(fù)荷降低后，煙氣循環(huán)阻力降低，流速升高，高溫?zé)煔馀c受熱面的熱交換時(shí)間減少，換熱效果降低，排煙溫度升高。從表2 可知，固定爐排鍋爐的排煙溫度達(dá)標(biāo)率僅7.9%，遠(yuǎn)低于鏈條爐排鍋爐的33.3%，往復(fù)爐排鍋爐的62.5%，旋轉(zhuǎn)爐排鍋爐的50.0%，室燃鍋爐的66.7%。

（2）固定爐排鍋爐大多未安裝鼓、引風(fēng)機(jī)變頻器，在使用過(guò)程中，無(wú)法緊跟鍋爐負(fù)荷的變化對(duì)鼓引風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低時(shí)，供燃料量減少，鼓引風(fēng)量不變，進(jìn)入爐膛的多余空氣不僅未參與燃燒反而降低了爐膛溫度，造成空氣過(guò)量系數(shù)過(guò)高，熱損耗大。固定爐排手燒爐在日常運(yùn)行中存在問(wèn)題，司爐工在添加燃料時(shí)沒(méi)有均勻攤開(kāi)，出現(xiàn)爐排風(fēng)口分布不均勻，局部空氣過(guò)量。從表2 可知，固定爐排鍋爐的過(guò)量空氣系數(shù)合格率僅為0.2%，遠(yuǎn)低于鏈條爐排鍋爐的3.7%，往復(fù)爐排鍋爐的12.5%，旋轉(zhuǎn)爐排鍋爐的25.0%，室燃鍋爐的22.2%。

表2 2020—2021 年燃生物質(zhì)鍋爐熱效率、排煙溫度、過(guò)量空氣系數(shù)及CO 平均濃度測(cè)試

（3）固定爐排鍋爐的空氣未完全，燃燒熱損失大，表現(xiàn)在測(cè)試中排煙氣CO 濃度較大，經(jīng)常超過(guò)0.1%。固定爐排鍋爐多為手燒爐，司爐工添加燃料時(shí)經(jīng)常堆滿爐膛，造成局部空氣供給不足，燃料揮發(fā)出的可燃?xì)怏w不能完全燃燒。如表1 所示，固定爐排鍋爐的測(cè)試中排煙氣CO 平均濃度達(dá)0.130 6%，明顯高于鏈條爐排鍋爐的0.040 3%，往復(fù)爐排鍋爐的0.043 2%，旋轉(zhuǎn)爐排鍋爐的0.031 7%，室燃鍋爐的0.023 5%。

2 節(jié)能改進(jìn)措施

對(duì)南平地區(qū)在用燃生物質(zhì)鍋爐實(shí)際運(yùn)行能耗情況結(jié)合定期能效測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過(guò)分析得出，導(dǎo)致燃生物質(zhì)鍋爐能耗高的主要原因是小型鍋爐數(shù)量多、排煙溫度高、過(guò)量空氣系數(shù)高、氣體不完全燃燒等。針對(duì)存在的問(wèn)題，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

（1）大力推廣節(jié)能環(huán)保燃生物質(zhì)鍋爐，淘汰落后產(chǎn)能。燃生物質(zhì)鍋爐作為低碳環(huán)保的燃燒設(shè)備，應(yīng)加大推廣力度，提升燃生物質(zhì)鍋爐效率和使用率。首先，在鍋爐設(shè)計(jì)和制造環(huán)節(jié)上進(jìn)一步強(qiáng)化，應(yīng)設(shè)計(jì)制造更節(jié)能的燃生物質(zhì)鍋爐。對(duì)于不符合能耗、排放強(qiáng)制性指標(biāo)要求的及國(guó)家明令淘汰的鍋爐，設(shè)計(jì)文件鑒定機(jī)構(gòu)不予通過(guò)其設(shè)計(jì)文件鑒定。其次，加大對(duì)小企業(yè)的扶持力度，克服地理位置的局限性，規(guī)劃節(jié)能、環(huán)保、安全、充滿活力的科技產(chǎn)業(yè)園區(qū)，并引導(dǎo)小企業(yè)入駐園區(qū)，集聚協(xié)同發(fā)展，主動(dòng)牽頭建設(shè)大型集中供熱節(jié)能環(huán)保燃生物質(zhì)鍋爐，實(shí)現(xiàn)區(qū)域集中供熱。

（2）針對(duì)排煙溫度過(guò)高的問(wèn)題，建議采取以下改進(jìn)措施：①應(yīng)合理配置鍋爐尾部受熱面或增加尾部受熱面面積，并定期對(duì)受熱面進(jìn)行清灰。②在日常運(yùn)行中，應(yīng)重視對(duì)爐膛內(nèi)煙氣側(cè)管壁外表面灰垢的清除，提高受熱面?zhèn)鳠嵝Ч?。定期安排停爐，進(jìn)入爐膛內(nèi)檢查拱磚和隔墻，防止煙氣循環(huán)“短路”。③加強(qiáng)鍋爐的水質(zhì)處理工作，確保原水、給水和爐水指標(biāo)均符合要求，合理進(jìn)行加藥排污，防止因鍋爐結(jié)垢而影響傳熱效果。對(duì)水垢嚴(yán)重超標(biāo)的蒸汽鍋爐進(jìn)行停爐除垢，除垢效果和除垢率應(yīng)達(dá)到技術(shù)規(guī)范要求。④安裝排煙溫度測(cè)溫儀，監(jiān)測(cè)鍋爐燃燒系統(tǒng)運(yùn)行情況，以便查找問(wèn)題，隨時(shí)進(jìn)行調(diào)控。

（3）針對(duì)過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)大的問(wèn)題，建議采取以下改進(jìn)措施：①加裝鼓、引風(fēng)機(jī)變頻器，通過(guò)控制鼓、引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，做到合理配風(fēng)。②加強(qiáng)司爐工培訓(xùn)和管理，要求司爐工在日常運(yùn)行中，緊跟鍋爐負(fù)荷的變化對(duì)鼓引風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低時(shí)，減少燃料量的同時(shí)降低鼓、引風(fēng)風(fēng)量，以減少進(jìn)入爐膛未參與燃燒的多余空氣，從而降低過(guò)量空氣系數(shù)。③提升司爐工操作水平，燃生物質(zhì)手燒爐運(yùn)行中，司爐工添加燃料時(shí)須均勻攤開(kāi)，使固定爐排的風(fēng)口均勻分布，避免局部空氣過(guò)量。④安裝排煙氣體含氧量檢測(cè)儀，根據(jù)煙氣氧含量的變化，鍋爐工及時(shí)調(diào)節(jié)供燃料量、給水量和鼓引風(fēng)量，使鍋爐排煙處的過(guò)量空氣系數(shù)符合節(jié)能技術(shù)規(guī)范的要求，從而提高鍋爐熱效率［4］。

（4）針對(duì)燃生物質(zhì)手燒爐燃料不完全燃燒的問(wèn)題，建議采取以下改進(jìn)措施：①加強(qiáng)對(duì)司爐工操作技能和工作責(zé)任心方面的培訓(xùn)，當(dāng)司爐工添加生物質(zhì)燃料時(shí)，須均勻拋撒平攤開(kāi)，盡量覆蓋所有爐排，使?fàn)t排風(fēng)口均勻分布，促進(jìn)燃料與空氣充分接觸，達(dá)到完全燃燒。司爐工如果把燃料“一次性”堆滿爐膛，局部空氣供應(yīng)不足，導(dǎo)致燃料不完全燃燒，甚至?xí)霈F(xiàn)煙囪“冒黑煙”的情況，對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生了污染。②司爐工定時(shí)通過(guò)觀火孔觀察爐膛，當(dāng)火焰以外有發(fā)散火星，多是由于燃料供給過(guò)量或供空氣量不足所導(dǎo)致。當(dāng)火焰呈暗紅色，形狀和輪廓不清晰時(shí)，應(yīng)檢查鼓引風(fēng)系統(tǒng)，排查煙氣循環(huán)系統(tǒng)堵塞的可能。③通過(guò)肉眼觀察火焰來(lái)判斷爐膛溫度，通常爐膛溫度越高燃料引燃效果越好，越充分燃燒，從而判斷鍋爐燃燒狀態(tài)的好壞，燃料與空氣的配比是否恰當(dāng)。在充分燃燒情況下，火焰呈黃橙色，既不能白亮，又不能帶黑煙，火焰輪廓清晰，外周無(wú)發(fā)散火星，火焰以外的煙色透明，火焰的大小和形狀在高火時(shí)要基本充滿爐膛［5］。④安裝爐膛溫度測(cè)溫儀，通常爐膛溫度越高燃料引燃效果越好，越充分燃燒，從而判斷出鍋爐燃燒情況的好壞。

3 結(jié)語(yǔ)

南平地區(qū)工業(yè)鍋爐以燃生物質(zhì)手燒爐為主，其特點(diǎn)是爐型小、數(shù)量多、效率低、節(jié)能潛力大。以南平地區(qū)在用工業(yè)鍋爐全覆蓋定期能效測(cè)試的數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過(guò)鍋爐所用燃料、額定出力和燃燒方式進(jìn)行分析，得出導(dǎo)致燃生物質(zhì)鍋爐能耗高的主要原因是小型鍋爐數(shù)量多、排煙溫度高、過(guò)量空氣系數(shù)高、氣體不完全燃燒等，進(jìn)而提出相應(yīng)的節(jié)能改進(jìn)措施，以降低燃生物質(zhì)鍋爐的能耗，減少大氣污染物的排放，對(duì)南平地區(qū)推進(jìn)綠色發(fā)展意義重大。