工业锅炉定型产品测试数据统计分析

常勇强 管 坚 齐国利



工业锅炉定型产品测试数据统计分析

常勇强 管 坚 齐国利

（中国特种设备检测研究院 北京 100029）

摘 要：文中对2012年至2015年工业锅炉定型产品测试数据中不同容量锅炉热效率、排烟温度、过量空气系数α等参数进行了统计，分析了锅炉测试热效率与锅炉容量大小、锅炉输出介质、锅炉燃烧方式及锅炉燃料的关系。把统计结果与TSG G0002—2010《锅炉节能技术监督管理规程》中工业锅炉热效率指标进行了对比，提出了工业锅炉热效率指标的修改建议，并对我国工业锅炉近年来的产品发展情况及发展趋势进行了简单的阐述和分析。

关键词：工业锅炉 定型产品 热效率

为贯彻《节约能源法》和《特种设备安全监察条例》中有关节能的规定，推动我国节能监管措施的实施，经过八年多的努力，我国建立起了工业锅炉节能法规标准体系框架［1］、颁布了核心规范标准，并按照TSG G0002—2010《锅炉节能技术监督管理规程》［2］（以下简称《节规》）和TSG G0003-2010《工业锅炉能效测试与评价规则》［3］（以下简称《测试规则》），建立了工业锅炉能效测试能力体系和全国统一的《工业锅炉能效测试数据计算与管理平台》（以下简称“平台”，网址：http：//219.141.207.220/a/sec/ Login/index）。目前全国共有满足条件的锅炉能效测试机构111家（其中锅炉定型产品能效测试机构44家），基本覆盖了全国各省区。锅炉能效测试机构的业务活动严格执行《节规》和《测试规则》中的相关的规定。

“平台”具有报告生成、审核、审批功能，便于能效测试机构的报告出具，“平台”还具有能效数据发布、查询功能，便于锅炉使用单位在采购锅炉过程中能够全面了解国内工业锅炉的能效状况。“平台”于2012年3月1日在全国范围内投入使用，本文仅对全国44家定型产品能效测试机构，自“平台”投用至2015年底的工业锅炉定型产品测试数据进行了初步的统计分析。

文中对工业锅炉定型产品测试数据中不同容量锅炉热效率、排烟温度、过量空气系数α等参数进行了统计，分析了锅炉测试热效率与锅炉容量大小、锅炉输出介质、锅炉燃烧方式及锅炉燃料的关系。把统计结果与TSG G0002—2010中工业锅炉热效率指标进行了对比，提出了工业锅炉热效率指标的修改建议，并对我国工业锅炉近年来的产品发展情况及发展趋势进行了简单的阐述和分析。

1 测试总体情况与分析

1.1被测产品数量分析

自2012年3月1日“平台”投入使用至2015年12月31日，全国44家工业锅炉定型产品测试机构共出具锅炉定型产品测试报告4000余份，折合3万多蒸吨。

被测产品按不同输出介质分类，热水锅炉、蒸汽锅炉和有机热载体锅炉三种不同输出介质类型锅炉的数量、容量分布情况如图1和图2所示。

图1　不用类型锅炉产量分布图

图2　不同类型锅炉总容量分布图

从图1和图2可知，被测产品中蒸汽锅炉数量最多，占总数量的68.34%，但容量仅占总容量的34.31%；被测产品中热水锅炉数量居中，占总数量的25.32%，却占总容量的63.44%；被测产品中有机热载体锅炉数量最少，占总数量的6.34%，占总容量的2.25%。

被测产品按不同燃料类型分类，燃煤锅炉、燃油/气锅炉和燃生物质锅炉三中使用不同类型燃料锅炉的数量、容量分布情况如图3和图4所示 。

图3　不同燃料锅炉产量分布情况

图4　不同燃料锅炉总容量分布情况

从图3和图4可知：被测产品中燃煤锅炉数量最多，占总数量的47.44%，容量占67.75%。被测产品中燃/油气锅炉数量居中，占总数量的32.55%，却占总容量的25.84%；被测产品中燃生物质锅炉数量最少，占总数量的20.01%，占总容量的6.41%。

被测产品按年份分类，2012年～2015年按燃料分类的对比情况如图5所示。

从图5可知：燃煤锅炉定型产品测试数量逐年递减；燃油/气锅炉和燃生物质锅炉在2013年有较大增幅，之后便趋于平稳；电加热炉数量少。上述变化的原因是，近年来我国在工业锅炉节能环保方面提出了淘汰小型燃煤锅炉，发展高效锅炉，以及工业锅炉煤改气的政策。小容量燃煤锅炉在节能环保性能上很难达到要求，尤其是《大气污染防治行动计划》（国发〔2013〕37号）文中明确提出全面整治燃煤小锅炉等多项举措，并规定了到2017年，除必要保留的以外，地级及以上城市建成区基本淘汰每小时10蒸吨及以下的燃煤锅炉，禁止生产新建每小时20蒸吨以下的燃煤锅炉。

1.2工业锅炉定型产品能效状况总体分析

统计全部工业锅炉定型产品测试数据，不同容量锅炉的热效率，排烟温度及过量空气系数等数据见下列图表。工业锅炉定型产品测试锅炉热效率算术平均为83.33%，加权平均值为85.30%①；排烟温度算术平均值为162.28℃，加权平均值为143.86℃②；过量空气系数算术平均值为1.45，加权平均值为1.43。

①从现行工业锅炉法规标准对不同容量锅炉规定的热效率指标来看，额定蒸发量（或热功率）越大，规定的锅炉运行效率越高。因此，简单的统计工业锅炉运行效率的算术平均值就失去了其应有的指导意义。综合考虑采用以下形式计算全国工业锅炉的平均热效率，其物理意义为：单位蒸发量的锅炉平均热效率。

式中：D——锅炉的额定蒸发量（或热功率），t/h;

η——锅炉热效率，%。

②参照工业锅炉加权平均热效率的方式计算，其物理意义为：单位蒸发量的排烟温度。

式中：D——锅炉的额定蒸发量（或热功率），t/h;

tpy——排烟温度，℃。

由图6可知，锅炉整体热效率随着锅炉容量的增大而提高。这是由于随着锅炉容量的增加，锅炉燃烧空间更加充分，有利燃料的充分燃烧；另一方面，随着锅炉容量的增大，锅炉散热损失也相应的减小。通过测试效率与设计效率平均值的对比可以看出，工业锅炉定型产品测试热效率平均值与锅炉设计效率平均值趋势一致，说明目前我国锅炉制造、安装水平能基本满足锅炉设计要求。

图6　工业锅炉定型产品测试热效率统计图

由图7可知，锅炉容量小于1t/h的时候，锅炉排烟温度平均值高达190.59℃，但是随着锅炉容量的增大，锅炉的排烟温度逐渐降低。说明自TSG G0002—2010颁布以来，工业锅炉制造企业新产品设计已经完全按照规程要求，使用相关节能技术降低排烟温度。锅炉容量小于1t/h的范围内，工业锅炉平均排烟温度明显高于其他锅炉，根据额定蒸发量小于1t/h蒸汽锅炉的整体分析情况及目前节能技术的应用情况，对于额定蒸发量小于1t/h的蒸汽锅炉，有进一步降低排烟温度的空间。

图7　工业锅炉定型产品部分参数统计图

2 燃煤锅炉定型产品测试能效数据统计分析

由第1部分内容可知，燃煤锅炉仍是工业锅炉的主流产品。燃用二类烟煤的链条锅炉、往返炉排锅炉等层燃锅炉为多数；燃用劣质煤、褐煤、贫煤等燃料的流化床锅炉数量有所增加。

2.1燃煤锅炉定型产品测试数据整体情况介绍

燃煤锅炉定型产品测试锅炉的平均热效率为79.36%，加权平均值为81.94%；排烟温度平均值为170.31℃，加权平均值为154.13℃；过量空气系数平均值为1.50。不同容量锅炉的热效率，排烟温度及过量空气系数等数据如图8，图9所示。

图8　燃煤锅炉定型产品热效率统计图

图9　燃煤锅炉定型产品部分参数统计图

2.2层状燃煤锅炉定型产品测试数据分析

层状燃煤锅炉定型产品测试的平均热效率为78.95%，加权平均值为81.07%；排烟温度平均值为171.65℃，加权平均值为156.05℃；过量空气系数平均值为1.60。

按照《节规》中工业锅炉热效率指标对应的分类方法将工业锅炉定型产品能效测试结果进行对比分析，得到如下结论：

燃用Ⅱ类烟煤的层燃锅炉定型产品测试的平均热效率为79.06%，加权平均值为81.10%；排烟温度平均值为170.84℃，加权平均值为156.14℃；过量空气系数平均值为1.60。燃用Ⅱ类烟煤层燃锅炉定型产品测试热效率平均值比能效指标的限定值大2%。为进一步提高锅炉制造单位制造设计水平，提高新产品锅炉的能效，建议进一步提高Ⅱ类烟煤层燃锅炉热效率指标限定值要求。具体数据统计及与《节规》中热效率指标对比情况如图10所示。

图10　Ⅱ类烟煤层燃锅炉定型产品测试热效率数据统计及指标对比图

燃用AⅢ层燃锅炉定型产品测试的平均热效率为77.93%，加权平均值为83.50%；排烟温度平均值为192.73℃，加权平均值为156.77℃；过量空气系数平均值为1.61。燃用AⅢ层燃锅炉定型产品测试热效率平均值高于热效率指标限定值1%左右，所有定型产品测试热效率均低于能效指标中的目标值。AⅢ层燃锅炉能效指标比较符合实际测试情况，建议保留现在要求。具体数据统计情况及与《节规》中热效率指标对比情况如图11所示。

燃用Ⅱ类无烟煤层燃锅炉定型产品测试的平均热效率为73.8%，加权平均值为72.6%；排烟温度平均值为176.89℃，加权平均值为163.14℃；过量空气系数平均值为1.66。燃用Ⅱ类无烟煤层燃锅炉定型产品测试热效率的平均值高于能效指标10%左右。燃用Ⅱ类无烟煤层燃锅炉能效指标中目标值和限定值均低于实际定型产品测试热效率。进一步分析燃用Ⅱ类无烟煤层燃锅炉定型测试数据发现，该类型锅炉测试热效率明显高于《节规》中热效率指标目标值的原因是在测试中，有绝大部分的锅炉在定型产品中测试中使用了Ⅱ类烟煤或者Ⅲ类烟煤，综合分析层燃锅炉运行特征，笔者认层燃锅炉不适合燃用无烟煤，因此建议将燃用Ⅱ类无烟煤层燃锅炉划为淘汰或不建议推广范围。具体数据统计情况及与《节规》中热效率指标对比情况如图12所示。

图12　Ⅱ类无烟煤层燃锅炉定型产品测试热效率数据统计及指标对比图

2.3循环流化床锅炉定型产品测试数据分析

Ⅰ类烟煤流化床锅炉定型产品测试的平均热效率为85.05%；排烟温度平均值为145.84℃；过量空气系数平均值为1.35。Ⅱ类烟煤流化床锅炉定型产品测试的平均热效率为86.68%；排烟温度平均值为157.11℃；过量空气系数平均值为1.35。褐煤流化床锅炉定型产品测试的平均热效率为86.41%；排烟温度平均值为148.24℃；过量空气系数平均值为1.36。循环流化床锅炉定型产品测试热效率及与《节规》中热效率指标对比情况如图13～图15所示。

由图13～图15可知，对于额定蒸发量＞20t/h（或热功率＞14MW）的流化床锅炉，测试热效率的平均值与热效率指标目标值接近，结合现场测试了解的流化床锅炉的实际情况，目前制定的热效率指标目标值偏低，建议进一步提高循环流化床锅炉热效率指标要求。

图13　Ⅰ类烟煤流化床锅炉定型产品测试数据与能效指标对比图

图14　Ⅱ类烟煤流化床锅炉定型产品测试数据与能效指标对比图

图15　褐煤流化床锅炉定型产品测试数据与能效指标对比图

2.4燃煤锅炉定型产品测试统计分析小结

通过层燃锅炉定型产品能效测试热效率统计情况，及与《节规》中对层燃锅炉能效指标的要求对比得出：1）燃用Ⅱ类烟煤层燃锅炉定型产品能效测试热效率平均值均比对应锅炉容量的限定值大2%，为进一步提高锅炉制造单位制造设计水平，提高新产品锅炉的能效，建议进一步提高Ⅱ类烟煤层燃锅炉热效率指标限定值要求；2）燃用Ⅲ类烟煤层燃锅炉定型产品能效测试热效率最大值均没有达到目标值的要求，Ⅲ类烟煤层燃锅炉技术水平有待进一步提高。

通过流化床锅炉定型产品能效测试热效率统计情况，结合现场测试了解的流化床锅炉的实际情况，目前制定的热效率指标目标值偏低，建议进一步提高循环流化床锅炉能效指标要求。

3 燃油、燃气锅炉定型产品测试数据统计

受统计的燃油、燃气定型产品测试锅炉最小单机容量为0.03蒸t/h，最大为100蒸t/h。燃油、燃气锅炉具有运行效率高、污染物排放率低等特点。同时，燃油、燃气锅炉运行成本相对较高，燃气锅炉还受管线以及燃气供应量的制约，一定程度上抑制了燃油、燃气锅炉的发展。但随着大气污染防治力度的不断加大，“煤改气”等工程的不断推进，燃油、燃气锅炉呈有条件的发展态势［4］。

3.1燃油、燃气锅炉整体情况介绍

燃油、燃气锅炉定型产品测试锅炉的平均热效率为91.76%，加权平均值为93.68%；排烟温度平均值为142.59℃，加权平均值为116.96℃；过量空气系数平均值为1.12。其中，燃气锅炉定型产品测试的平均热效率为92.08%，加权平均热效率为93.77%；排烟温度平均值为138.40℃，加权平均值为112.10℃；过量空气系数平均值为1.12；燃油锅炉定型产品测试的平均热效率为91.41%，加权平均热效率为92.42%；排烟温度平均值为158.09℃，加权平均值为142.33℃；过量空气系数平均值为1.12。

3.2燃油、燃气锅炉定型产品热效率与能效指标的对比

根据《节规》中对工业锅炉热效率指标的要求，依据现有的定型产品测试数据，对经过定型产品测试的燃油、燃气锅炉进行能效统计。

燃气锅炉定型产品测试的平均热效率为92.08%，加权平均热效率为93.77%；排烟温度平均值为138.40℃，加权平均值为112.10℃；过量空气系数平均值为1.12。燃油锅炉定型产品测试的平均热效率为91.41%，加权平均热效率为92.42%；排烟温度平均值为158.09℃，加权平均值为142.33℃；过量空气系数平均值为1.12。燃油、燃气锅炉定型产品测试热效率及与”节规”中热效率指标对比情况如图16，图17所示。

图16　燃气锅炉测试热效率与能效指标对比示意图

图 17 燃油锅炉测试热效率与能效指标对比示意图

由图16可知，燃气锅炉定型产品测试最大热效率达到99.89%，这是由于我国锅炉热效率计算以燃料的低位发热量为基准，而有一部分燃气锅炉尾部安装节能器，回收了排烟中的部分水蒸气潜热，这部分热量不包含在燃料低位发热量里，因而这部分热量的利用提高了锅炉热效率。目前，关于冷凝燃气锅炉排烟中水蒸气汽化潜热回收热量的测试和计算方法的研究正在进行中。

由图17可知，燃油锅炉最大热效率为98.32%，但是由于虽然燃油锅炉排烟中也有大量的汽化潜热可以回收，但是相对于燃天然气锅炉来说，轻油中含有硫成分，若在锅炉尾部加装节能器，排烟温度过低腐蚀问题严重，因而燃油锅炉的排烟温度要在酸露点温度以上。

3.3燃油、燃气锅炉定型产品测试统计分析小结

从燃油、燃气锅炉定型测试热效率的统计情况以及燃油、燃气锅炉特性来看，燃气锅炉的能效指标有进一步提升的空间。

4 生物质锅炉定型产品测试情况数据

一直以来，生物质大部分采用直接焚烧或者填埋的方式处理，既浪费了能源，又造成了极大的环境污染。随着能源压力的日益加剧，生物质作为燃煤的替代燃料具有良好的发展前景。部分地区由于政府环保要求，已禁止使用燃煤锅炉，生物质锅炉由于其燃料具有低灰高挥发分等特性，与燃煤锅炉相比具有高效、低排放等优点，其应用范围愈来愈广［5］。

与化石燃料相比，生物质燃料具有可再生、低污染等特点，燃生物质锅炉以小容量居多，平均单台容量为2.57t/h。容量小于蒸t/h的锅炉数量占总量的68.99%，容量占22.33%；最小容量为0.02蒸t/h，最大容量为60蒸t/h。目前，我国以生物质为燃料的链条炉排锅炉、往复炉排锅炉、循环流化床（CFB）锅炉的发展处于快速发展阶段，已先后完成了生物质燃料的链条炉排锅炉、往复炉排锅炉、流化床流化特性的研究。但是，在生物质链条炉排锅炉、循环流化床（CFB）锅炉的性能设计方面，我国尚缺少相关的系统理论、经验数据和相关标准，也还缺乏自主核心技术的生物质锅炉性能设计支撑平台。

燃生物质锅炉定型产品测试锅炉的平均热效率为82.10%，加权平均值为83.56%；排烟温度平均值为167.34℃，加权平均值为165.56℃；过量空气系数平均值为1.65。不同锅炉容量的热效率，排烟温度及过量空气系数数据统计情况如图18～图19所示。

图18　生物质锅炉热效率统计图

图19　生物质锅炉部分参数统计图

由图18可知，生物质锅炉，其锅炉热效率设计值较测试平均值小2%左右。由图19可以看出，生物质锅炉的排烟温度较高，排烟温度最大值竟达到230℃。同时，也有一些生物质锅炉的排烟温度较低，说明不同生产制造单位的生物质锅炉设计与制造水平差别较大。分析原因，主要是目前我国没有关于燃生物质锅炉的设计标准，锅炉设计人员在设计燃生物质锅炉的时候主要依据个人经验和燃煤锅炉的设计标准，而生物质与煤的成份差别较大，燃煤锅炉设计标准不适用于燃生物质锅炉设计，燃生物质锅炉的设计方法和标准亟待建立。

目前，生物质锅炉能效指标还没有建立，鉴于生物质锅炉水平的参差不齐，在足够的能效测试基础上，应尽早建立生物质锅炉能效指标。

5 小结

1）锅炉整体热效率随着锅炉容量的增大而提高。这是由于随着锅炉容量的增加，锅炉燃烧空间更加充分，有利燃料的充分燃烧；另一方面，随着锅炉容量的增大，锅炉散热损失也相应的减小。工业锅炉定型产品测试热效率平均值与锅炉设计效率平均值趋势一致，说明目前我国锅炉制造、安装水平能基本满足锅炉设计要求。

2）通过对不同容量锅炉排烟温的统计分析可以看出锅炉容量小于1t/h的范围内，工业锅炉平均排烟温度明显高于其他容量锅炉，根据额定蒸发量小于1t/h蒸汽锅炉的整体分析情况及目前节能技术的应用情况，对于额定蒸发量小于1t/h的蒸汽锅炉，排烟温度有进一步降低的空间。

3）通过工业锅炉定型产品能效测试热效率统计分析，结合现场测试了解的实际情况，目前制定的流化床锅炉和燃气锅炉热效率指标的限定值和目标值均偏低，建议进一步提高循环流化床锅炉和燃气锅炉的热效率指标限定值和目标值的要求。

4）目前我国没有关于燃生物质锅炉的设计标准，锅炉设计人员在设计燃生物质锅炉的时候主要依据个人经验和燃煤锅炉的设计标准，而生物质与煤的成份差别较大，燃煤锅炉设计标准不适用于燃生物质锅炉设计，燃生物质锅炉的设计方法和标准亟待建立。另外，生物质锅炉能效指标还没有建立，鉴于生物质锅炉水平的参差不齐，在足够的能效测试基础上，应尽早建立生物质锅炉能效指标。

6 结束语

2014年5月国务院印发了国办发〔2014〕23号《2014-2015年节能减排低碳发展行动方案》，要求加快更新改造燃煤锅炉，开展锅炉能源消耗和污染排放调查，实施燃煤锅炉节能环保综合提升工程。2014 年11月7部委联合印发发改环资［2014］ 2451号《燃煤锅炉节能环保综合提升工程实施方案》实施内容中指出要加快推广高效锅炉：以锅炉定型产品能效测试结果为主要依据遴选推广产品，公告高效锅炉型号目录和能效参数；提升锅炉系统运行水平：加强锅炉能效测试工作，2017年底前完成对10t/h及以上的在用燃煤工业锅炉能效普查，将锅炉能效数据纳入现有锅炉动态监管系统，实现信息共享。

因此，随着我国对安全、节能和环保方面的要求逐年提高，在推进行业健康稳步发展、确保工业锅炉安全运行的形势下，工业锅炉能效测试是进一步加速推进工业锅炉节能减排工作开展的有利保障［6］。

参考文献

［1］王中伟，管坚，常勇强，等.中国工业锅炉能效测试与评价能力建设进展［J］.中国特种设备安全，2015，31（9）：9-13.

［2］ TSG G0002—2010 锅炉节能技术监督管理规程［S］.

［3］ TSG G0003—2010 工业锅炉能效测试与评价规则［S］.

［4］ 徐帮学. 燃油、燃气锅炉选型、安装及运行维护与燃煤锅炉燃油、燃气化改造技术实用手册［M］.北京：学苑音像出版社，2005.

［5］ 陈征宇，成德芳，刘小东.浙江省工业锅炉产品定型能效测试浅析［J］. 能源工程，2015，（4）：22-25.

［6］徐火力.推进燃煤工业锅炉节能减排的建议及措施［J］.能源与环境，2010，（2）：20-22.

Statistics and Analysis of Test Data of Industrial Boilers Approved Products

Chang Yongqiang Guan Jian Qi Guoli
（China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029）

AbstractThe test situation of industrial boilers approved products from 2012 to 2015 were analyzed statistically in this article. The statistical results were compared with the energy effciency indicators of TSG G0002—2010 Supervision Regulation on Saving Energy Technology for Boiler, and the industrial boiler product development situation and development trend in recent years were expounded and analyzed.

KeywordsIndustrial boiler Approved product Energy effciency

中图分类号：X933.2

文献标识码：B

文章编号：1673-257X（2016）04-0060-08

DOI：10.3969/j.issn.1673-257X.2016.04.011

作者简介：常勇强（1985～），男，硕士，从事特种设备节能工作。

收稿日期：（2016-03-07）