工业锅炉能效测试中的问题及节能措施分析

杨文睿 熊 乾 谭 凯

（湖北特种设备检验检测研究院 湖北武汉 430000）

1 前言

在节能减排政策的不断推进下，工业锅炉作为高能耗特种设备之一，其节能工作已成为节能减排战略的一项重要内容[1]。进行工业锅炉能效分析时，我国当前依然采用传统的热工测试手段，然而这一测试手段仅适用于台数较少的工业锅炉能耗调查，对于台数众多的工业锅炉并不适用[2]。

本研究对锅炉测试分析集成设备及其方法展开介绍，并将其应用于某市工业锅炉的能耗测试中，为进一步推动该市工业锅炉节能工作的顺利进行提供支持。

2 工业锅炉能效检测设备及方法概述

工业锅炉能效测试主要指在工业锅炉正常燃烧的状态下，依托相应的设备，采用适宜的测试方法，对其热工性能参数进行测试，从而对其能效状况进行判断。工业锅炉测试分析集成设备包括锅炉、过热器参数采集装置以及工控机。其中，锅炉与过热器参数采集装置包括安装多个锅炉或过热器测试传感器，同时对多个工作参数进行测试。工控机与锅炉、过热器参数采集装置电性连接，起到接收传感器参数的作用，详见图 1、图 2、表 1。

图1 工业锅炉测试分析集成设备原理示意图

图2 工业锅炉能效测试点布置图

表1 工业锅炉能效检测设备内部结构说明表

对工业锅炉进行能效测试的方法主要包括：正平衡测试法、反平衡测试法以及火商分析法。不同测试方法的流程示意图详见图3～图5。

图3 正平衡测试法流程示意图

图4 反平衡测试法流程示意图

图5 火商分析法流程示意图

3 某市工业锅炉能耗情况

某市现有工业锅炉5 140台。其中，燃煤锅炉4 317台、燃油锅炉823台，分别占某市工业锅炉总台数的83.99%、16.01%。该省2019年年耗标准煤约6×106t，年排放二氧化硫（SO2）、氮氧化合物（NOx）、二氧化碳（CO2）分别为 4.26×104、3.72×104、1.311×107t。其中，SO2的排放量占全市污染排放的35%左右。因此，在对该市工业锅炉能效进行测试的过程中，选取占比较大的燃煤锅炉进行能效测试，测试时间为1 h。在进行能效测试的过程中，锅炉热工况稳定，水位、锅筒压力、给水量、给煤量以及过量空气系数等均基本一致，测试结果详见表2。

表2 某市部分工业锅炉的能耗测试结果

4 工业锅炉能效测试中的问题

4.1 长期低负荷运行状态

通过测试发现，某市工业锅炉在实际运行过程中，运行状态长期处于低负荷状况，这是锅炉低热效率产生的重要原因，也是节能工作应重点关注的领域。在额定出力占比中，某市工业锅炉实际出力仅占60%左右。由于某市工业锅炉在较长的时间内处于低负荷状态运行，燃料的通风量与消耗量均成比例减少，同时在炉膛温度较低的状态下，过量空气系数也会逐渐增加，进而降低了燃料的燃烧效率[4]。另外，由于长期处于这一状态，排烟量和固体未完全燃烧热损失大量增加，这也是影响工业锅炉运行效率的一个重要因素。从工业锅炉出力这一角度来说，如果锅炉出力仅占出力设计的1/2，炉膛温度不能满足设计要求，会对燃料的稳定燃烧产生影响，从而降低锅炉的运行效率。因此，工业锅炉出力是运行效率得以提升的基础和前提。

4.2 锅炉的排烟温度过高

依据上述测试结果可知，该市工业锅炉的排烟温度与规定值相比较高，而该市工业锅炉排烟温度普遍偏高与操作人员的操作水平以及工业锅炉受热面的布置等相关。此外，与受热面设计，尤其是流管束、水冷壁以及烟管等受热面设计的合理性有密切关系。在影响热量传递的过程中，积灰结垢日益严重也会增加锅炉的排烟温度。

4.3 空气系数指标不合格

过量空气系数是工业锅炉运行过程中的重要指标之一。这一指标对燃料的燃烧程度有重要影响。这一指标过低会导致燃料难以正常燃尽，进而导致炉渣中可燃物的含量增加，并导致未完全燃烧热损失增加，造成燃料浪费[5]。如果这一指标过高，在鼓风机的作用下，大量冷空气进入炉膛，就会导致炉膛内的温度降低，并对其内部的受热面传热产生影响，排烟热损失增加，降低工业锅炉的运行效率。其中，鼓风机配套不合理、缺乏适宜的变频设备、操作人员风量调节不适宜等均会导致过量空气系数过大。

4.4 燃料燃烧不充分

工业锅炉能效测试显示，某市部分工业锅炉的炉渣含碳量普遍超过标准值。炉渣含碳量过高主要是由于燃料未能完全燃烧。燃料燃烧不充分也是导致工业锅炉热效率低的一个重要因素。工业锅炉结构设计不合理、煤种选择不适宜以及锅炉运行调整不合理等都可导致燃料燃烧不充分。

4.5 操作人员素养较低

工业锅炉运行效率与操作人员的素养有很大关系。目前，工业锅炉操作人员普遍以外来务工者为主，且大多是由于工业需要临时招聘人员进行操作。因此，工业锅炉操作人员的学历普遍较低，且缺乏系统的专业知识和技能，对工业锅炉的节能减排关注度较低。

由于缺乏对操作人员的系统培训，尤其是节能意识和节能技术操作方面的培训，导致工业锅炉操作人员对锅炉节能工作的认识不足。例如，大部分锅炉操作人员尚不具备燃烧产物判断、火焰燃料状态观察及炉膛压力辨别等能力，同时还缺乏降低炉渣可燃物含量及过量空气系数控制的经验。

总之，在工业锅炉设计水平低、配置不健全的状况下，操作人员是否具有专业的素养对工业锅炉的高效运行具有重要影响。

5 进一步提升工业锅炉节能潜力的建议

5.1 设计制造及安装层面

工业锅炉运行效率低与工业锅炉设计、制造以及安装工作有密切关系。为此，可构建分级制度，对工业过量的节能能级以及工业锅炉的能效进行判断。同时，还应加大对工业锅炉设计、制造以及安装的监管工作，尤其在设计依据、安装说明及能效测试报告等方面，应给予重点监督管理。除此之外，还应对运行人员进行管理与培训，进而有效控制由于这一因素而导致工业锅炉节能工作目标实现的问题。

5.2 工业锅炉的使用层面

从使用层面这一角度分析，在选择工业锅炉时，应结合实际运行需求、企业的实际情况及生产需求等进行合理的选择，应综合考量多种因素，选择适宜的工业锅炉，降低工业锅炉运行时产生的热损失[6]。与此同时，在使用过程中，还应注重工业锅炉管理水平的提升。为此，可应用在线监测仪器仪表对工业锅炉运行的状况进行监测。除此之外，在对工业锅炉进行维修时，应做好密封与保温工作，如采用新绝热材料和保温材料等。

5.3 工业锅炉的改造层面

为进一步推进和落实节能减排战略，我国相继出台了系列政策，如对在节能量达到一定标准的企业通过资金奖励的方式进行鼓励。在这一政策的指引下，我国各省市纷纷结合自身的实际情况制定了节能制度以及与之配套的奖惩制度，以进一步顺利推进工业锅炉改造工作的开展和节能目标的实现。

为提升工业锅炉的节能效果，在进行改造时，可将新节能技术，如太阳能加热水技术、炉膛富氧燃烧技术等应用其中，同时还可对炉膛燃烧的环境进行改造。除此之外，还可以通过分层给煤装置以及变频设备等配套设施的增设进一步实现节能减排。

5.4 工业锅炉的损失层面

工业锅炉节能工作中亟待解决的一个重要问题是锅炉热损失。其中，降低排烟温度是工业锅炉运行效率提升的重要途径。为此，可通过增加节能器等方法解决排烟温度过高的问题。同时，应坚持高质高用原则，将烟气余热回收，并进行合理利用，如用于生产蒸汽等。还应定期组织人员展开吹灰作业，减少受热面的灰渣。在吹灰作业的开展过程中，应与压缩空气、热蒸汽以及惰性气体等技术操作相互配合，降低工作难度。除此之外，还应解决气体未完全燃烧的问题，并对空气系数等展开适宜的调整，以降低由于燃料燃烧不充分而带来的灰渣问题。

5.5 工业锅炉的人员层面

工业锅炉操作人员的素养是保障其高效运行的重要保障。提升工业锅炉操作人员素养可从以下方面入手。

（1）建立并完善相关操作制度，对操作人员的行为进行规范，并制定相应的奖惩机制，通过相关制度的落实，促使操作人员树立节能意识，并进行规范操作。与此同时，在完善相关制度的过程中，还应注重完善培训制度，尤其是对锅炉操作人员的培训制度。在对锅炉操作人员进行培训时，应先对其具备的能力和经验进行调查，结合实际需求，制订培训计划和方案，展开针对性的知识和技能培训，尤其是判断燃料产物等知识技能。

（2）营造节能氛围，促使锅炉操作者在良好的氛围环境下操作，树立节能意识和节能观念，进而在实际操作中注重节能操作，如定期宣传工业锅炉节能的重要性和必要性等。

（3）通过多种措施，如薪酬激励等举措，吸引专业且高素质的锅炉操作人员，提升工业锅炉操作人员的整体水平。

6 结论

综上所述，尽管近年来我国已经对节能减排工作给予了高度重视，但与预期目标相比，尚存在一定差异。与发达国家相比，我国依然存在较为严重的环境污染、资源利用率低以及能源消耗巨大等问题。工业锅炉作为高能耗设备，其节能工作已经成为我国节能减排战略的重点关注内容。为有效检测工业锅炉的能耗情况，将锅炉测试分析集成设备及其方法应用在某市部分工业锅炉中，对工业锅炉的能耗情况进行了解和掌握。

某市部分工业锅炉能耗的检测结果显示，该市工业锅炉的热效率较低。该市工业锅炉能耗的分析显示，该市工业锅炉在实际的运行过程中，长期处于低负荷运行状态，且排烟温度过高，还面临空气系数指标不合格、燃料的燃烧尚不充分以及操作人员的素养较低的问题。为促使工业锅炉响应国家节能减排战略，应从设计制造及安装层面、工业锅炉的使用层面、工业锅炉的改造层面、工业锅炉的损失层面以及工业锅炉的人员层面入手，改善工业锅炉的实际运行状况，进而实现节能减排。