广州市在用工业有机热载体锅炉能效现状分析与安全节能对策

2022-07-12黄晓霞孙何瑞伍路遥董进宁

科技创新与应用 2022年20期

黄晓霞，孙何瑞，伍路遥，董进宁

（1.广州市节能中心，广东广州 510080；2.广州特种承压设备检测研究院，广东广州 510080）

随着我国经济和工业飞速发展，工业锅炉安全高效运行对轻纺工业、交通运输业、建筑业、化学工业、能源工业、冶金工业和军工业等行业起着越来越重要的作用。有机热载体锅炉是以煤、油、可燃气、电能等为能源输入，以导热油为加热介质，以获得低压、高温的传热效果而节约生产成本的特种工业炉[1-2]。随着近年来我国环保政策的收紧、各种标准的提高，以及燃油燃气的价格上涨和供应趋紧，燃料成本在工业锅炉总成本中占比不断上升，开展工业锅炉能效现状分析、能效提升和节能改造是大势所趋，工业锅炉的节能研究作为热点领域，被众多专家学者所关注。广州特种承压设备检测研究院张佳等[3]调查研究广东省内30台新安装（在一年内办理登记证）锅炉，对使用单位提出了运行方面的建议。四川省特种设备检验研究院陈娟等[4]在大量调研和采集数据的基础上，分析研究得到了四川省有关燃煤工业锅炉的现状，并对政府提出了9点管理建议。此外，也有一些学者致力于分析关于工业锅炉的各指标（管理、技术、安全、环保等），建立完善相关评价指标体系，为工业锅炉节能减排提供科学依据[5]。综合而言，国内对于工业锅炉的节能改造进行了一定研究，但对于采用有机热载体作为介质的特种工业炉的系统研究较少，本文通过对广州市在用有机热载体锅炉运行、管理现状进行调研统计分析，以期为有机热载体锅炉的安全稳定运行管理提供参考，并选取其中199台工业锅炉，通过能效测试方法获得其能耗现状，提出节能减排的建议。

1 广州市有机热载体锅炉使用现状

广州市在用有机热载体锅炉使用单位共391家，排除拥有锅炉的厂家或公司停产、锅炉被所在区的环保部门查封、锅炉已停用但未及时报停几种情况，抽取110家进行普查，未普查的锅炉使用企业281家，总体普查率为28.1%。针对锅炉持证与试验管理情况、锅炉使用与运行情况两个方面进行普查分析。总结得出目前广州市在用有机热载体锅炉的运行管理上存在的不规范问题。

1.1 锅炉持证、取样配置与试验管理情况

全市普查各有机热载体锅炉持证具体情况，持证锅炉共134台，占97%；未持证锅炉4台，占3%。《锅炉安全技术监察规程》[6]规定：锅炉的使用单位，在锅炉投入使用前或者投入使用后30日内，应当按照规定到质监部门逐台办理登记手续，而广州市存在少数锅炉长期未持证投运的现象，不利于监察部门的规范管理。

全市普查各有机热载体锅炉取样器情况，其中锅炉拥有取样器共71台，约占普查总数的51%，不拥有取样器共67台，约占普查总数的49%。根据规程规定，系统至少应当设置一个有机热载体的取样冷却器，以保证被测有机热载体样品具有代表性和取样人员在操作过程中的安全，但是专项检查显示存在49%的有机热载体锅炉没有依据相关规定配置取样器。

各锅炉的型式试验报告总体情况如图1所示，其中锅炉拥有型式试验报告占61台，约占普查总数的44%，无型式试验报告的占77台，约占普查总数的56%。《有机热载体》[7]规定了型式试验的项目。报告内容反映锅炉质量，缺少型式试验报告的使用单位应加以重视。

各有机热载体的出厂检验报告总体情况如图1所示，其中有机热载体拥有出厂检验试验报告62台，占普查总数的45%，无型式试验报告76台，占普查总数的55%。调查有机热载体检验频率，一年检验一次的有136台，约占总数的99%；未检过的有2台，约占总数的1%。《有机热载体安全技术条件》[8]规定供应商应提供由国家主管部门认可的检测机构出具的该产品型式试验报告与出厂质量检测报告，同时规定了一年检验一次的有机热载体检验频率。

图1 有机热载体锅炉持证、取样器、型式试验报告、出厂检验试验报告、检验频率情况

以上普查数据说明对于持证、取样等工作，部分企业管理不规范。同时型式试验报告与出厂检验试验报告的缺失问题严重，均达到50%以上。另外有小部分单位未进行有机热载体检验，存在锅炉安全运行隐患。

1.2 有机热载体使用与管理情况

有机热载体最高使用温度如图2所示，220℃以下共42台，占30.43%；220℃~280℃共61台，占44.2%；280℃以上共33台，占23.91%。情况不明2台，占1.45%。按照《有机热载体热稳定性测定法》[9]，确定有机热载体的最高使用温度，进一步规定锅炉最高工作温度，有机热载体的最高使用温度至少应高于有机热载体锅炉最高工作温度10℃。此次普查中，存在2台锅炉有机热载体最高使用温度不明，非常危险，须尽快整改。

图2 有机热载体最高使用温度情况

有机热载体使用时间如图3所示，主要集中在1-5年共有67台，占48.55%；1年以下共有17台，占12.32%；5-10年共有27台，占19.57%；10年以上共有6台，占4.35%；情况不明21台，占15.22%。

图3 有机热载体使用时间

有机热载体新旧混用情况如图4所示，混用的共55台，占39.9%；不混用的共80台，占58.0%；情况不明的共3台，占2.1%。

图4 有机热载体新旧混用、储罐、脱气脱水、化学清洗情况

规范指出以下情况中，在用有机热载体应全部或部分更换：运动黏度、酸值、残碳、污染程度达到停止使用指标，同时有机热载体难以有效回收至允许使用的质量指标。有机热载体的混用应该满足一定条件。注意不同化学组成的气相有机热载体与液相有机热载体不得混用。

调查有机热载体储罐情况，如图4所示。所调查的所有锅炉中，134台有储罐，占97.1%；2台为无储罐，占1.4%，白云区和花都区各1台；2台储罐情况不明，占1.4%，都在花都区。

调查有机热载体脱气脱水情况，如图4所示。所调查的所有锅炉中，115台有脱气脱水，占83.3%；23台为无脱气脱水，占16.7%。

调查有机热载体化学清洗情况，如图4所示。所调查的所有锅炉中，105台有化学清洗，占76.1%；33台为无化学清洗，占23.9%。

以上数据说明部分使用单位对于有机热载体的最高使用温度、使用时间、新旧混用情况、有无储罐等信息不了解，其中有机热载体使用时间不明问题较为严重，情况不明者占15.2%。同时脱气脱水与化学清洗流程缺失，分别有16.7%和23.9%锅炉没有进行脱气脱水和化学清洗。

2 能效统计分析

选取广州市199台有机热载体锅炉进行能效检测试验，其中燃柴油锅炉67台，燃气锅炉132台，制造时间在1997-12-01到2019-05-30之间。容量分布见表1。

表1 容量分布

检测得到199台有机热载体锅炉热效率最高为94.6%，最低为76.91%，算数平均值为87.39%。根据《锅炉节能技术监督管理规程》[10]中第五条所规定，199台锅炉中热效率低于标准值的有100台，即50.25%，热效率超过标准值的有99台，即49.75%。199台锅炉中热效率低于目标值的有179台，即89.95%，热效率超过目标值的有20台，即10.05%。以上数据说明，工业锅炉热效率较少达到规程中的目标值，低于标准值也是普遍存在的问题。

2.1 容量与热效率关系

额定容量D≤1.4 MW的有机热载体锅炉有132台，其中63台热效率符合《锅炉节能技术监督管理规程》[10]中第五条所规定，合格率47.73%，热效率算数平均值为86.72%。1.4 MW＜D≤2 MW锅炉有33台，其中18台热效率合格，合格率54.55%，热效率算数平均值为87.78%。2 MW＜D≤4 MW锅炉有25台，其中15台热效率合格，合格率60%，热效率算数平均值为88.55%。4 MW＜D锅炉有9台，其中8台热效率合格，合格率88.89%，热效率算数平均值为92.53%，如图5所示。由上述数据可知，随着额定容量上升，热效率增加，合格率也增加。

图5 容量与热效率关系

所调查锅炉整体合格率偏低，随着额定容量上升，热效率增加，合格率也增加。这种现象与大小锅炉在管理运行方面的差别有密切联系。锅炉所属机构单位使用者、管理者对于节能知识缺乏理解，对于节能的重要性缺乏认知，个别工作人员对节能工作不热心、不认真，个别企业忽视节能工作，甚至没有配备统计能耗的基本计量器具。另外为了节约成本，以及管理水平不足，部分企业购买能耗水平低的旧锅炉或不合规定的锅炉，在燃料管理上也较为粗放，造成巨大浪费。在以上方面，大型锅炉优于小型锅炉[3]。徐通模[11]提出锅炉容量减少使得锅炉炉膛相对散热比表面积迅速增加，燃烧强度下降，加大了着火、燃烧和燃尽的难度。

2.2 排烟温度与热效率关系

锅炉排烟是影响热效率的关键因素。统计132台燃气有机热载体锅炉的排烟温度，排烟温度算数平均值为170.93℃。

排烟温度tpy≤100℃的锅炉有20台，其中7台热效率合格，合格率35%，热效率算数平均值为93.43%。排烟温度100℃＜tpy≤170℃的锅炉有14台，其中11台热效率合格，合格率78.57%，热效率算数平均值为91.08%。排烟温度170℃＞tpy的锅炉有7台，其中0台热效率合格，合格率0%，热效率算数平均值为84.69%。由上述数据可知，随着排烟温度上升，热效率下降，热效率合格率也下降。

一般来说，在相同的燃烧强度和空气过量系数的条件下，当排烟温度每升高10℃时，热效率就将降低0.42%（α为1.1时）～0.73%（α为2时）。排烟温度对于热效率的影响主要体现在对于排烟热损失q2的影响。如图6所示，计算各锅炉的排烟损失发现：排烟温度tpy≤170℃的锅炉q2算数平均值为2.57%，排烟温度170＜tpy≤200℃的锅炉q2算数平均值为5.65%，排烟温度tpy＞200℃的锅炉q2算数平均值为11.41%。由上述数据可知，随着排烟温度上升，排烟热损失上升，导致热效率下降。

图6 排烟温度与排烟热损失、热效率关系

2.3 安全节能对策

从以上调研和检测可见，工业锅炉热效率较少达到规程中的目标值，低于标准值也是普遍存在的问题。原因之一是大部分锅炉均存在所谓的“大马拉小车”问题，在低负荷下运行导致各种运行参数与额定值的偏离，造成热效率偏低，所以对此现象应加强节能监管，提高负荷率。政府应积极推行“压小上大”的方针，对于不合格的小型锅炉中一部分进行淘汰，将工业锅炉的大型化作为努力方向之一。同时重视对于小型锅炉在管理运营方面的优化与创新，力求在节能上实现突破。

通常来说，排烟热损失随着排烟温度上升而上升，进而导致热效率下降。对于高排烟温度的天然气锅炉，为提高其热效率，建议采用安装冷凝型余热回收节能器方式回收余热，回收高温烟气中的水蒸气潜热能量。

为了达到节能减排的目标，需要各部门的努力。使用单位应做好员工的培训，提高运行水平，完善管理制度。不能一味追求经济效益，在环保上只满足于应付监管。监管部门应做好节能培训与节能宣传，让使用单位真正明白节能减排对于企业发展的重要作用。也要严防各个运行参数上的弄虚作假，严加监管。值得一提的是，各部门在工业锅炉节能减排过程中不应单独作战，应在各司其职的前提下积极沟通，相互协调。