劉雪敏 常勇強(qiáng) 管 堅(jiān) 張松松 王中偉 于吉明 齊國利

（中國特種設(shè)備檢測(cè)研究院 北京 100029）

引 言

我國工業(yè)鍋爐被廣泛用于國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域和人民生活中，產(chǎn)品具有品種規(guī)格多、使用燃料覆蓋面廣、容量跨度大、熱效率水平參差不齊等特點(diǎn)?！吨腥A人民共和國節(jié)約能源法》明確規(guī)定“對(duì)高耗能的特種設(shè)備，按照國務(wù)院的規(guī)定實(shí)行節(jié)能審查和監(jiān)管”，確立了國家質(zhì)檢總局對(duì)高耗能特種設(shè)備（鍋爐、換熱類壓力容器、電梯）實(shí)施節(jié)能審查和監(jiān)管的法律制度。國家質(zhì)檢總局2009年頒布了《高耗能特種設(shè)備節(jié)能監(jiān)督管理辦法》和新修訂的《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》，新增了高耗能特種設(shè)備在安全檢查的同時(shí)進(jìn)行節(jié)能監(jiān)管的規(guī)定；組織編寫了TSG G0002-2010《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)管規(guī)程》[1]和TSG G0003-2010《工業(yè)鍋爐能效測(cè)試與評(píng)價(jià)規(guī)則》[2]，使工業(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)督機(jī)構(gòu)和檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)按照技術(shù)規(guī)范的要求，統(tǒng)一、系統(tǒng)、全面地進(jìn)行節(jié)能監(jiān)管工作。

然而，工業(yè)鍋爐領(lǐng)域涉及生產(chǎn)企業(yè)1000多家，產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平差距較大。用量達(dá)到52萬余臺(tái)，用戶分屬于不同的生產(chǎn)行業(yè)和生活領(lǐng)域，節(jié)能和環(huán)保主管部門信息渠道和統(tǒng)計(jì)手段存在局限性和差異，與安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)缺乏有效的信息溝通，導(dǎo)致了工業(yè)鍋爐各項(xiàng)技術(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的不準(zhǔn)確和不全面。為進(jìn)一步規(guī)范工業(yè)鍋爐能效測(cè)試工作，逐步建立工業(yè)鍋爐能效數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)查詢系統(tǒng)，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局委托中國特種設(shè)備檢測(cè)研究院（以下簡(jiǎn)稱中國特檢院）組織開發(fā)了“工業(yè)鍋爐能效測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算與管理平臺(tái)”[3]（以下簡(jiǎn)稱平臺(tái)），通過提高信息化水平，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，從而使得工業(yè)鍋爐節(jié)能工作“可檢測(cè)、可報(bào)告、可核查”。

1 工業(yè)鍋爐能效測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算與管理平臺(tái)

平臺(tái)建設(shè)按照“科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化”的總體要求，統(tǒng)一測(cè)試程序和方法，統(tǒng)一報(bào)告格式和內(nèi)容，統(tǒng)一計(jì)算公式和參數(shù)選取。平臺(tái)具有鍋爐能效測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算與報(bào)告生成、報(bào)告查詢、信息查詢等功能，鍋爐能效測(cè)試分為新產(chǎn)品定型測(cè)試、運(yùn)行工況詳細(xì)測(cè)試、運(yùn)行工況簡(jiǎn)單測(cè)試三類。本文主要介紹工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品能效數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析結(jié)果。在全國45家定型產(chǎn)品測(cè)試機(jī)構(gòu)中，使用平臺(tái)機(jī)構(gòu)數(shù)量為43家，使用比例為95.56%。

自2012年平臺(tái)開通運(yùn)行以來，已有不同制造企業(yè)生產(chǎn)的5000多個(gè)型號(hào)規(guī)格的產(chǎn)品定型能效測(cè)試、20000多臺(tái)在用鍋爐運(yùn)行能效測(cè)試通過平臺(tái)進(jìn)行計(jì)算、編制報(bào)告。因此，平臺(tái)中積累了較為全面的、準(zhǔn)確性高、可比性強(qiáng)，包括熱效率、過量空氣系數(shù)、排煙溫度等在內(nèi)的與工業(yè)鍋爐能效相關(guān)的測(cè)試數(shù)據(jù)。本文主要對(duì)2016年工業(yè)鍋爐能效測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析。

2 工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

2.1 定型產(chǎn)品測(cè)試數(shù)量情況

自2016年1月1日至2016年12月31日，全國定型產(chǎn)品測(cè)試機(jī)構(gòu)共出具定型產(chǎn)品測(cè)試報(bào)告651份，折合設(shè)備測(cè)試4322.78蒸噸。按照輸出介質(zhì)分類：測(cè)試蒸汽鍋爐506臺(tái)，占測(cè)試臺(tái)數(shù)的77.73%，總出力為2241.71蒸噸，占測(cè)試總蒸噸數(shù)的51.86%；熱水鍋爐106臺(tái)，占測(cè)試臺(tái)數(shù)的16.28%，總出力為1885.41蒸噸，占測(cè)試總蒸噸數(shù)的43.62 %；有機(jī)熱載體鍋爐39臺(tái)，占測(cè)試臺(tái)數(shù)的5.99%，總出力為195.67蒸噸，占測(cè)試總蒸噸數(shù)的4.53 %。按照燃燒方式及燃料分類的統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表 1。

對(duì)比2012～2016年鍋爐定型產(chǎn)品測(cè)試情況（按照燃料分類），如圖1所示。燃煤鍋爐定型產(chǎn)品測(cè)試數(shù)量逐年遞減；燃?xì)忮仩t和燃生物質(zhì)鍋爐在2013年有較大增幅，之后便趨于平穩(wěn)；燃油鍋爐數(shù)量一直比較穩(wěn)定；電加熱爐數(shù)量較少。由于小容量燃煤鍋爐在節(jié)能環(huán)保性能上很難達(dá)到要求，近年來我國在工業(yè)鍋爐節(jié)能環(huán)保方面提出了淘汰小型燃煤鍋爐、發(fā)展高效鍋爐以及工業(yè)鍋爐煤改氣等政策。2013年國務(wù)院印發(fā)了國發(fā)〔2013〕30號(hào)《關(guān)于加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的意見》和國發(fā)〔2013〕37號(hào)《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，提出推廣高效鍋爐，全面整治燃煤小鍋爐。國家能源局、國家發(fā)改委、環(huán)保部等七部委在2014年11月聯(lián)合發(fā)布的《燃煤鍋爐節(jié)能環(huán)保綜合提升工程實(shí)施方案》中明確提出：除必要保留的以外，到2017年，地級(jí)及以上城市建成區(qū)基本淘汰10 t/h及以下的燃煤鍋爐，禁止新建20 t/h以下的燃煤鍋爐，其他地區(qū)原則上不再新建10 t/h以下的燃煤鍋爐。

表1 鍋爐定型產(chǎn)品測(cè)試分類統(tǒng)計(jì)

圖1 2012～2016年鍋爐定型產(chǎn)品測(cè)試情況（按照燃料分類）

2.2 定型產(chǎn)品測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)與分析

統(tǒng)計(jì)工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品（按容量劃分）測(cè)試熱效率η、排煙溫度tpy、過量空氣系數(shù)α、排煙熱損失q2、固體未完全燃燒熱損失q4等有關(guān)參數(shù)的算術(shù)平均值、加權(quán)平均值、最大值與最小值如表2所示。其中，算術(shù)平均值是以測(cè)試鍋爐臺(tái)數(shù)為基礎(chǔ)求取的平均值，即以測(cè)試鍋爐所有效率的累計(jì)值除以鍋爐臺(tái)數(shù)；加權(quán)平均值，是考慮鍋爐出力的情況下求取的平均值，即以測(cè)試鍋爐效率與出力的乘積的累計(jì)值除以鍋爐的總出力。在統(tǒng)計(jì)相同出力鍋爐數(shù)據(jù)參數(shù)時(shí)，加權(quán)平均值等于算術(shù)平均值。2016年工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品測(cè)試鍋爐熱效率算術(shù)平均值為89.36%，加權(quán)平均值為89.31%；排煙溫度算術(shù)平均值為147.26 ℃，加權(quán)平均值為137.32 ℃；過量空氣系數(shù)平均值為1.28。

工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品測(cè)試熱效率分布如圖2所示。鍋爐定型產(chǎn)品熱效率分布有兩個(gè)峰值，主要集中在80%～83%和91%～95%區(qū)間；分別對(duì)兩個(gè)區(qū)間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，80%～83%區(qū)間主要是燃煤層燃鍋爐和燃生物質(zhì)層燃鍋爐，91%～95%區(qū)間主要是燃油及燃?xì)忮仩t，可見燃油/氣鍋爐熱效率明顯高于層燃鍋爐。目前，燃?xì)忮仩t普遍采用尾部煙氣中水蒸氣的汽化潛熱回收技術(shù)，而計(jì)算熱效率時(shí)輸入熱量采用燃料低位發(fā)熱量，并未包含水蒸氣的潛熱，因此存在鍋爐熱效率高于100%的現(xiàn)象。

表2 工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

圖2 工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品測(cè)試熱效率分布圖

圖3 燃煤工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品測(cè)試熱效率統(tǒng)計(jì)圖

燃煤工業(yè)鍋爐測(cè)試熱效率與設(shè)計(jì)熱效率平均值的對(duì)比如圖3所示?？梢钥闯觯S著鍋爐容量增大，平均熱效率隨之升高。這是由于隨著鍋爐出力的增加，鍋爐節(jié)能環(huán)保設(shè)施運(yùn)行使用較多，輔機(jī)匹配良好，部分大容量工業(yè)鍋爐設(shè)置一、二次風(fēng)，爐膛內(nèi)空氣分配更加合理，有利于燃料的燃燒，降低不完全燃燒損失；其次，隨著鍋爐出力的增大，鍋爐保溫處理較好，散熱損失有相應(yīng)的減?。辉俅?，隨著鍋爐出力的增大，鍋爐安裝水平相對(duì)要求較高，漏風(fēng)系數(shù)較小，“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象較少，鍋爐整體運(yùn)行良好。

工業(yè)鍋爐測(cè)試熱效率與設(shè)計(jì)熱效率平均值的對(duì)比如圖4所示?？梢钥闯觯I(yè)鍋爐定型產(chǎn)品測(cè)試熱效率平均值普遍略高于鍋爐設(shè)計(jì)熱效率平均值，說明目前我國鍋爐制造、安裝水平能基本滿足鍋爐設(shè)計(jì)要求。由于燃煤鍋爐測(cè)試數(shù)量下降，大量的節(jié)能高效天然氣鍋爐參與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，這些鍋爐以小容量為主，因此平均的鍋爐熱效率并未隨鍋爐容量增大呈現(xiàn)出升高趨勢(shì)。

圖4 工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品測(cè)試熱效率統(tǒng)計(jì)圖

定型產(chǎn)品平均排煙溫度與排煙處過量空氣系數(shù)如圖5、圖6所示。鍋爐出力小于1 t/h時(shí)，鍋爐排煙溫度平均值達(dá)160.51 ℃，但是隨著鍋爐出力的增大，鍋爐的排煙溫度逐漸降低。由此說明，自TSG G0002-2010《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》[1]頒布以來，工業(yè)鍋爐制造企業(yè)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)已經(jīng)完全按照規(guī)程要求，使用相關(guān)節(jié)能技術(shù)降低排煙溫度。但對(duì)于鍋爐出力小于1t/h的范圍，由于尾部受熱面布置較為困難，工業(yè)鍋爐平均排煙溫度仍明顯高于其他鍋爐。排煙熱損失是鍋爐熱損失中最主要的熱損失之一，一般排煙溫度每提高15℃，排煙損失增加1%，耗能增加1.4%。根據(jù)額定蒸發(fā)量小于1t/h蒸汽鍋爐的整體分析情況及目前節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用情況，提高鍋爐熱效率仍有一定空間。

對(duì)于燃煤工業(yè)鍋爐，排煙處過量空氣系數(shù)隨鍋爐容量的增大而減小，如圖5所示。但對(duì)于工業(yè)鍋爐總體平均值，由于統(tǒng)計(jì)了大量小容量燃?xì)忮仩t，而燃?xì)忮仩t過量空氣系數(shù)較低，因此呈現(xiàn)出圖6中的趨勢(shì)，小容量鍋爐過量空氣系數(shù)明顯低于大容量鍋爐。

圖5 燃煤工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品部分參數(shù)統(tǒng)計(jì)圖

圖6 工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品部分參數(shù)統(tǒng)計(jì)圖

3 結(jié)論

本文統(tǒng)計(jì)了2016年工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品能效測(cè)試數(shù)據(jù)，全國定型產(chǎn)品測(cè)試機(jī)構(gòu)共出具定型產(chǎn)品測(cè)試報(bào)告651份，按輸出介質(zhì)分類，包括蒸汽鍋爐506臺(tái)、熱水鍋爐106臺(tái)、有機(jī)熱載體鍋爐39臺(tái)。分析了工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品（按容量劃分）測(cè)試熱效率、排煙溫度、過量空氣系數(shù)、排煙熱損失等參數(shù)的變化規(guī)律，結(jié)論如下：

（1）定型產(chǎn)品鍋爐測(cè)試比例發(fā)生變化，燃煤鍋爐定型產(chǎn)品測(cè)試數(shù)量逐年遞減；燃?xì)忮仩t和燃生物質(zhì)鍋爐在2013年有較大增幅。

（2） 2016年工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品測(cè)試鍋爐熱效率算術(shù)平均值為89.36%，加權(quán)平均值為89.31%；不同容量鍋爐測(cè)試熱效率平均值普遍略高于設(shè)計(jì)熱效率平均值。

（3）小容量鍋爐由于尾部受熱面布置較難，排煙溫度相對(duì)較高，排煙溫度限定值有進(jìn)一步降低的空間。