楊文睿 熊 乾 譚 凱

（湖北特種設備檢驗檢測研究院 湖北武漢 430000）

1 前言

在節(jié)能減排政策的不斷推進下，工業(yè)鍋爐作為高能耗特種設備之一，其節(jié)能工作已成為節(jié)能減排戰(zhàn)略的一項重要內容[1]。進行工業(yè)鍋爐能效分析時，我國當前依然采用傳統(tǒng)的熱工測試手段，然而這一測試手段僅適用于臺數(shù)較少的工業(yè)鍋爐能耗調查，對于臺數(shù)眾多的工業(yè)鍋爐并不適用[2]。

本研究對鍋爐測試分析集成設備及其方法展開介紹，并將其應用于某市工業(yè)鍋爐的能耗測試中，為進一步推動該市工業(yè)鍋爐節(jié)能工作的順利進行提供支持。

2 工業(yè)鍋爐能效檢測設備及方法概述

工業(yè)鍋爐能效測試主要指在工業(yè)鍋爐正常燃燒的狀態(tài)下，依托相應的設備，采用適宜的測試方法，對其熱工性能參數(shù)進行測試，從而對其能效狀況進行判斷。工業(yè)鍋爐測試分析集成設備包括鍋爐、過熱器參數(shù)采集裝置以及工控機。其中，鍋爐與過熱器參數(shù)采集裝置包括安裝多個鍋爐或過熱器測試傳感器，同時對多個工作參數(shù)進行測試。工控機與鍋爐、過熱器參數(shù)采集裝置電性連接，起到接收傳感器參數(shù)的作用，詳見圖 1、圖 2、表 1。

圖1 工業(yè)鍋爐測試分析集成設備原理示意圖

圖2 工業(yè)鍋爐能效測試點布置圖

表1 工業(yè)鍋爐能效檢測設備內部結構說明表

對工業(yè)鍋爐進行能效測試的方法主要包括：正平衡測試法、反平衡測試法以及火商分析法。不同測試方法的流程示意圖詳見圖3～圖5。

圖3 正平衡測試法流程示意圖

圖4 反平衡測試法流程示意圖

圖5 火商分析法流程示意圖

3 某市工業(yè)鍋爐能耗情況

某市現(xiàn)有工業(yè)鍋爐5 140臺。其中，燃煤鍋爐4 317臺、燃油鍋爐823臺，分別占某市工業(yè)鍋爐總臺數(shù)的83.99%、16.01%。該省2019年年耗標準煤約6×106t，年排放二氧化硫（SO2）、氮氧化合物（NOx）、二氧化碳（CO2）分別為 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，在對該市工業(yè)鍋爐能效進行測試的過程中，選取占比較大的燃煤鍋爐進行能效測試，測試時間為1 h。在進行能效測試的過程中，鍋爐熱工況穩(wěn)定，水位、鍋筒壓力、給水量、給煤量以及過量空氣系數(shù)等均基本一致，測試結果詳見表2。

表2 某市部分工業(yè)鍋爐的能耗測試結果

4 工業(yè)鍋爐能效測試中的問題

4.1 長期低負荷運行狀態(tài)

通過測試發(fā)現(xiàn)，某市工業(yè)鍋爐在實際運行過程中，運行狀態(tài)長期處于低負荷狀況，這是鍋爐低熱效率產(chǎn)生的重要原因，也是節(jié)能工作應重點關注的領域。在額定出力占比中，某市工業(yè)鍋爐實際出力僅占60%左右。由于某市工業(yè)鍋爐在較長的時間內處于低負荷狀態(tài)運行，燃料的通風量與消耗量均成比例減少，同時在爐膛溫度較低的狀態(tài)下，過量空氣系數(shù)也會逐漸增加，進而降低了燃料的燃燒效率[4]。另外，由于長期處于這一狀態(tài)，排煙量和固體未完全燃燒熱損失大量增加，這也是影響工業(yè)鍋爐運行效率的一個重要因素。從工業(yè)鍋爐出力這一角度來說，如果鍋爐出力僅占出力設計的1/2，爐膛溫度不能滿足設計要求，會對燃料的穩(wěn)定燃燒產(chǎn)生影響，從而降低鍋爐的運行效率。因此，工業(yè)鍋爐出力是運行效率得以提升的基礎和前提。

4.2 鍋爐的排煙溫度過高

依據(jù)上述測試結果可知，該市工業(yè)鍋爐的排煙溫度與規(guī)定值相比較高，而該市工業(yè)鍋爐排煙溫度普遍偏高與操作人員的操作水平以及工業(yè)鍋爐受熱面的布置等相關。此外，與受熱面設計，尤其是流管束、水冷壁以及煙管等受熱面設計的合理性有密切關系。在影響熱量傳遞的過程中，積灰結垢日益嚴重也會增加鍋爐的排煙溫度。

4.3 空氣系數(shù)指標不合格

過量空氣系數(shù)是工業(yè)鍋爐運行過程中的重要指標之一。這一指標對燃料的燃燒程度有重要影響。這一指標過低會導致燃料難以正常燃盡，進而導致爐渣中可燃物的含量增加，并導致未完全燃燒熱損失增加，造成燃料浪費[5]。如果這一指標過高，在鼓風機的作用下，大量冷空氣進入爐膛，就會導致爐膛內的溫度降低，并對其內部的受熱面?zhèn)鳠岙a(chǎn)生影響，排煙熱損失增加，降低工業(yè)鍋爐的運行效率。其中，鼓風機配套不合理、缺乏適宜的變頻設備、操作人員風量調節(jié)不適宜等均會導致過量空氣系數(shù)過大。

4.4 燃料燃燒不充分

工業(yè)鍋爐能效測試顯示，某市部分工業(yè)鍋爐的爐渣含碳量普遍超過標準值。爐渣含碳量過高主要是由于燃料未能完全燃燒。燃料燃燒不充分也是導致工業(yè)鍋爐熱效率低的一個重要因素。工業(yè)鍋爐結構設計不合理、煤種選擇不適宜以及鍋爐運行調整不合理等都可導致燃料燃燒不充分。

4.5 操作人員素養(yǎng)較低

工業(yè)鍋爐運行效率與操作人員的素養(yǎng)有很大關系。目前，工業(yè)鍋爐操作人員普遍以外來務工者為主，且大多是由于工業(yè)需要臨時招聘人員進行操作。因此，工業(yè)鍋爐操作人員的學歷普遍較低，且缺乏系統(tǒng)的專業(yè)知識和技能，對工業(yè)鍋爐的節(jié)能減排關注度較低。

由于缺乏對操作人員的系統(tǒng)培訓，尤其是節(jié)能意識和節(jié)能技術操作方面的培訓，導致工業(yè)鍋爐操作人員對鍋爐節(jié)能工作的認識不足。例如，大部分鍋爐操作人員尚不具備燃燒產(chǎn)物判斷、火焰燃料狀態(tài)觀察及爐膛壓力辨別等能力，同時還缺乏降低爐渣可燃物含量及過量空氣系數(shù)控制的經(jīng)驗。

總之，在工業(yè)鍋爐設計水平低、配置不健全的狀況下，操作人員是否具有專業(yè)的素養(yǎng)對工業(yè)鍋爐的高效運行具有重要影響。

5 進一步提升工業(yè)鍋爐節(jié)能潛力的建議

5.1 設計制造及安裝層面

工業(yè)鍋爐運行效率低與工業(yè)鍋爐設計、制造以及安裝工作有密切關系。為此，可構建分級制度，對工業(yè)過量的節(jié)能能級以及工業(yè)鍋爐的能效進行判斷。同時，還應加大對工業(yè)鍋爐設計、制造以及安裝的監(jiān)管工作，尤其在設計依據(jù)、安裝說明及能效測試報告等方面，應給予重點監(jiān)督管理。除此之外，還應對運行人員進行管理與培訓，進而有效控制由于這一因素而導致工業(yè)鍋爐節(jié)能工作目標實現(xiàn)的問題。

5.2 工業(yè)鍋爐的使用層面

從使用層面這一角度分析，在選擇工業(yè)鍋爐時，應結合實際運行需求、企業(yè)的實際情況及生產(chǎn)需求等進行合理的選擇，應綜合考量多種因素，選擇適宜的工業(yè)鍋爐，降低工業(yè)鍋爐運行時產(chǎn)生的熱損失[6]。與此同時，在使用過程中，還應注重工業(yè)鍋爐管理水平的提升。為此，可應用在線監(jiān)測儀器儀表對工業(yè)鍋爐運行的狀況進行監(jiān)測。除此之外，在對工業(yè)鍋爐進行維修時，應做好密封與保溫工作，如采用新絕熱材料和保溫材料等。

5.3 工業(yè)鍋爐的改造層面

為進一步推進和落實節(jié)能減排戰(zhàn)略，我國相繼出臺了系列政策，如對在節(jié)能量達到一定標準的企業(yè)通過資金獎勵的方式進行鼓勵。在這一政策的指引下，我國各省市紛紛結合自身的實際情況制定了節(jié)能制度以及與之配套的獎懲制度，以進一步順利推進工業(yè)鍋爐改造工作的開展和節(jié)能目標的實現(xiàn)。

為提升工業(yè)鍋爐的節(jié)能效果，在進行改造時，可將新節(jié)能技術，如太陽能加熱水技術、爐膛富氧燃燒技術等應用其中，同時還可對爐膛燃燒的環(huán)境進行改造。除此之外，還可以通過分層給煤裝置以及變頻設備等配套設施的增設進一步實現(xiàn)節(jié)能減排。

5.4 工業(yè)鍋爐的損失層面

工業(yè)鍋爐節(jié)能工作中亟待解決的一個重要問題是鍋爐熱損失。其中，降低排煙溫度是工業(yè)鍋爐運行效率提升的重要途徑。為此，可通過增加節(jié)能器等方法解決排煙溫度過高的問題。同時，應堅持高質高用原則，將煙氣余熱回收，并進行合理利用，如用于生產(chǎn)蒸汽等。還應定期組織人員展開吹灰作業(yè)，減少受熱面的灰渣。在吹灰作業(yè)的開展過程中，應與壓縮空氣、熱蒸汽以及惰性氣體等技術操作相互配合，降低工作難度。除此之外，還應解決氣體未完全燃燒的問題，并對空氣系數(shù)等展開適宜的調整，以降低由于燃料燃燒不充分而帶來的灰渣問題。

5.5 工業(yè)鍋爐的人員層面

工業(yè)鍋爐操作人員的素養(yǎng)是保障其高效運行的重要保障。提升工業(yè)鍋爐操作人員素養(yǎng)可從以下方面入手。

（1）建立并完善相關操作制度，對操作人員的行為進行規(guī)范，并制定相應的獎懲機制，通過相關制度的落實，促使操作人員樹立節(jié)能意識，并進行規(guī)范操作。與此同時，在完善相關制度的過程中，還應注重完善培訓制度，尤其是對鍋爐操作人員的培訓制度。在對鍋爐操作人員進行培訓時，應先對其具備的能力和經(jīng)驗進行調查，結合實際需求，制訂培訓計劃和方案，展開針對性的知識和技能培訓，尤其是判斷燃料產(chǎn)物等知識技能。

（2）營造節(jié)能氛圍，促使鍋爐操作者在良好的氛圍環(huán)境下操作，樹立節(jié)能意識和節(jié)能觀念，進而在實際操作中注重節(jié)能操作，如定期宣傳工業(yè)鍋爐節(jié)能的重要性和必要性等。

（3）通過多種措施，如薪酬激勵等舉措，吸引專業(yè)且高素質的鍋爐操作人員，提升工業(yè)鍋爐操作人員的整體水平。

6 結論

綜上所述，盡管近年來我國已經(jīng)對節(jié)能減排工作給予了高度重視，但與預期目標相比，尚存在一定差異。與發(fā)達國家相比，我國依然存在較為嚴重的環(huán)境污染、資源利用率低以及能源消耗巨大等問題。工業(yè)鍋爐作為高能耗設備，其節(jié)能工作已經(jīng)成為我國節(jié)能減排戰(zhàn)略的重點關注內容。為有效檢測工業(yè)鍋爐的能耗情況，將鍋爐測試分析集成設備及其方法應用在某市部分工業(yè)鍋爐中，對工業(yè)鍋爐的能耗情況進行了解和掌握。

某市部分工業(yè)鍋爐能耗的檢測結果顯示，該市工業(yè)鍋爐的熱效率較低。該市工業(yè)鍋爐能耗的分析顯示，該市工業(yè)鍋爐在實際的運行過程中，長期處于低負荷運行狀態(tài)，且排煙溫度過高，還面臨空氣系數(shù)指標不合格、燃料的燃燒尚不充分以及操作人員的素養(yǎng)較低的問題。為促使工業(yè)鍋爐響應國家節(jié)能減排戰(zhàn)略，應從設計制造及安裝層面、工業(yè)鍋爐的使用層面、工業(yè)鍋爐的改造層面、工業(yè)鍋爐的損失層面以及工業(yè)鍋爐的人員層面入手，改善工業(yè)鍋爐的實際運行狀況，進而實現(xiàn)節(jié)能減排。