燃气锅炉能效测试分析

【摘 要】通过对辖区内燃气锅炉进行能效测试，并抽取10台锅炉测试数据进行分析。发现影响锅炉热效率因素主要为：排烟热损失；气体未完全燃烧热损失；散热损失。并针对相应问题提出改进建议：定期对锅炉进行清理；适时调整锅炉空燃比；加大节能设备的投用。

【关键词】能效测试；热效率；节能减排

【Abstract】In this paper， The energy efficiency test of gas-fired boiler Within the jurisdiction was carried out and the test data of 10 boilers was analyzed. The main factors that affect the thermal efficiency of boiler are Heat loss due to exhaust gas， Heat loss due to incomplete combustion of gas and Heat loss due to heat dissipation. Suggestions for improvement are put forward based on the corresponding problem， Such as Cleaning the boiler regularly， Timely adjusting air-fuel ratio of boiler and Increasing the application of energy-saving equipment.

【Key words】Energy efficiency test； Thermal efficiency； Energy-saving and emission-reducing energy

锅炉为生产提供蒸汽和热量，是生产中必不可少的组成部分，也是高耗能设备。鉴于现在我国能源消耗现状，提高燃气锅炉的燃料利用率是节能减排的工作重点，具有很大的节能潜力[1-2]。为加强锅炉节能管理，提高锅炉能源利用效率，对锅炉的热量利用效率进行测试，找出热量损失的原因，并进一步改进锅炉能源利用就尤为重要[3]。为此，本文对管辖区内在用燃气锅炉进行能效测试，并对测试结果进行分析，进而寻求提高热效率的方法，以期对燃气锅炉热效率的提高提供有益参考。

1 燃气锅炉热效率

锅炉热效率测试方法有两种：正平衡测试方法和反平衡测试方法。正平衡测试方法是通过直接测量输入热量和输出热量来确定效率的方法。反平衡测试方法是通过测定各种燃烧产物热损失和锅炉散热损失来确定效率[4]。锅炉正平衡效率只能整体反映出锅炉的运行效率的高低，是否达到锅炉设计效率，锅炉的具体热损失产生在什么地方并不能通过正平衡效率测试结果反映出来。锅炉反平衡效率的计算能比较清晰的反映出影响锅炉运行效率的原因，通过对反平衡效率测试结果、数据的分析，能对锅炉的热效率提高提出解决措施和建议[5]。

本文采用反平衡效率测试方法对燃气锅炉的热效率进行测试，根据TSGG0003-2010《工业锅炉能效测试与评价规则》，锅炉运行工况热效率简单测试结果按照公式（1）计算：

ηj=100-（q2+q3+q4+q5+q6）（1）

式中：

ηj―热效率

q2―排烟热损失

q3―气体未完全燃烧热损失

q4―固体未完全燃烧热损失

q5―散热损失

q6―燃料物理热损失

燃气锅炉所用燃料为气体，燃料不存在固体未完全燃烧热损失，故q4为0。燃料燃烧后的含灰量很小，q6可忽略不计，因此，降低燃气锅炉热损失的因素就由排烟热损失q2、气体未完全燃烧热损失q3、散热损失q5决定[6]。本文使用ecomJ2KN型烟气分析仪测试烟气成分，将测试数据导入工业锅炉能效测试计算与管理平台得表1。

从表1可知，影响锅炉热效率主要是排烟热损失q2，其次是散热损失q5。未完全燃烧热损失q3锅炉间相差最小；排烟热损失q2相差最大，部分锅炉排烟热损失高达20.61%如10#锅炉；过量空气系数αpy相差也较大，最高达4.03；排烟温度tpy相差同样较大，最高为206.00℃。

2 问题分析及解决措施

2.1 减少排烟热损失的措施

由TSGG0003-2010《工业锅炉能效测试与评价规则》，排烟热损失q2由公式（2）决定：

由公式（2）、（3）可知，排烟热损失由固体未完全燃烧热损失q4、排烟温度tpy、入炉冷空气温度tlk、烟气中O2质量分数wo2共同影响。本文所测试锅炉都是燃气锅炉，故固体未完全燃烧热损失不存在；所测试锅炉都是常温下直接加入空气，故入炉冷空气温度影响可以忽略。由此，影响排烟热损失因素主要有：排烟温度、烟气中O2质量分数。

2.1.1 排烟温度

一般情况下，排烟温度每升高10℃，排烟损失增加0.5%―1%[8]。在锅炉长期运行中，排烟温度过高主要是由烟气温度未能有效利用、锅炉水垢层过厚以及烟道堵塞所导致。

1）对烟气余热回收利用

锅炉的省煤器能对烟气余热充分回收利用，烟气余热对省煤器中的水进行预热。这不仅能降低烟气的排放温度，还能提高加入锅炉水的初始温度。但在检验过程中发现部分使用单位将省煤器闲置不用，导致锅炉的热效率偏低，如表1中8#锅炉。也可在锅炉尾部增加热管式空气预热器，可将送入炉膛的助燃空气先预热。这一设备的使用可降低烟气排放温度60℃左右，同时可将常温入炉空气温度提高50℃左右[9]。

2）降低水垢层

长期运行的燃气锅炉容易在锅筒、炉胆、回燃室、省煤器内部结垢。水垢的传热系数与钢材对比如表2，表2中可知水垢的传热系数仅仅是钢材材料的1/20-1/200。锅炉内水垢的积累会严重影响锅炉的热量传递，热量不能及时有效的传递给水就只能随烟气排出锅炉，导致烟气温度过高，从而增大排烟热损失。

降低锅炉水垢层，可以有效的降低锅炉排烟损失。本地区水硬度较高，在检验过程中发现有部分使用单位对锅炉使用违规操作，直接将未经处理的自来水加入锅炉，使锅炉水垢层严重超标。图1为7#锅炉水垢层，水垢层太厚是其热效率偏低主要原因。为减低锅炉水垢层厚度，锅炉必须具有给水处理装置，保证锅炉给水符合水质指标的要求。对于采用钠离子交换法生产软水的装置，必须按时序进行定时的水质检测，按时序进行树脂塔的切换和再生，并检验再生效果，切勿延长运行周期。其次，因树脂存在破碎、氧化、流失、老化等因素，要定期更换树脂。在锅炉的运行中，除了严格控制给水外，因浓缩作用，必须对锅炉进行合理的排污。通过化验，若发现炉水的碱度太大，就要加大连续排污，反之，应关小；每班至少作一次定期排污，以排除沉淀于锅筒，联箱下部的泥垢。在停炉期间，要对锅炉中的加热元件及垢层进行测厚，并及时清洗已形成的水垢，保证锅炉安全高效地运行[11-12]。

3）避免烟管堵塞

由于我市所用燃料杂质含量相对较高，水硬度较大，导致锅炉在运行时容易积灰、结垢。积灰减小烟气流通截面，降低传热效率，甚至堵塞烟道，发生烟道“短路”现象，造成高温烟气直接排出，提高排烟热损失。

2.1.2 烟气中O2质量分数

影响排烟热损失另一重要因素是烟气中的O2质量分数也就是过量空气系数（公式3），O2排放量过低甚至排放为零，说明可燃物未能完全燃烧，当O2排放量过高则表明空气加入量过大，这将导致锅炉内大量热量被空气带出，故燃气锅炉过量空气系数最佳范围在1.05-1.1[9]。过量空气系数需要根据具体锅炉型号，实际中的运行情况调节送风机电流大小来控制锅炉的过量空气系数，通过实验寻求最佳过量空气系数参数，表1中10#锅炉导致排烟热损失较高原因就是过量空气系数较高。在锅炉长期使用中，喷头上会出现结焦现象。喷头结焦将严重影响喷头对燃气的释放量，从而影响燃气与空气的比例，最终影响锅炉的过量空气系数。

2.2 减少气体未完全燃烧热损失的措施

由TSGG0003-2010《工业锅炉能效测试与评价规则》，气体未完全燃烧损失q3由烟气中CO含量决定，如表3所示：

在测试过程中1#、9#锅炉CO排放量较大，寻找原因发现，两台锅炉都是送风机供气量不足，未能达到合适的空燃比。9#锅炉人为的将燃气送入量调大，导致燃气在锅炉中未能达到充分燃烧，大量燃气随烟气排出。合适的调整送风量和燃料的送入量，才能有效的降低气体未完全燃烧热损失。城市燃气由于冬季和夏季用气量的不同，这也影响着燃气压力。故使用单位应针对燃料性质特点、负荷变化、燃气压力变化等情况，定期、适时调整空燃比。

2.3 减少散热损失的措施

锅炉内的汽水管及烟风道等，受外界大气对流冷却和向外热辐射所散失的热量，约占燃气锅炉热损失的30%[6]，与环境温度、周围空气流通速度、炉体散热面积和保温情况、运行负荷的大小等因素有关，锅炉散热损失由TSGG0003-2010《工业锅炉能效测试与评价规则》可按表4所示。

锅炉的使用过程中，保温层随使用年限的增长，保温效果也会降低。故在锅炉使用过程中注重保温层的更换，这样才能有效的减小散热损失。锅炉的烟箱门未添加保温层，也造成大量的热量外泄，给烟箱门添加保温层也能减小散热损失。

3 结束语

综上所述，燃气锅炉热效率主要与q2、q3以及q5有关，在锅炉使用过程中要时刻注意下述问题，这样锅炉才能实现高效率的运行，达到节能减排目的。

1）严格控制水垢层；

2）控制好空燃比；

3）定时对锅炉清理；

4）加大节能设备的使用。

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