燃煤工业锅炉现状及节能减排对策研究

来源：SCI期刊网分类：经济论文时间：2021-12-21 09:36 热度：

　　摘要: 总结了我国燃煤工业锅炉概况，并以四川省为重点研究对象，通过资料搜集、实地调研、现场测试等方法，得出四川省在用燃煤工业锅炉概况( 包括数量、容量、炉型等) 、运行管理状况、能效情况( 热效率影响因素分析) 等，最后提出燃煤工业锅炉节能对策建议。

燃煤工业锅炉现状及节能减排对策研究

　　关键词: 燃煤工业锅炉; 能效测试; 节能对策

　　0 引言

　　工业锅炉是重要的热能动力设备，在国民经济发展、人民生活中起着不可或缺的作用，同时工业锅炉在使用过程中对环境造成的污染也日趋严重，尤其是燃煤工业锅炉的低能效和高污染与我国节能减排政策的矛盾日益突出，许多地区已经采取了淘汰燃煤工业锅炉的措施。但是国情所限，不可能在短期将所有燃煤工业锅炉全部淘汰，因此掌握燃煤工业锅炉现状并制定节能减排对策具有重要意义。

　　1 我国燃煤工业锅炉现状概述

　　根据发改环资[2014]2451 号《关于印发燃煤锅炉节能环保综合提升工程实施方案的通知》，截至 2012 年底，我国在用燃煤工业锅炉达 46. 7 万台，总容量达 178 万蒸吨，年消耗原煤约 7 亿吨，占全国煤炭消耗总量的 18% 以上[1]。目前，全国在用工业锅炉以中小容量锅炉为主，平均单台容量不高，容量< 2 t / h 的锅炉占 35% 左右，2 ～ 10 t / h 的占 60% 左右，≥10 t / h 的约占 5% ; 污染物排放浓度高，烟尘排放质量浓度一般在 450 mg /m3 ，SO2排放质量浓业锅炉年排放烟尘、SO2 分别约占全国排放总量的 33% 、27%[2]。

　　1. 1 我国燃煤工业锅炉产品定型测试数据统计分析

　　我国《工业锅炉能效测试数据计算与管理平台》自 2012 年 3 月 1 日投用以来，截至 2015 年底，全国 44 家工业锅炉定型产品测试机构共出具锅炉定型产品测试报告 4 000 余份，涉及锅炉容量折合 3 万多蒸吨。被测产品按不同燃料类型分类，燃煤锅炉、燃油/气锅炉和燃生物质锅炉的台数分别占 67. 75% 、25. 84% 、6. 41% 。无论从台数还是容量来看，燃煤锅炉仍是工业锅炉主流[3]。

　　据统计，2012 ～ 2015 年我国燃煤锅炉定型产品的平均热效率为 79. 36% ，加权平均值为 81. 94% ; 排烟温度平均值为 170. 31 ℃，加权平均值为 154. 13 ℃ ; 过量空气系数平均值为 1. 50[3]。燃用Ⅱ类烟煤层燃锅炉定型产品的测试热效率平均值比《锅炉节能技术监督管理规程》( 以下简称《节能规》) 能效指标的限定值高 2 个百分点; 燃用Ⅲ类烟煤层燃锅炉定型产品能效测试热效率最大值均没有达到目标值的要求[3]。

　　工业锅炉定型产品测试热效率平均值与锅炉设计效率平均值趋势一致，说明目前我国锅炉制造、安装水平能基本满足锅炉设计要求。工业锅炉定型产品测试结果基本能够满足《节能规》的要求。

　　1. 2 我国部分地区在用燃煤工业锅炉能效现状

　　辽宁省朝阳市 2015 年抽查 50 台在用燃煤工业锅炉能效测试结果显示: 1) 排烟温度符合《节能规》的只有 64% ; 2) 排烟处过量空气系数 70% 不符合《节能规》的要求; 3) 抽样锅炉热效率能够达到《节能规》中热效率限定值 90% 的只占 76%[4]。

　　西安市 2014 年抽样调查工业锅炉能效测试结果为: 1) 排烟温度合格率为 63% ; 2) 燃煤层燃工业锅炉排烟处过量空气系数均超过《节能规》规定; 3) 只有 60% 的层燃炉达到《节能规》中热效率限定值 90% 的要求[5]。

　　贵州省从 2012 年至 2014 年 8 月抽样测试 259 台在用燃煤工业锅炉，结果表明: 1) 绝大多数处于低负荷运行，存在“大马拉小车”情况。2) 热损失严重超标: 排烟温度有 79% 的超过《节能规》的要求; 过量空气系数平均为 3. 95，普遍偏大; 固体不完全燃烧热损失和散热损失偏大，最大为 57. 32% 和 9. 67%[6]。

　　广西壮族自治区对近百台 2 ～ 20 t /h 的在用快装工业锅炉能效测试结果为: 1) 锅炉实际运行负荷较低，仅占额定负荷的 61. 8% ; 2) 燃煤锅炉热效率平均 70. 9% ，最大 84. 83% ，最低仅 46. 49% ; 3) 排烟温度平均值 167. 15 ℃，虽达到《节能规》要求，但两极分化严重，最大值 368. 3 ℃，最小值 89. 8 ℃ ; 4) 过量空气系数平均值 3. 48，超过《节能规》限定值[7]。

　　几个地区的在用燃煤工业锅炉反应出的问题具有共性，即:

　　1) 绝大多数处于“大马拉小车”的低负荷运行状态;

　　2) 热效率、排烟温度、排烟处过量空气系数等能效指标整体与《节能规》要求差距较大。

　　2 四川省燃煤工业锅炉现状

　　为了寻求四川省燃煤工业锅炉节能减排途径，四川省质量技术监督局联合四川省特种设备检验研究院组成课题组，在辖区各市质量技术监督局及特种设备检验机构的配合下，对四川省燃煤工业锅炉的使用单位就燃煤工业锅炉使用现状、运行管理状况、在用能效等展开了大量调研和数据采集。

　　2. 1 四川省在用燃煤工业锅炉概况

　　2. 1. 1 燃煤工业锅炉台数

　　四川省截至 2014 年 12 月，四川全省在用锅炉共约 11 011 台，其中工业锅炉 10 750 台，占锅炉总台数的 97. 63% 。工业燃煤锅炉 6 521 台，占工业锅炉总台数的 60. 66% ，燃煤工业锅炉在工业锅炉中占据主导地位。

　　其中容量 > 10 t /h 的工业锅炉只有 505 台，燃煤的 271 台，占 53. 66% 。容量 > 10 t /h 的工业锅炉只占工业锅炉总台数的 4. 7% ，而容量 > 10 t /h 的燃煤工业锅炉在燃煤工业锅炉总数中也只占 4. 16% 。可见，四川省工业锅炉仍以小容量( 容量≤10 t /h) 为主，约占 95% ，应作为节能监管的重点对象。

　　2. 1. 2 燃煤工业锅炉容量分布

　　2015 年四川省燃煤工业锅炉容量区间分布情况如表 1。

　　四川省燃煤工业锅炉单台平均容量低，蒸汽锅炉为 3. 9 t /h，热水锅炉为 1. 5 MW; 小容量锅炉在数量上占有绝对的比例，其中 D≤8 t /h 蒸汽锅炉占总台数的 90. 83% ，而 Q≤5. 6 MW 热水锅炉占总数量的 94. 38% 。

　　2. 1. 3 燃煤工业锅炉炉型分布

　　如图 1，全省燃煤工业锅炉以层燃炉为主，占 96. 34%，其中链条炉排层燃炉所占比例最大( 62. 91%) ，其次为固定炉排层燃炉( 33. 38%) ，往复炉排极少。在统计数据中，有一半的锅炉设置了省煤器。

　　层燃炉的炉内燃烧过程中，着火条件比较差; 燃料性质对链条炉的工作有很大的影响。层燃锅炉在运行和管理方面一般也存在较多问题，例如炉排普遍存在漏煤量大、侧密封不严、风室间串风严重、炉膛灰坑漏风严重等问题。锅炉很少设置吹灰装置，尾部受热面积灰严重，再加上难以组织正确的燃烧调整，造成此类锅炉一般运行效率较低，节能空间较大。

　　2. 2 四川省燃煤工业锅炉运行管理状况

　　为了进一步了解四川省燃煤工业锅炉运行管理现状，选取四川省工业较发达的七个城市进行抽样调查，并制定了详细的调研方案，采取百分制评分的形式，评价项目分为: 基础管理( 20 分) 、设备状况 ( 40 分) 、人员( 10 分) 、安全经济运行及节能工作开展情况( 30 分) ，涵盖 98 个小项，每项制定了明确的打分规则。每个容量区间( 区间划分同上) 抽样 30 台，容量区间不足 30 台的全部检查，收回调查表共 812 份。得分结果见图 2。

　　由图 2 可见，四川省燃煤工业锅炉整体运行管理水平不容乐观，及格率( 60 分及格) 整体只有约 45% 。

　　随着锅炉单台容量增大，高分段比例增加，即锅炉运行管理状况随着单台容量增大而变好，尤其是蒸发量 > 20 t /h 的锅炉，80 分以上约占 64. 5% 。分析原因有三: 首先，在单台大容量燃煤工业锅炉上配套设施和管理上的投入大于小容量锅炉; 其次，单台大容量燃煤工业锅炉的运行管理水平高于小容量锅炉; 第三，大容量锅炉设置专业锅炉管理人员的比重要大，水平相对小容量锅炉的管理人员整体要高。

　　对扣分项目统计分析得到:

　　1) 所有的项目都不同程度地存在问题。占据比例最高的问题是“锅炉产品、辅机随机出厂资料 ( 含能效测试报告) ”，约 88. 79% ，这是长期以来 “重主机，轻辅机”造成的结果，且辅机配套良莠不齐，尤其许多老旧小锅炉并未严格按照图纸要求配置辅机。由于国家 2010 年后开始对锅炉设计文件提出节能审查的要求，在这之前的锅炉设计没有经过节能设计审查，也是造成辅机配套不够重视的原因。

　　2) 在所有问题中，重点项目“设备能效状况检查记录”、“排烟处过量空气系数”、“锅炉及其附属设备经济运行操作规程”、“排烟处氧量表”、“给水流量计( 指示、积算、记录) ”、“排烟温度( 运行操作) ”、“燃料量监测”、“锅炉热效率”等出现问题的比例都在 38% 以上。其中“排烟处氧量表”、“给水流量计( 指示、积算、记录) ”、“排烟温度( 仪表) ”、 “燃料量监测”四项属于《节能规》附件 B“锅炉仪表配置要求”中项目，必须配置。其他四项也属于节能管理项目，但都存在比较大的问题。主要问题是: 排烟处过量空气系数、排烟温度、燃料量、锅炉热效率等能效指标无监测仪表和记录，或者损坏无法计量，这就在锅炉运行中无法有效判断其能效状况。

　　3) 在各项管理制度、操作规程和记录上存在的问题较多。主要有: ( 1) 缺少以下管理制度或记录: 节能措施 ( 61. 33% ) 、设备能效状况检查记录 ( 60. 22% ) 、锅炉燃料入场检验分析与管理制度 ( 60. 59% ) 、锅炉及其附属设备经济运行操作规程 ( 59. 85% ) ; ( 2) 人员培训考核记录缺少或不完善 ( 37. 07% ) ; 水处理人员对安全经济运行知识和操作规程不熟悉( 29. 43% ) ; 司炉工存在对安全经济运行知识和操作规程不熟悉的情况( 28. 69% ) ; 人员对国家法律、法规、技术规范不熟悉( 24. 63% ) ; 设备维修、维护和日常保养记录缺少或不完善( 21. 55% ) ; 无改造与重大维修后的能效测试或评价报告( 21. 43% ) 。

　　4) 单独对 D > 20 t /h 锅炉进行分析得出: 运行管理状况大大优于小容量锅炉; 在锅炉本体、辅机、水处理管理、人员素质、制度建立等方面比较完善; 大容量锅炉的问题仍然主要在节能监测、节能提升方面; 大容量锅炉在“改造与重大维修后的能效测试或评价报告”上出现问题的比例为 40. 79% ; 大容量锅炉改造与重大维修的比重高于小容量锅炉。

　　综上所述，四川省燃煤工业锅炉的运行管理现状为: 重安全、轻节能; 重主机、轻辅机; 重操作、轻管理; 普遍没有开展燃煤工业锅炉改造与重大维修后的能效测试或评价工作。

　　2. 3 四川省燃煤工业锅炉能效调查及分析

　　抽查全省的在用燃煤工业锅炉能效测试报告共 218 份，数据汇总如表 2。

　　四川省在锅炉设计文件鉴定环节严格执行国家《节能规》要求，对设计效率把关，但由于国家对锅炉设计文件节能审查的要求开始于 2010 年，所以在这之前的很多小型燃煤工业锅炉的设计热效率未达到《节能规》的热效率限定值的要求。

　　在用锅炉能效测试的平均热效率在 53. 87 ～ 81. 61% ，加权平均测试效率为 71. 56% ，只有 D > 20 t /h 的燃煤工业锅炉测试热效率达到了《节能规》的热效率限定值的要求。在用锅炉的热效率均未达到锅炉的设计效率。不同容量区间的测试锅炉与设计煤种的符合率为 25% ～ 93. 33% ，使用煤种符合性随锅炉容量增大而变好。

　　省煤器的使用率为 50% ～ 100% ，据调查，在设计文件鉴定时，若无特殊工艺对锅炉有较高排烟温度的要求，每台燃煤工业锅炉在出厂时均设计和配备了省煤器，而在在用锅炉测试现场，仍然有相当多的锅炉未安装使用省煤器，这也不利于锅炉节能。

　　统计在用锅炉热损失情况，结果如表 3。

　　各项损失中，平均排烟热损失 q2 最高，为 14. 09% ，其次为固体不完全燃烧热损失 q410. 96% ，散热损失 q53. 36% ，灰渣物理热损失 q60. 89% ，气体不完全燃烧热损失 q30. 24% 。

　　q2 偏大的主要原因是排烟温度过高和过量空气系数偏大。造成排烟温度过高和过量空气系数偏大的因素很多，分析如下: 1) 不安装设计配套的省煤器和空气预热器，造成受热面不够; 2) 对水处理的重视程度不够，同时忽视各受热面内烟灰、水垢的清理，造成各受热面传热效果差，排烟温度过高; 3) 锅炉炉膛及受热面隔烟墙封闭不严，烟气短路，锅炉运行中各处烟风道等不严密部位有空气漏入炉膛和烟道中，造成排烟温度升高，过量空气系数加大; 4) 未采用变频调节引风机和鼓风机，在现场也没有读取过量空气系数( 即氧气含量) 的设备，无法有效调节过量空气系数。

　　平均固体未完全燃烧损失为 10. 96% ，在热损失中比例较大，原因分析如下:

　　1) 煤质与锅炉适应性不好，造成燃料不能完全燃烧; 2) 燃烧调整不正确，主要包括煤层厚度、进煤速度、风煤配比的调节不合理; 3) 燃煤入炉前，煤的粒度不处理，水分不调整; 4) 混煤比例不经试验确定，随意混合; 5) 司炉人员素质不高，无法保证锅炉的经济运行; 6) 监测仪表配备不足，无法观察锅炉的给水量、排渣量、排渣温度等。

　　平均散热损失过高是由于炉体保温不当造成炉体表面温度过高，抽查中有 4 台锅炉根本未进行保温，约 140 台锅炉墙体年久失修已经损坏，保温层没有及时维修更换。

　　3 燃煤工业锅炉节能对策建议

　　通过调研可知，我国和四川省的在用燃煤工业锅炉节能工作均有很大提升空间，然而这是一个系统工程，需要各部门协同形成合力才能完成。在此抛砖引玉提几点粗浅的建议:

　　1) 国家加强对燃煤工业锅炉节能新技术新产品的研发投入，帮助小企业提高技术水平。

　　2) 增强锅炉管理人员和操作人员节能理论学习和节能操作的培训。

　　3) 政府出台赎买政策，对测试不达标的小锅炉和淘汰型锅炉进行补贴，更换能效达标的锅炉。

　　4) 利用节能锅炉遴选，与节能补贴的财政政策相结合，建立良好的利益导向和政策导向。

　　5) 政府推广成熟的节能技术并给予补贴，例如洁净生物质燃烧技术。

　　6) 加大对锅炉产品的抽查，避免一些小厂弄虚作假，将节能状况作为制造许可的重要指标，结合安全的刚性要求提高节能水平。

　　7) 按照《中华人民共和国大气污染防治法》的要求，利用防污染的刚性要求制定相应政策。

　　8) 发改、环保、经信、质监等部门形成合力，将燃煤锅炉节能工作与环保等工作结合在一起，共同制定对策。

　　9) 将节能状况的检查明确纳入特种设备现场监督检查工作的内容。

　　4 结语

　　1) 我国工业锅炉定型产品测试热效率平均值与锅炉设计效率平均值趋势一致，说明目前我国锅炉制造、安装水平能基本满足锅炉设计要求。工业锅炉定性产品能效测试结果基本能够满足《节能规》的要求。

　　2) 对我国部分地区的在用燃煤工业锅炉调研显示，绝大多数锅炉处于“大马拉小车”的低负荷运行状态; 热效率、排烟温度、排烟处过量空气系数等能效指标整体与《节能规》要求差距较大。

　　3) 四川省在用燃煤工业锅炉现状为: ( 1) 燃煤工业锅炉占工业锅炉主导位置; ( 2) 锅炉单台容量小，蒸汽锅炉为 3. 9 t /h，热水锅炉为 1. 5 MW; 小容量锅炉在数量上占有绝对的比例，其中 D≤8 t /h 蒸汽锅炉占 90. 83% ，Q≤5. 6 MW 热水锅炉占 94. 38% ; ( 3) 炉型以层燃炉为主，占 96. 34% ，其中链条炉排层燃炉所占比例最大( 62. 91% ) ，其次为固定炉排层燃炉( 33. 38% ) 。在统计锅炉中一半安装省煤器。

　　( 4) 在用燃煤工业锅炉整体运行管理水平不容乐观，体现为“重安全、轻节能; 重主机、轻辅机; 重实作、轻管理”。运行管理状况随着单台容量增大而变好。

　　( 5 ) 在用锅炉能效测试的平均热效率在 53. 87% ～ 81. 61% ，加权平均测试效率为 71. 56% ，只有 D > 20 t /h 的燃煤工业锅炉测试热效率达到了《节能规》的热效率限定值的要求。在用锅炉的热效率均未达到锅炉的设计效率。

　　( 6) 排烟温度、排烟处过量空气系数、炉表温度等指标超标严重; 燃料适应性差，辅机及监测仪表配备不齐。

　　4) 我国在用燃煤工业锅炉节能工作还有较大提升空间，需要各部门协同形成合力共同完成。——论文作者：陈娟，殷鹰，毛丹，刘亚玲

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