北京市供热锅炉能效现状分析

论 坛·FORUM
28
北京市供热锅炉能效现状分析
文_董美智 刘大为 柳乃明 北京节能环保中心
摘要：本文以北京市107台在用锅炉的运行工况能效数据为基础，对北京市在用锅炉能效水平进行分析。

研究结果表明：107台锅炉中有将近40%左右的锅炉存在排烟温度较高、运行不合理等情况存在，从侧面可以研判供热锅炉仍存在较大的节能改造空间。

关键词：锅炉 能效 冷凝
Analysis of Energy Efficiency of Heating Boiler in Beijing
Dong Mei-zhi Liu Da-wei Liu Nai-ming
[ Abstract ] Based on the energy efficiency data of the operating conditions of 107 boilers in-service in Beijing, this paper analyzes the energy efficiency of the boilers in Beijing. The results showed that nearly 40% of the 107 boilers had high exhaust gas temperature and unreasonable operation, etc. It can be judged from the side that there is still a large space for energy-saving reconstruction of heating boilers.
[ Key words ] boiler；energy efficiency；condensation
供热行业是我国能源消费体系中的消耗大户，我国每单位面积的供热能耗是发达国家的2～3倍，供热行业有着巨大的节能潜力。

在目前所有的冬季供热方式中，集中供热是覆盖面积最大、应用最广的一种方式，集中供热是我国北方区域冬季采暖的主要方式。

我国城镇化的高速推进使得北方城镇建筑面积不断增长，北方城镇集中供热面积亦随之快速增长。

2017～2018年供暖季，北京市城市总供热面积已经达到84265万m2，热力消费量5237.1万GJ。

因此做好供热行业的节能降耗工作，对于北京市整体能耗下降具有重要意义。

北京节能环保中心对北京市在用107台(包括热水锅炉100台、蒸汽锅炉7台)燃气锅炉进行运行工况能效测试，考察目前北京市在用锅炉的能效水平，并为供热锅炉节能运行提出改进建议。

1 燃气锅炉能效测试原理
《工业锅炉热工性能试验规程》中规定额定压力小于3.8MPa的介质为水或液相有机热载体的固体燃料锅炉、液体燃料锅炉、气体燃料锅炉以及电加热锅炉的热工性能试验均能够采用此标准。

本文涉及的锅炉均为燃气热水、蒸汽锅炉，满足该标准测试要求。

锅炉热效率测试一般需同时采用正平衡测量法和反平衡测量法,热效率值为正平衡测量法与反平衡测量法测得结果平均值。

正平衡测量法为直接测量输入热量和输出热量来确定锅炉热效率的方法；反平衡测量法为通过测量各种燃烧产物热损失（燃气锅炉主要为排烟热损失、气体不完全燃烧热损失、散热损失三方面热损失）来确定锅炉热效率的方法，见图
1。

图1 锅炉效率平衡图
对于发生烟气冷凝且热量回收利用的锅炉实验时，锅炉本体部分采用正反平衡测试法，冷凝段部分仅采用正平衡测试法，锅炉效率为本体部分热效率与冷凝段部分热效率之和。

2 测试结果汇总及分析
2.1 燃气热水锅炉
本文以100台热水锅炉为样本，对其进行运行工况能效测试，测试结果如表1所示。

2.1.1 锅炉排烟温度分析
锅炉排烟温度平均值为81.3℃，低于排烟温度平均值的锅炉为63台，高于排烟温度平均值的锅炉为37台，其中,21台锅炉的排烟温度高于100℃。

排烟温度过高会导致锅炉排烟热损失增大，降低锅炉效率，造成能源浪费。

2.1.2 锅炉排烟处过量空气系数分析
锅炉过量空气系数平均值为1.27，过量空气系数位于1.1～1.3之间的锅炉台数为63台。

过高或者过低的过量空气系数不利于燃料燃烧，造成燃料浪费，应及时调整锅炉燃烧状态。

2.1.3 锅炉效率分析
锅炉效率整体平均值可达95.31%，最高值可达99.42%；高
29
序号额定出力
（MW）
实际出力
（MW）
测试效率
（%）
排烟温度
（℃）
排烟处过量
空气系数
序号
额定出力
（MW）
实际出力
（MW）
测试效率
（%）
排烟温度
（℃）
排烟处过量
空气系数
10.320.2297.5567.6 1.3251 2.80.9594.3792.5 1.37 20.320.1997.1862.4 1.4352 2.8 1.1493.76112.6 1.2 30.350.395.465 1.5153 2.8 1.4891.46167.5 1.23 40.350.3296.7651.2 1.3954 2.8 1.4791.38148.1 1.42 50.350.3396.8661.4 1.2155 2.9 2.5396.6163.8 1.23 60.350.1995.9757.4 1.2856 2.9 2.0997.2854.9 1.12 70.70.794.2180.1 1.3357 2.9 1.5795.8472.1 1.27 80.70.5594.7295.2 1.1858 2.9 2.8495.9370.2 1.35 90.70.4295.0382.4 1.2259 2.9 1.4297.2754.5 1.18 100.70.4293.7785.2 1.3860 4.2 1.8894.1875.7 1.72 110.70.6191.88154.9 1.1861 4.2 2.6896.9959.9 1.21 120.70.3496.1955.3 1.3562 4.2 2.4396.4961.4 1.2 130.70.497.2751.7 1.4663 4.2 1.8591.7784.21 140.70.795.6751.6 1.3764 4.2 3.4296.2459.2 1.2 150.740.5792.22137.4 1.2665 4.2 2.4296.7852.8 1.19 1610.5588.77179.4 1.3666 4.2 2.3495.6372.7 1.18
17 1.10.3493.8982 1.3367 4.2 2.6396.1687.8 1.15
18 1.10.6597.5254.8 1.4168 5.2 2.7894.28108.3 1.25
19 1.10.6297.5151.8 1.5169 5.6 3.8993.44127.2 1.27
20 1.20.792.91152.9 1.0770 5.6 1.3495.7855 1.25
21 1.30.497.153.4 1.3971 5.6 3.1895.9468.2 1.31
22 1.3 1.498.2549.5 1.272 5.6 4.5799.1857.8 1.13
23 1.4 1.1496.2963.2 1.4673 5.6 4.0199.4256.3 1.11
24 1.4 1.3397.549.4 1.38747 2.5392.74140.7 1.15
25 1.4 1.2996.1260.3 1.527510.5 5.9792.51125.7 1.37
26 1.40.9790.24187 1.27611 5.2591.29164 1.32
27 1.40.5495.6845.9 1.46771412.6692.5150.3 1.16
28 1.40.9292.61110.7 1.52781410.9596.9870.5 1.11
29 1.40.693.8686.3 1.13791412.0896.0774.7 1.16
30 1.40.6293.7590.3 1.4801412.0696.5469.4 1.15
31 1.40.9895.8167 1.3281149.9995.6377.9 1.19
32 1.4 1.2596.9655.6 1.23821411.0996.7958.5 1.12
33 1.4 1.296.2260.7 1.1783149.8896.4369.9 1.13
34 1.40.9596.455.9 1.23841411.0894.47106.3 1.21
35 1.40.7193.78111.5 1.25851412.2496.2783.9 1.15
36 1.40.7494.684.6 1.44861413.5197.1550.2 1.48
37 1.40.3391.297.8 1.54871413.0795.9763.5 1.16
38 1.40.6293.83122.9 1.17882920.1197.2355.3 1.16
39 1.4 1.2895.5788.6 1.25892917.8197.4756.2 1.12
40 1.4 1.0795.8378.8 1.16902919.897.7264.6 1.17
41 1.40.7890.23126.4 1.2912923.3197.2348.8 1.39
42 2.1 1.7396.2966.9 1.4922920.2696.4853.2 1.16
43 2.8 2.5395.7771.6 1.44932921.8996.3254.7 1.24
44 2.8 1.4292.15162.6 1.2945856.7697.0449 1.2
45 2.8 2.3589.32108.6 1.51955851.597.4949 1.14
46 2.8 1.9496.9155.6 1.27965852.4397.1854.5 1.19
47 2.8 1.7593.4194.3 1.34975850.7496.9449 1.23
48 2.8 2.4495.9467.9 1.489811654.2195.878.5 1.11
49 2.8 2.3796.0457 1.239911693.3195.4892.2 1.21
50 2.8 1.8596.1657 1.1310011683.4995.7591.1 1.18
论 坛·FORUM
30
于效率平均值的锅炉为66台，低于效率平均值的锅炉为34台，其中2台锅炉的效率低于90%。

过低的锅炉效率，不仅影响锅炉的良好运行，同时也对能源造成浪费。

2.1.4 节能潜力分析
若对低于效率平均值的34台锅炉进行节能改造，使得其能效值达到平均水平，按照目前锅炉出力，初步估算一个供暖季34台锅炉节约燃气量如表2所示。

序号实际出力
（MW）
测试效率
（%）
节约燃气量
（m3）
序
号
实际出力
（MW）
测试效率
（%）
节约燃气量
（m3）
10.5588.7711669.8918 1.7593.4110251.58
2 2.3589.3245387.7319 3.8993.4422420.79 30.7890.2312647.36200.6293.752971.24 40.9790.2415695.4321 1.1493.765427.65 50.3391.24283.05220.4293.771986.55
6 5.2591.2966581.66230.7193.783336.05
7 1.4791.3818207.54240.6293.832816.46
8 1.4891.4617942.53250.693.862669.51
9 1.8591.7720552.60260.3493.891480.95 100.6191.886558.3627 1.8894.186496.36
11 1.4292.1514024.02280.794.212353.89 120.5792.225500.4829 2.7894.288746.92 1312.6692.5110762.00300.9594.372725.27
14 5.9792.5152039.873111.0894.4728373.81 150.9292.617724.78320.7494.61599.53
16 2.5392.7420191.99330.5594.72986.66 170.792.915207.62340.4295.03356.40
合计//////539976.50折算成标准煤为:
539976.50m3×1.2143kg/m3÷1000=656t
(注：公式中按照热水锅炉耗气量100m3/h/MW，每天运行时间按照24h，一个供暖季按照120d计算，34台锅炉的初始效率按照测试效率计算，改造后效率按照效率平均值95.31%计算，1m3天然气为1.2143kgce。

)
从上面计算可以看出，一个供暖季可节约天然气54.00万m3，折算成标准煤为656tce。

2.2 燃气蒸汽锅炉
本文另对7台蒸汽锅炉进行能效测试，测试结果如表3所示。

序号出口
介质
额定出力
（t/h）
实际出力
（t/h）
测试效率
（%）
排烟温度
（℃）
排烟处过量
空气系数
1蒸汽10.87587.95191.6 1.63 2蒸汽108.288.54215.4 1.45 3蒸汽109.0386.81218.6 1.68 4蒸汽3531.894.42125.1 1.21 5蒸汽453995.9871.3 1.21 6蒸汽7574.295.386.5 1.15 7蒸汽757296.2599.5 1.1
通过表3测试结果可以看出，1～3号锅炉的排烟温度在200℃左右，而且排烟处的过量空气系数均较大，这两个因素导致这3台锅炉的排烟热损失较大，锅炉效率相对较低。

4～7号锅炉处在一个良好的运行状态，保证锅炉效率在95%左右。

如果在1～3号锅炉末端增加余热回收装置，降低锅炉排烟温度，并调整锅炉的配风比，降低过量空气系数，使得3台锅炉的效率能够达到95%，按照目前锅炉出力，初步估算一个供暖季3台锅炉节约燃气量为：
（0.875+8.2+9.03）×24×120×80×(
%
%
88
95-1)=331815m3³ 折算成标准煤为:
331815m3×1.2143kg/m3÷1000=403t
(注：公式中按照1t蒸汽的燃料消耗量为80m3天然气，每天运行时间按照24h，一个供暖季按照120d计算，3台锅炉的初始效率按照88%计算，改造后效率按照95%计算，1m3天然气为1.2143kgce。

)
从上面计算可以看出，一个供暖季可节约33.18万m3天然气，折算成标准煤为403tce。

3 结语
通过以这107台锅炉能效测试结果为样本进行分析，结果表明：107台锅炉中仍有将近40%左右的锅炉存在排烟温度较高，运行不合理的情况存在。

因此，建议各供暖单位在条件允许情况下，每1～2年对现有供热锅炉评估，对出力较大的锅炉进行能效测试或自测锅炉的运行参数（排烟温度、排烟处过量空气系数），以便及时了解锅炉运行状态；并对排烟温度过高的锅炉进行余热利用改造，达到提高能效、节约能源、减少能源费用的目的。

另外通过现场测试发现目前冷凝锅炉测试标准仍需完善。

随着技术的进步，冷凝锅炉应用越来越广泛，而关于冷凝锅炉的能效测试标准无法完全满足现有要求。

《工业锅炉热工性能试验规程》GB/T10180-2017中虽然对发生烟气冷凝且热量回收利用的锅炉效率进行阐述，但现场测试发现，存在一部分锅炉本体部分和冷凝部分无法分开，无法采用上述标准中方法进行测试。

因此需编制适用于冷凝锅炉能效测试的标准体系，标准中可以考虑采用正平衡测试方法对冷凝锅炉进行能效测试。

参考文献
[1] GB/T10180-2017，《工业锅炉热工性能试验规程》[S].。