燃气热水锅炉能效测试结果异常问题分析
通过对一台燃气热水锅炉热效率简单其测试结果进行计算和分析，发现该锅炉排烟温度较高，达到了275℃；且排烟处氧含量达到了17．33%，并结合其内检报告和内部结构分析发现该锅炉出现了烟气“短路”现象，从而停炉检查，及时排除了该锅炉的安全隐患。因此，锅炉运行工况热效率简单测试方法不仅可以用来作为节能评估的一项依据，还可以通过其测试结果判断该锅炉的运行状况和可能出现的安全隐患。
关键词：燃气锅炉；热效率；真空锅炉、燃气热水锅炉、真空冷凝热水锅炉 燃气蒸汽发生器
近年来由于低碳环保的呼声愈来愈高涨，人们对自身社会活动所产生的碳排放量也越来越重视。低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，是人类社会继农业文明、工业文明后的又一次重大进步。因此，在各个领域都产生了低碳理念、低碳生活、低碳产品和服务等等。毋庸置疑，在锅炉行业也就产生了低排放、低能耗、低污染的理念。为了规范锅炉节能工作，促进锅炉安全性与经济性的统一，提高锅炉能源利用效率，原国家质检总局制定了TSG G0002—2010《锅炉节能技术监督管理规程》和TSG G0003—2010《工业锅炉能效测试与评价规则》。其中对工业锅炉的能效测试进行了规范，对锅炉的热量利用效率测试方法与评价规则给出了明确要求。而且在TSG G0003中，锅炉运行工况热效率简单测试方法经常被检验检测机构用于快速判定锅炉实际运行能效状况，并根据其主要参数的简单测试与计算来找出热量损失的原因，进一步改进锅炉能源利用。此外，简单能效测试除了能够判断能源是否有效利用之外，还能在不停炉的工作状态下反映出锅炉内部是否存在一定的安全隐患。因此，简单能效测试也可以作为燃气锅炉安全运行的一项评价依据。本文正是发现某公司一台燃气热水锅炉能效测试的数据与计算结果存在异常，结合该锅炉结构，对其锅炉内部运行情况进行分析，从而及时排除锅炉运行中的安全隐患。
1 锅炉能效测试方案及计算结果
1.1 测试依据
相关测量项目按照 TSG G0003—2010、TSG G0002—2010和 GB/T 10180—2003要求的方法进行测量。
1.2 测试方案
在正常生产运行负荷工况下，以反平衡法对锅炉进行简单测试。测点选择在锅炉最后一节受热面1米以内的排烟出口处。测试时间为30min，烟气测量7次，每次间隔5min，对于排烟温度、排烟过量空气系数、排烟处CO含量，按测试数据取算术平均值作为计算数值。排烟温度、尾部烟气各成分及含量TESTO 350型烟气分析仪测量；入炉冷空气温度由TESTO 625型温湿度计测量，上述仪器设备均在校验合格期内。
1.3 测试数据计算与分析
对某公司一台型号为WNS0.7-0.7/95/70-Y(Q) 的燃气热水锅炉进行热效率简单测试。在其运行工况稳定后，现场记录数据如表1所示。
从表中数据可以看出，该锅炉在稳定工况下的排烟温度达到了257.64℃。而TSG G0002-2010中第八条第二项规定，额定热功率小于0.7MW的热水锅炉排烟温度应不高于180℃，否则锅炉的安全性和经济性达不到要求。此外，该锅炉排烟处的氧含量也高达17.33%，这对于正压锅炉来说这一数值也是极其异常的，而且在测试过程中并未发现锅炉本体及烟道有漏风现象。因此，可以判定氧含量过高不是因为锅炉本体外部泄漏引起，而是锅炉内部结构出现了问题。
此外，根据TSG G0003—2010规定的反平衡法计算，锅炉的过量空气系数、各项热损失和锅炉热效率值的计算结果详如表2所示。在TSG G0002—2010中第九条规定，正压燃油（气）锅炉，排烟处的过量空气系数应不高于1.15。而表2数据显示，该锅炉的过量空系数高达5.72，远高于这一数值。锅炉运行过程中进风量过大、排烟温度高都会导致热量不能被充分利用，造成热能的浪费。因此，此锅炉较高的排烟温度和过量的氧含量都会造成较大的排烟热损失（q2），如表2中所示q2达到48.84%，而此锅炉的热效率仅为46.50%。远低于TSG G0002-2010中对燃气工业锅炉热效率的限定值（88%）。
2 锅炉能效测试结果异常原因分析
通过上述测试结果的计算及分析发现该锅炉排烟温度、氧含量等数据都出现异常，计算得出排烟热损失达到了48.84%，锅炉热效率仅为46.50%。可以判段该锅炉能效测试数据出现异常包括以下三个方面的原因：
（1）该锅炉尾部排烟处未安装烟气节能装置，此外在查看该锅炉内部检验报告时，发现该锅炉烟管内侧积灰严重、外侧有水垢堆积。长期运行的燃气锅炉容易在烟管、炉胆、回燃室内部结垢。有研究表明，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。
（2）燃烧器的进风量与天然气消耗量不匹配，进风量过大时造成烟气中的O2含量过大，从而导致过量空气系数αpy过大。这将导致锅炉内大量热量被空气带出，燃气锅炉过量空气系数最佳范围在1.05-1.1。另外，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。
（3）但是该锅炉能效测试过程中的排烟温度与氧含量过于异常。因此，除了以上两方面的原因之外，最主要的原因是该锅炉经过长期使用，内部结构出现了异常。在查看该锅炉的设计图纸文件，发现该锅炉内部结构为带外部转烟室的半湿背式三回程锅炉（如图1所示）。其烟气流程为：高温烟气从②炉膛后部出口进入⑥转烟室筒体，即后烟箱；并在其内部折转后进入⑤烟火管，自炉后向炉前流动进入前烟箱；再次折转后进入尾部烟道排出。在此过程中该锅炉的燃烧器喷出的天然气燃烧生成的燃烧产物在炉胆内放出部分燃烧热后，从炉胆出口的高温烟气直接与后烟箱接触和冲刷，而后烟箱端盖为⑧耐火砖砌筑，在高温烟气下极易损坏，后隔墙一旦出现这种情况，就是通常所说的烟气“短路”。如图1中虚线部分所示，相当一部分的高温烟气未经烟气循环就直接进入锅炉排烟道，导致排烟温度明显升高。而且从燃烧器处进入的冷空气也会直接进入排烟道。因此，通过上述测试中排烟温度和氧含量异常的情况，判断该锅炉出现了烟气“短路”现象。此外，这种“短路”现象还会造成烟气流速加快，使飞灰磨损前后管板（④⑦），从而造成更大的安全隐患。因此，发现排烟温度和氧含量过高时，应该立即停炉检查，整改修复。
1-筒形壳体；2-炉胆；3-前管板；4-后管板；5-烟道；6-转烟室筒体；7-转烟室前管板；8-耐火砖
根据分析结果，用户停炉并打开人孔及前后烟箱进行了检查，发现炉内烟管及炉胆外侧存在厚度为1 mm左右的水垢，经后烟箱检查发现，部分耐火材料已经脱落，同时耐火材料密封面处存在5 mm左右的间隙，这与分析结论相符。
3 结论
通过对一台WNS0.7-0.7/95/70-Y(Q) 燃气热水锅炉的热效率简单测试，发现该锅炉的排烟温度（257.64℃）和氧含量（17.33%）出现异常，并结合其内部检验报告和内部结构分析，发现该锅炉在长期使用过程中，炉内结垢和积灰严重，且燃烧器喷头有可能出现结焦现象，最主要的是该锅炉由于结垢严重，造成烟道堵塞，高温烟气直接与后烟箱接触和冲刷，从而发生烟道“短路”现象，导致锅炉排烟温度和排烟处氧含量异常。而且还会对锅炉产生更大的安全隐患，必须立即停炉整改。
本文通过对一台燃气工业锅炉运行工况热效率简单测试发现，简单能效测试不仅可以快速判定锅炉实际运行能效状况，还能及时发现锅炉运行中存在的安全隐患问题，从而进一步加强锅炉安全运行的管理。
