中国工业锅炉的调研和展望

45中国工业锅炉的调研和展望黄学成张浩机械工业部第二设计研究院,中国联合工程公司摘要:﹑本文通过中国工业锅炉行业和在用锅炉的调研，对燃煤锅炉生产和使用的现状及问题市场需求和产品发展走势进行分析探讨。认为要根本上解决中国燃煤工业锅炉的节能和污染问题，单靠﹑﹑锅炉本身性能的改善与提高是不够的，也是不可能的。必须从燃煤供应锅炉岛整机操作运行管﹑理以及热能输供方式等系统工程上加以综合整治。关键词：﹑﹑﹑﹑﹑﹑工业锅炉使用节能污染供煤运行整治0前言工业锅炉是中国重要的热能动力设备，中国是当今世界燃煤工业锅炉生产和使用得最多的国家：--近十年每年生产工业锅炉3-4万台8-10万蒸吨。--全国工业锅炉装机总量2001年为53万台120万蒸吨。--1992-2001年的十年间，平均每年新增工业锅炉7258台、21690蒸吨。工业锅炉是我国耗能大户，每年燃用全国原煤产量的三分之一，目前锅炉运行效率不高，能源浪费相当严重，每年白白多用燃煤约6000万吨。工业锅炉又排放大量烟尘，以及SO2和NOx等污染物，成为我国大气主要煤烟型污染源之一；尤其燃煤排放的CO2气体，直接影响全球温室效应，业已引起国际关注。这些问题长期没有得到妥善解决，工业锅炉前景正面临挑战。1中国工业锅炉行业中国锅炉制造业是在新中国成立后建立和发展起来的。尤其改革开放以来，随着国民经济的蓬勃发展，到目前全国现有上千家持有各级锅炉制造许可证的企业，可以生产各种不同等级的锅炉。1.1工业锅炉的历年产量所有A—D各级锅炉许可证的企业都可生产许可范围内的工业锅炉，但以A、B两级锅炉企业生产为主。2001年工业锅炉产量为20300台计85400蒸吨。近廿年来，工业锅炉的产量发展如下：46每年产量五年产量年份台数蒸吨蒸吨/台台数蒸吨蒸吨/年蒸吨/台1981-85158874341266682532.151986-90160590402523805042.511991-95122950433282866563.52199620890850004.07199722350816003.65199820661752003.64199922400705003.19200021400829123.60107701395212790423.67200120300854004.20854004.20由上表可见，从六五计划到八五计划期间，工业锅炉产量持续稳步地增长。但九五期间生产有所回落，其间年产量还出现起伏。1.2工业锅炉的行业特征1.2.1行业规模的畸形发展A、B级锅炉企业（1998年统计）企业数职工总数固定资产工业锅炉产量企业平均产量级别家万人亿元台数蒸吨t/h/台t/h/年A93.78878.94225264411.75378AB182.68610.452449169306.97940C403.90412.836440268134.16670BD1496.29217.0811547288132.49193合计21617.307119.320661752003.64348C、D级锅炉企业企业数职工总数固定资产工业锅炉产量企业平均产量年份家万人亿元台数蒸吨t/h/台t/h/年19984905.43.625862165720.640.372001年，237家A、B两级企业的工业锅炉产量为85400蒸吨。732家C、D两级企业缺乏2001年数据。据相关统计：1999和2000年安检锅炉产品分别为50221台和67649台，由此推测C、D两级企业生产的锅炉约为2-3万台左右。十五年来，全国工业锅炉年产量一直在7-10万蒸吨间徘徊。1987年全国工业锅炉产量就达85483蒸吨，而2001年还是85400蒸吨。然而工业锅炉行业规模却由当初的551家企业增加到目前的969家，将近扩大一倍，并且所增加的企业绝大多数是规模很小的C﹑D两级企业。这些企业在工业锅炉行业中居然占到企业总数的四分之三以上，不能不说是一种畸47形发展。1.2.2企业的分散重覆生产中国工业锅炉现有制造企业上千家，厂点太多，生产分散，不能形成规模生产，每个企业产量不多。2001年产量超过1000蒸吨的，只有A级企业中的18家；达到2000蒸吨的企业仅7家，最高一家的年产量为5550蒸吨。18家企业2001年共计生产锅炉37613蒸吨，却占全国总产量的44%。而那些生产压力P≤0.8MPa且D≤1t/h的蒸汽锅炉和热水锅炉的C、D两级企业的平均锅炉年产量不过50蒸吨左右，厂点总数则多达732家。原E级企业所生产P≤0.4MPa锅炉在总产量中按容量不足4%。可见工业锅炉生产何等分散，单台小量生产，生产设备简陋，制造粗糙，水平和质量难予保证，不加整治也将难免淘汰。1.3工业锅炉产品走势经过五十年来的发展，中国工业锅炉行业已形成比较完整的产品体系，锅炉企业近千家，但具有自行设计和制造能力的仅百家左右，其余大多缺乏基本的技术开发能力，特别C、D两级的众多企业，技术上东拼西凑，工业锅炉产品水平有待提高。这些年来，随着国民经济的蓬勃发展和人民生活的不断改善，工业锅炉的需求增加。同时受到国家能源结构调整和环境保护严格要求的政策制约，工业锅炉产品开始出现新的变化，近十年基本走势如下：1.3.1工业锅炉容量≤4t/h小容量锅炉所占比例几乎减少一半，由1991年的60%降至30%；而≥10t/h中大容量锅炉所占比例则由25%增至54%。年份≤1t/h2-4t/h6t/h10t/h20t/h≥35t/h合计19918.551.71511.85.08.1100.019965.2343.9217.0617.929.626.25100.019997.8528.9615.5318.1118.7610.48100.020005.0830.7913.020.6114.6215.88100.020015.2424.6515.8020.557.8725.88100.01.3.2工业锅炉按工质热水锅炉产量的比例有所增长，其台数和容量所占比例均由1991年的30%增至37%左右。1.3.3工业锅炉按炉型水火管锅炉在容量上所占比例大为降低，由1991年的45%降至21%；而内燃式锅炉所占比例则由不足4%增至10%以上。1.3.4工业锅炉按燃烧流化床燃烧在总容量中所占比例由1991年的3%增至10%以上；链条炉排略有增加；而往复炉排所占比例则减低很多，由17%降至5%左右。1.3.5工业锅炉按燃料48燃煤锅炉按容量所占比例开始降低，由1991年的90%降至81%；而油气锅炉所占比例则由不足6%增高至15%以上；电热锅炉开始出现，但所占不到1%。2工业锅炉的使用运行2.1在用锅炉持续增长全国在用锅炉2001年装机总量为53万台122万MW。其中：1）发电锅炉为6100台，占总台数的1.15%。共计38万MW（约54万蒸吨）占总容量的31.3%。2）工业锅炉为53万台，计84万MW(约120万蒸吨)，工业锅炉装机总容量是发电锅炉装机总量的2.2倍。锅炉装机总量近十年来的增长如下：年份1991199920002001万台万MW万台万MW万台万MW万台万MW1锅炉装机总量50.38114.950.04124.852.63125.753.67122.32其中：蒸汽锅炉33.4188.5933.3397.0634.9196.3934.6893.403热水锅炉16.9727.4416.3027.3016.6728.4416.8627.114有机热载体锅炉0.390.510.610.780.951.245其它锅炉0.451.170.56按用途分：6生活用锅炉26.5235.9625.937.8627.1139.427.3535.657生产用锅炉16.5447.923.6148.8624.9949.025.7048.318发电用锅炉0.4630.180.5338.150.5337.270.6138.362.2工业锅炉总量过大2001年全国在用工业锅炉装机总量为120万蒸吨。工业锅炉装机枸成如下：组成万台%万蒸吨%蒸吨/台3总计53.67100120.01002.24A按种类分：1蒸汽锅炉34.0163.3775.7765.552.282热水锅炉16.8631.4138.7332.292.33有机热载体锅炉0.951.771.771.474其它锅炉1.172.180.80.66B按用途分：1生活用锅炉27.3550.9550.9242.441.862生产用锅炉26.3249.0569.0857.562.62十年来，工业锅炉的装机总量由46万台98万蒸吨，增长到53万台120万蒸吨。其前49五年由46万台98万蒸吨，增长到51万台127万蒸吨，净增了5万台计29万蒸吨；而1997-2001年这后五年工业锅炉装机总量出现了台数增加而容量降低的变异局面。2.3锅炉运行热效率低我国燃煤工业锅炉的设计效率不低，一般为72-80%。但实际运行热效率大多在60-65%左右，通常比锅炉产品的鉴定热效率低10个百分点以上。甚至还在热效率50%下运行，而先进国家的燃煤工业锅炉运行热效率平均为80-85%。其主要致因在于：普遍存在锅炉运行负荷低，炉渣含炭量高，过量空气系数大，排烟温度高。据100多台不同容量锅炉运行实测如下：锅炉容量(t/h)项目内容单位≤1124610实测台数台3115575511锅炉实际出力平均t/h0.390.731.212.375.065.812灰渣含炭量平均%20.527.618.923.425.418.23过剩空气系数平均α2.972.733.283.483.363.374排烟温度平均℃2111391341451331285锅炉运行热效率平均%63.567.26869.772.274.52.4热效率的改进途径中国燃煤工业锅炉热效率低，主要是由于机械不完全燃烧热损失及排烟热损失过大所致。实际原因在于：（1）所燃用的煤不能符合锅炉的燃烧要求；（2）燃烧设备的机械质量不佳；（3）锅炉烟气侧的密封不当；（4）缺乏基本的自动控制；（5）运行人员培训和监督差。这此因素相互作用下导致过高的机械不完全燃烧热损失和排烟热损失。2.4.1机械不完全燃烧热损失中国燃煤工业锅炉的机械不完全燃烧热损失设计推荐值为8-12%，目前实际运行时高达10-27%；而英国类似炉排锅炉设计时为3-5%，燃烧时为3-6%，甚至可控制到≤2.5%。仅此一项损失就使中国锅炉运行热效率降低5-10个百分点。差别是由于燃用灰分高﹑细末多﹑煤质多变的原煤所致。如果燃用经过洗选﹑筛分和低膨胀特性的煤。当过多的细煤末从给煤中被去除的情况下，未燃炭损失几乎可以减半。同时司炉工若能较好进行燃烧控制，也会使布风均匀﹑炉排漏落的细煤末更少。2.4.2排烟热损失可通过降低排烟温度和减少烟气量来降低排烟热损失.排烟温度受锅炉热负荷和烧料含硫量的影响，中国大多数锅炉排烟温度低于200℃,其效率的改善已无多作用。热损失增大50的主要原因是过量空气系数偏大，烟气量调整至良好燃烧所需的最低值时，锅炉热效率最高。在英国，一般100%负荷时最佳过量空气系数α=1.3，50%负荷时增为α=1.6，25%负荷时可到α=2。但中国过量空气系数α比英国高得多,产品设计典型的α=1.8-2.0。运行调查表明，在100%负荷时过量空气系数α=2-2.5，60%负荷时α=3-4，在≤40%负荷时有时高达α=5-6；过量空气系数α这样高，致使大量多于燃烧所需的空气，通过锅炉并吸收热量后排入大气而白白浪费掉。这就是为什么中国锅炉热效率一般为65%的缘故。由此相比，中国锅炉的热效率，在100%负荷时降低了6.5个百分点，60%负荷时则降低了12.8个百分点。中国燃煤工业锅炉若能采用设计先进的燃烧设备，同时配置严密的自控装置，以及操作人员忠于职守，那么在实际运行中提高12.8个百分点是不难的，也有望在每年3.5亿吨燃煤中可能避免6000万吨煤的浪费。2.5减低污染排放的措施长期以来我国工业锅炉以燃煤为主，每年工业锅炉煤量占我国原煤产量的三分之一。尤其燃用未经洗选加工的原煤，灰分高，一般为20-