2006.No.1·月刊表１
北京市现有供暖锅炉房４０００余座，为掌握现有燃气锅炉实际运行的第一手资料，北京市燃气及燃气用具产品质量监督检验站选取了市内在用的３００余台锅炉进行了检测，以期更全面地了解实际使用中的问题，探索燃气锅炉环保、节能和安全等要素之间的相互影响关系，力求出最佳的运行方式。 排放浓度和烟气黑度的排放限值作出了详细的规定，且根据国情在锅炉分类中按锅炉建成使用年限分为两个阶段，执行不同的大气污染物排放标准。具体到本次检测，凡是国家标准和北京市地方标准提到的项目，取最严格的指标作为检测要求，标准中未提到同时关系到锅炉运行水平的项目，根据锅炉厂家提供的产品技术说明中对锅炉的性能要求制定检测要求，具体包含以下三方面内容（锅炉的检测
指标见表１）。
倪晓刚，兰 涛
（北京市燃气及燃气用具产品质量监督检验站，北京 １０００１１）
１ 与国外的差距
目前国外中小型燃气锅炉正向减少体积重量，提高效率，提高组装化程度和自动化程度的方向发展，特别是近年出现的新型燃烧技术、强化传热技术和智能控制技术，在减少污染物排放，提高热效率、提高易用性和运行简便性上都作出了积极有益的尝试。 为适应市场需求，提高竞争力，各生产企业不断地推出各种先进的控制技术，使各种配件和功能不断完备，包括温度调节器、安全控制器、燃气泄漏监测器、燃气压力检测器、燃气自动加热器、安全气阀、废气监测装置、缺水保险、风压保险等装置，在锅炉调试及运行上也提出了详尽的要求。燃烧机等关键技术大量依赖进口，对于锅炉的安装调试、运行维护做的不尽合理，应当说，我国与国外在此领域的差距不仅存在于生产企业，也存在于管理维修企业和检测机构，要想寻求突破应当各方协调一致努力攻关。２ 检验依据及说明 在标准要求方面，国家环保总局和北京市政府先后出台了相应标准对行业加以严格规范，并紧跟国外技术发展动向，不断在实际工作中更新。最新公布实施的ＧＷＰＢ３－１９９９《锅炉大气污染物
排放标准》和ＤＢ１１／１３９－２００２《锅炉污染物综合排放标准》都对锅炉燃烧烟气中烟尘、二氧化硫和氮氧化物的最高允许
（１）热工性能：包括燃气锅炉的燃烧工况（是否有脱火、回火和黑烟现象等）、排烟温度、热效率；
节能环保技术
燃气锅炉节能环保
性能与运行工况的关系
破窗器
2006.No.1·月刊
１～２个采暖季后，受热面结有烟炱和水垢。１ｍｍ厚的烟炱，其热阻与４００ｍｍ厚钢板的热阻相当，１ｍｍ水垢的热阻相当于４０ｍｍ钢板的热阻。二是厂家技术服务人员未能将锅炉调整到最佳运行状态，过剩空气系数过大。下面以某一锅炉的检测结果为例，它的测试数据见表３。 计算可得该台锅炉的过剩空气系数为３．０。在锅炉燃烧过程中，控制过剩空气系数的大小十分重要，过剩空气系数过大或过小都会产生不良的后果。过剩空气系数过大会导致烟气体积增大，过量的空气从周围环境进入炉内，经加热后排出炉外并带走了大量的热量，增加了排烟热损失，热效率降低；过小会使燃气燃烧不充分，产生大量的一氧化碳，污染环境，同时也增大了不完全燃烧热损失。可以说过剩空气系数的大小直接影响燃气锅炉的热工性能，一般将燃气锅炉过剩空气系数控制在１．０５～１．２０之间。锅炉的过剩空气系数过大，带来的结果除排烟热损失大以外同时还使锅炉的表面温度偏高，造成散热损失较大，这两个因素的共同影响更造成该台锅炉热效率偏低。
还有一个造成热效率偏低的原因是锅炉的排烟温度较高，如表４所代表的一种锅炉实际运行情况。
（２）环保性能：包括锅炉烟气中的一氧化碳含量、二氧化硫含量、氮氧化物含量（包括一氧化氮含量和二氧化氮含量）和噪声； （３）安全性能：包括锅炉的各项安全保护功能，包括燃气检漏、点火不成功自动断气、供气前吹扫、超温、风压、缺水、缺燃料等保护功能。
在ＧＢ／Ｔ １０１８０－２００３《工业锅炉热工性能试验规程》标准中，锅炉热效率的测定同时采用正平衡法和反平衡法，当二者偏差在５％以内时，锅炉热效率取正平衡法与反平衡法测得的平均值。
本次各项检测均在天然气管网的运行压力下进行，运行噪声在锅炉正常运行期间燃烧机正前方距其１ｍ处与燃烧机等高的位置测试。燃烧工况、表面温度是在锅炉运行１小时后测试，烟气成分、排烟温度、热效率则是在锅炉运行稳定后（达到额定热负荷的７５％以上）在排烟管的烟气取样口处测试。３ 检测结果分析
所有的检测工作在２００４年、２００５年两个供暖季内进行，先在现场进行燃气锅炉的检验和数据的采集，随后作出数据分析统计和锅炉运行状况评估。 在所检的燃气锅炉中，烟气中ＣＯ含量大于１００ｍｇ／ｍ３的占所检锅炉总数的４．９％，二氧化硫含量大于２０ｍｇ／ｍ３的锅炉占总数的６．６％，氮氧化物含量大于１００ｍｇ／ｍ３的锅炉占总数的３１．３％，热效率指标小于８０
％的锅炉占总数的１９．４％，没有热效率指标大于９０％的锅炉。噪声介于７０～８０ｄＢ的锅炉占总数的５７．３％，大于９０ｄＢ的锅炉只占２％，表面温度大于４０℃的锅炉占总数的３２．５％。３．１ 烟气中一氧化碳含量
烟气中的一氧化碳是由于燃气不完全燃烧产生的，表２显示了其中一台锅炉的测试数据。 该台锅炉的烟气中一氧化碳含量折算成过剩空气系数等于１时的含量为２５８７ｍｇ／Ｎｍ３（２０６８ｐｐｍ），远远超过了标准要求，通过计算得出锅炉的过剩空气系数为１．０３。说明造成烟气超标的原因是由于过剩空气
咖啡玉米且燃气与空气混合不均匀。此外，烟气中一氧还与炉膛压力和烟气流速等因素有关。一是由于锅炉在运行了
表２
表３
表４
该台锅炉的排烟温度较高，增大了排烟处的烟气焓，增加了排烟热损失。而排烟温度的高低，其影响因素不仅在于锅炉燃烧所设定的各项参数，还与锅炉的内部结构和燃烧工艺设计的合理性有关，单
靠调试的改变有限，这需要从锅炉的生产源头来着手改进，提高国内企业的技术水平。３．３ 烟气中氮氧化物含量
本次检测中发现氮氧化物含量超标的情况较为突出，在环保要求日益提高的今天是需要高度重视并加
2006.No.1·月刊以妥善解决的。氮氧化物的生成机理比较复杂，在锅炉燃烧过程中，生成ＮＯＸ的途径主要有３种。３．３．１ 温度型ＮＯＸ
燃烧用空气中的氮气，在高温下氧化而生成的氮氧化物，根据捷里多维奇机理，影响温度型ＮＯＸ生成量的主要因素有：
钼加工 （１）温度水平。随温度升高，反应速度根据阿累尼乌斯定律，按指数规律迅速增加，实验表明，温度在１５００℃附近变化时，温度每增大１００℃，反应速度将增大６～７倍。
（２）氧气浓度。 一般说来，氧气浓度越高，ＮＯＸ的生成量就越大。
（３）停留时间。停留时间ｔ越长，ＮＯＸ的生成量越大。
３．３．２ 燃料型ＮＯＸ
燃料中含有的氮的化合物，在燃烧过程中氧化而生成的氮的氧化物，这些化合物中氮以原子状态存在，其结合键的能量较小，因而，这些原子氮在锅炉燃烧过程中就容易分解出来生成ＮＯＸ。３．３．３ 快速型ＮＯＸ
碳化氢燃料当燃料过浓时燃烧产生的氮氧化物，一般说来，快速型ＮＯＸ是碳氢系燃料在过量空气系数为０．７～０．８并预混合燃烧所生成的，且温度对其影响不大。
可见，对于区域集中供暖的燃气锅炉而言，氮氧化物的生成主要是第一种和第三种方式，而与第二种方式关系不大。尤其是第一种方式，其发生原理与氧的浓度和火焰温度密切相关。３．４ 噪声
燃气锅炉的噪声是由机械噪声、空气动力性噪声、传热噪声和燃烧噪声综合组成的。
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（１）机械噪声和空气动力性噪声是由风机运转产生的。机械噪声由固体振动产生，空气动力性噪声由气体振动产生。风机转动时翼片产生紊流噪声和涡流噪声。
（２）传热噪声是由于流体加热或冷却时液体流动状态发生振动性变化而产生的噪声，由于这种变化是在密闭容器内产生的，故而对外部影响不大。 （３）燃烧噪声是由于气体进行热量交换，温度和压力发生变化，在空气动力性噪声以外附加的噪声。 锅炉噪声主要来源于风机和燃烧机。降低噪声，除
泰斯花粉阻隔剂了在风机的出口管和入口管加装消声器外，就是选用性能良好的燃烧机，并通过改善炉膛结构及燃烧机燃烧状态来降低燃烧噪声。目前比较有效的降噪方式就是在燃烧机外加装消音罩，同型号产品在安装了消音罩的条件下，通过测试，一般可以降低１０～１５ｄＢ。另外值得注意的是大多数模块炉在不装消音罩的情况下运行噪声都较低，明显优于其它锅炉。４ 存在的问题与改进措施
通常在实验室相对标准状态下进行的检测，与锅炉实际运行状况有差异，如在检测比例调节控制的锅炉时，必须将锅炉的热功率调节到最大，而在锅炉实际运行过程中，为保证出水温度恒定，热功率会随着出水温度而变化，一般燃烧机的风机是不会随着热功率的变化而变化，因此当热功率降低时，过剩空气系数加大，热效率降低。并且随着热功率的变化，烟气成分、排烟温度、表面温度都会发生相应的变化。还有就是，表面温度的测量，是选择温度较高的测点，而不是炉体的平均温度。
因此，此次现场检验比较充分地反映了实际工况。汇总结果表明，有相当数量的在用燃气锅炉热工性能和环保性能不太理想，给供暖企业和用户造成一定的经济损失和污染，具体为以下几点。
（１）锅炉的设计与选型不合理。有的锅炉其燃烧机与炉体不匹配，有的锅炉房在建设之初对锅炉选型考虑不周，“大马拉小车”，造成排烟温度低，烟气中蒸汽凝水，腐蚀设备。
（２）各种监控设备不能发挥其所长。由于一些锅炉房工作人员业务素质所限或片面的考虑经济效益，致使部分随锅炉配备的监控设备停用或无法调节。 （３）对锅炉的跟踪调节不到位。供暖体制的改革使用户在负担采暖费用的同时也对采暖舒适度提出了更高的要求。应不断随气候环境变化调节锅炉运行参数，实现灵活、经济和高效的供暖服务，而有些工作人员对于锅炉参数的设定还很死板，对于锅炉的工作状态是否良好缺乏认识，远远不能达到上述要求。 实践证明，采用燃气锅炉为热源的区域供暖，是
北京地区适宜的供暖方式。通过强化管理体系和技术检测，挖掘现有设备管网的潜力，促进系统优化和节能技术改造，将对改善供暖经济性、提高保障和运行调节能力，治理北京大气环境产生积极作用。■
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