建立锅炉节能技术评价体系的研究

顾健

江苏省特种设备安全监督检验研究院南通分院  江苏省南通市 226011

摘要：近年来锅炉节能技术迅速发展，而用户及相关单位对这些节能技术的先进性和实用性不了解，需要建立一套科学的锅炉节能技术综合评价体系。经过对目前燃气工业锅炉节能技术的系统性研究，采用专家问卷、层次分析、模糊评价方法，形成定性、定量相结合，技术与市场相结合，安全与节能相结合的多元评价指标模型，建立工业锅炉节能技术评价体系。

关键词：工业锅炉、节能技术、评价体系、模型、指标、问卷。

1.背景介绍

近年来我国锅炉制造和使用单位为了响应国家节能政策，开发和采用了各种类型的节能技术及产品，而各类节能技术各不相同，用户对这些技术的特点和优劣也不了解，因此需要建立一套科学的锅炉节能技术综合评价体系，实现对以上多类别锅炉节能技术进行综合评价。评价结果的输出，有助于锅炉制造企业、使用单位根据锅炉特点推荐或选择节能技术，锅炉使用单位及维保单位对锅炉进行节能改造更加心中有数。本文通过燃气工业锅炉节能技术的评价体系的研究，继而推而广之，促进锅炉节能技术水平的提高。具有较高的社会价值。

目前，国内外广泛采用较为典型的锅炉节能技术主要有：燃烧技术改良节能；烟气系统余热回收节能；汽水系统节能；水处理技术促进节能；辅机设备节电方向节能等。同时锅炉使用单位还可以通过加强锅炉运行管理来促进节能等，随着社会发展，各类节能技术相继出现，但各单位对锅炉节能技术的特点各执一词，研究深度多止于开发试验阶段或者验证定性阶段，研究结论中定性指标多、定量指标少，技术性指标多、经济性指标少，特殊性指标多、普遍性指标少，因此目前还没有统一的评价方法对评价技术的适用性、经济性和推广性进行综合评价。

2.国内外研究现状：

我国近年来开展能源效率评价的研究，将对象集中在电站锅炉、集中采暖、企业能耗等多个方面。国内对电站锅炉这一类的能源效率评价研究向全面性、整体性不断完善，多数考虑节能、环保、经济等多个方面的评价需求，并且在评价方法上呈现出多样性和针对性，各类研究成果中尤其以对电站锅炉的能效综合评价的完成度较高。

但是将目前电站锅炉或企业能效评价中的指标和评价方法应用与工业锅炉节能技术产品，却明显借鉴性不足，工业锅炉管理水平、连续运行水平、部件稳定性相对较低，对应部件细节指标无法在电站锅炉节能评价指标中找到对应项，至于工业锅炉节能技术，其自身经济性、市场推广性、地区适应性等指标因素更是无从谈起。导致无法准确完成对节能技术的综合评价与比较。

国外开展能源效率评价指标体系研究起步较早，由于研究主体的不同，各国的研究方向和研究成果也有所不同。如欧盟能源效率将成员国之间能源效率比较作为评价目标和落脚点，指标体系框架包括能效指数、能耗强度、单位能耗比、扩散指标、目标及调整指标等，涉及交通运输业、服务业、工业、居民生活等多个领域的能效指标，从宏观层面和微观层面多个角度完成全国及行业范围内的能源效率利用水平的衡量。但是国家或地区的能源效率评价采用的方法较为单一，多是对具体某一因素的量化比较分析，未使用层次分析、模糊算法等当前较为通用综合评价方法；评价结论中及行业范围内的能源效率利用水平、单位能耗强度等，与节能技术评价中的分值化、比较性输出需求背道而驰。

总之，从当前国内外的研究来看，锅炉节能相关评价多是对整个行业或者较大范围内的能源效率评价，或者是单一着眼于某次节能改造后锅炉的能源利用效率评价，评价对象的主体主要是能源或者是锅炉本身，缺少对当前迅速发展的锅炉节能技术综合评价，无法对种类繁多的节能技术进行全面化评价。

3.评价体系模型的建立

笔者从事近三十年的锅炉检验工作和节能技术的研究，经过大量的调研和查阅文献资料，对目前燃气工业锅炉节能技术评价体系进行系统性研究，主要涉及燃烧技术、烟气余热回收、汽水系统、水处理技术、辅机节电五类节能技术，初步建立起锅炉节能技术评价体系的各级指标，从安全、节能、经济、可推广性等方面开展综合评价。将突破现有从节能单方面定性评价节能技术的局限性，形成定性、定量相结合，技术与市场相结合，安全与节能相结合的多元评价指标模型，将影响评价的人为因素减少到最低，使节能技术评价体系做到客观、科学、合理。利用评价体系模型进行计算，直观地反映节能技术的优势与劣势。

经多方面调研与讨论，最终确定评价指标体系以综合节能效果、经济性、安全与环保、市场推广四个方面作为一级指标。然后划分二级指标和三级指标。见表1，

3.1综合节能效果

综合节能效果评价是对锅炉节能技术进行评价的基础，也是节能技术能应用实际工业锅炉生产和改建的前提。在评价体系中，综合节能效果指标主要选取节气效果、节电效果和节水效果作为进行评价。每吨蒸汽的耗能反映了工业锅炉的能量利用率，考虑到两台工业锅炉如果减少相同的能耗，节能潜力较大的相对潜力小的更容易实现。因此节能前每吨蒸汽耗能量可以作为一个指标，从侧面反映锅炉节能起点和节能潜力。

3.2经济性

经济性评价是对锅炉节能技术进行综合评价的重要标准，技术（产品）缺少经济性必然影响在实际工业锅炉生产中的应用，降低用户的期望值，不利于技术的长远发展。经济性指标直观地反映了节能技术（产品）的制造成本，影响技术（产品）的市场竞争力。同时考虑了节能技术对工业锅炉正常运行的影响，节能改造要考虑安装和检修过程对用户的影响。节能效益指标考察每吨蒸汽的能源开支减少量，反映了采用节能技术后每吨蒸汽能源成本的减少。该指标是节能效果评价的延伸，将节气、节电和节水三者综合后量化，以具体数值评价节能带来的经济收益。

3.3 安全与环保

安全与环保评价分析是对锅炉节能技术进行综合评价的社会要求，技术（产品）在工业锅炉实际运行中必须安全可靠且污染物的排放量低，在评价体系中，安全与环保指标主要选取安全因素和环保因素进行评价。安全是节能的前提，必须确保锅炉的正常运行。而环保因素分别从大气、水、固体物及工作环境四个方面反映锅炉节能技术的环保性能。

3.4 市场推广性

市场推广性评价反映了市场对该节能技术的接受程度，影响该技术（产品）的市场占有率，体现了该技术在同类产品中的市场优势。其中布置适应性体现节能技术自身适应性，锅炉适应性是其应用于不同工业锅炉的适应性，一项好的节能技术（产品）必须具有普适性，才具有更广阔的市场前景。加工要求主要从加工工艺角度评价锅炉节能技术（产品）。过高的成本和复杂的工艺会降低市场竞争力。应用经验主要考虑应用台数多说明技术（产品）的企业认可度高，测试报告体现了技术（产品）的可靠性，具有政策扶持和自主知识产权体现技术（产品）的技术先进，市场需求度高。

最终，将所考虑的多层指标按照A、B、C三类进行编号排序，形成一级（A类）指标4项（1组），二级（B类）指标12项（4组），三级（C类）指标41项（12组）的格局，

表1.评价指标体系

总指标	一级指标	二级指标	三级指标
U综合 评价	A1综合节能效果	B1节气效果	C1节能前每吨蒸汽耗气量
			C2燃气低位发热值
			C3每吨蒸汽耗气减少量
		B2节电效果	C4节能前每吨蒸汽耗电量
			C5每吨蒸汽耗电变化量
		B3节水效果	C6节能前每吨蒸汽耗水量
			C7每吨蒸汽耗水变化量
	A2经济性	B4价格成本	C8设备采购成本
			C9设备预期使用寿命
			C10保修时间
			C11安装改造成本
			C12设备到期回收成本
		B5时间成本	C13安装改造时间
			C14设备检修周期
		B6节能效益	C15每吨蒸汽能源开支减少
			C16年运营人员及维修成本
			C17节能投资预期回收年限
	A3安全与环保	B7安全因素	C18对安全运行管理影响
			C19对锅炉设备安全性影响
			C20对操作人员安全性影响
		B8环保因素	C21烟气排放物变化
			C22废水排放量变化
			C23废渣排放量变化
			C24噪声分贝
	A4市场推广性	B9布置适应性	C25空间适应性
			C26用水要求
			C27用电要求
			C28温度要求
			C29湿度要求
		B1锅炉适用性	C30锅炉结构
			C31燃烧设备
			C32锅炉压力
			C33锅炉出力
		B11加工要求	C34资质要求
			C35加工设备
			C36生产规模
			C37原材料来源
		B12应用经验	C38应用台数
			C39测试报告
			C40政策扶植
			C41自主知识产权

4.调查问卷及数据处理

指标体系确定后，根据层次分析和模糊评价的方法，将首先按指标设计调查问卷，

4.1权重问卷，

权重问卷主要包括两大部分：第一部分是对各级节能指标之间的重要性进行调研，确定每组指标的权重关系，第二部分是将具体指标划分为定量和定性两类，调研基本情况后，前者划分得分基准线，后者进行评价得分划分，从而归一化为百分制得分，进行统一数据处理。

4.2隶属度问卷

对工业锅炉节能技术评价中的一级至三级指标的权重进行专家问卷与计算筛选后，必须对被评价的节能技术或产品的单一因素，即第三级指标进行量化。考虑到评价子集的类型，进一步将三级（C级）指标41项划分为两类

第一类定量指标：如C3每吨蒸汽耗气减少量，可以直接采用数据对评价结果进行量化，通过问卷收集到不同专家对于基准线的问卷结果，最后通过合理的数据筛选与平均，形成相关基准线，

第二类定性指标：如C18对安全运行管理影响等，该类指标无法给出具体数值进行量化，则问卷采用专家直接判定得分形式，将评价分值设定在为0-100分之间，将收集到对评价状况不同评分进行问卷筛选与处理，准线的问卷结果，最后通过合理的数据筛选与平均，用于具体节能技术（产品）的评价。

4.3数据处理

首先将专家所填写的权重问卷转换成各级指标相应的判断矩阵，并进行一致性验证，专家填写的指标权重问卷作为构建判断矩阵的唯一信息来源，判断矩陈又是进行权重计算的唯一依据，剔除其中不符合一致性的数据，将筛选后的有效问卷进行数据平均，确定各组指标中的因素在评价过程中所占权重，形成权重集 A。

隶属度问卷的一致性与有效性同样需要筛选，项目组采用的是格拉布斯法，意在剔除问卷中单项指标评分过大或者过小的异常数据收集专家对不同的定量与定性指标的问卷结果，基于模糊统计的基本原理构造成隶属度函数：

其中，表示第i个因素被评为第j个评价等级的总次数。

将各组指标对应的隶属度函数转化成单因素评判矩阵R。

在单因素评判矩阵R和权重集 A确定的情况下，利用模糊复合算子来计算对应上一级指标因素的综合评判结果（模糊复合算子有四种运算模型，本次采取的是加权平均型综合算子进行运算）：

按此将各组三级评价结果组成矩阵与二级指标权重进行复合运算，得出相应的二级综合评判结果，可以得出对综合节能效果、经济性、安全与环保、市场推广性的单项评分格局，再进一步与一级指标确定的权重集进行复合计算，根据最大度原则，选择B中最大bj所对应的等级vj作为综合评判的结果，并可以根据加权求和得出对该工业锅炉节能技术的最终综合评分。

4.4软件开发

工业锅炉节能技术（产品）评价软件是以Visual basic6.0为开发工具，以Microsoft Office Access Database建立专家评价库而开发的一种可视化的、面向对象的评价软件。该软件包含上述数据的处理功能，并包括指标权重库和因素评价库：指标权重库是通过专家对指标重要程度进行排序来得到的权重值；因素评价库是根据专家人数自动选择模糊统计算法对评价语集进行处理得到的评价向量。

工业锅炉节能技术评价的结果输出：对各级评价输出后进行综合评价，综合评价划分为五星、四星、三星、两星、一星共五个范围，相应对应得分85-100（不含85），60-85（不含60），40-60（不含40），20-40（不含20），0-20，并拟定评价语集V=｛优秀、良好、较好、一般、较差｝。

5.评价体系应用

为验证评价体系与评价软件的可靠性和实用性，在工业锅炉节能技术（产品）评价体系和软件均已构建的基础上，结合评价选取的五类节能技术进行应用测试和验证，并根据评价结果考虑进一步优化和改良的方向。

案例1：对一款热管换热器的评价，热管是靠封闭在管内的工质反复进行相变来传递热量的，冷热流体侧均可通过安设翅片来扩展传热面积，因此，热管换热器结构可以做的很紧凑，占地面积少，传导热量大且效果显著。该热管换热器安装在一台8T/H燃气锅炉尾部，下部是烟气通道，上部为汽包，锅炉排烟尾气经过烟道进入热管换热器烟气通道，冲刷热管下端（加热段），热管吸热后将热量传导至上端（冷凝段），热管回收器上端放热，将水加热，随着水温的升高和压力的增大生产工作需要的蒸汽及热水，从而降低排烟温度，综合利用烟气余热，提高锅炉热效率。

对该余热回收装置及锅炉进行现场数据采集，输入软件按照评价流程对该节能技术（产品）分别进行了测评，形成了综合评价报告。根据评价报告可以了解该节能技术的综合价值，也可以在节能、经济、安全环保、推广等多个方面进行要点分析。

该余热回收装置的综合评价得分为70.8分，属三星级节能产品（图1），在经济性、安全与环保性、市场推广性三个方面均为良好等级，节能效果为较好等级。评价结果与该节能产品自身的特点是分不开的。                   

图1：评价结果输出

可见热管换热器换热效率较高，运行维护成本较低，但设备初始采购成本及安装改造价格较高。在安全与环保方面，该设备对锅炉本体、系统运行、以及操作人员的安全无影响，所以安全与环保性能综合评价为良好。热管换热器的布置需要一定的空间，但是无额外用水需求，其各种结构和燃烧方式的工业锅炉均可适用，现实应用广泛，所以市场推广性等级良好。

以上仅举一例，采用工业锅炉节能技术（产品）评价体系。可以实现对不同类型、不同厂家、不同型号的节能技术或产品各方面性能优劣的比较，筛选出更先进、更经济、更适宜的工业锅炉节能方案。

参考文献：

1.工业锅炉节能监测项目与评价指标的研究    品牌与标准化 2018 第4期 P67-69  1674-4977    作者：林贺勇等

2.大型燃煤电站锅炉能效评价与节能分析   中国电力 2020 第53卷 第4期 P177-185  1004-9649   作者：王卫良等

3.燃煤、燃气锅炉综合效益模糊评价及分析结果   环境科学与管理 2012 第6期 P176-180  1673-1212  作者：嵇远等

4.基于模糊评价理论对层燃工业锅炉综合性能的研究与分析   能源研究与信息 2020 第36卷 第1期 P24-29  1008-8857  作者：胡琬等

顾健、1971年8月出生、男、高级工程师、动力工程领域工程硕士，长期从事锅炉监督检验和定期检验工作、锅炉能效测试和节能技术的研究，联系电话：[phone]、E-mail：[e-mail]。