水煤漿鍋爐集中供熱的節能環保分析

謝惠珠

摘 要：近年來，大氣污染問題十分嚴重，國家為了改善大氣環境質量，加快能源結構調整，嚴格控制高污染燃料的使用。結合區域集中供熱的優勢，水煤漿作為一種煤基漿體清潔燃料，既能實現高效、安全、節能、環保的目標，又符合國情的要求。根據水煤漿集中供熱鍋爐的實際應用來闡述項目的特點，為水煤漿集中供熱技術的推廣提供參考。

關鍵詞：水煤漿；集中供熱；節能；環保

中圖分類號：TK229 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）02-0018-02

目前，中國大氣污染形勢嚴峻，區域性大氣污染問題十分突出，已經引起了社會公眾的廣泛關注。從國家環保部發布的《2012年中國環境狀況公報》可知，325個地級及以上城市的環境空氣質量達標率僅在40%左右；根據環境空氣質量新標準，對113個環境重點保護城市的環境空氣質量進行評價，達標城市僅占23.9%.

工業活動是大氣污染排放物的主要來源之一。近年來，清潔能源、集中供熱等節能環保技術受到了國家的大力支持和推廣。水煤漿作為一種新型煤基流體潔凈環保燃料，國家環保總局在《國家環境保護十五規劃》中提出，要大力開發水煤漿技術。對水煤漿集中供熱鍋爐取代分散式小型燃煤鍋爐的工程項目進行相關分析，充分體現出水煤漿清潔、環保的特性和集中供熱項目節能減排的優勢。

1 方案的背景

某鎮建立一個環保專業基地，將毛織洗水、印花等生產企業遷入基地，以達到優化生產環境、擴大生產規模、實現資源共享的目的。為了貫徹國家可持續發展，節能減排的方針、政策，基地的集中供熱站以水煤漿為燃料，建設水煤漿集中供熱鍋爐向基地供應蒸汽。

2 方案的設計

搬遷前，97家工廠共有82臺蒸發量不等的小型燃煤鍋爐，總額定蒸發量為86 t/h。由于生產不穩定，絕大部分鍋爐的蒸汽負荷率約為50%，總用煤量約70 200 t/a，產汽量約309 600 t/a。鍋爐規模小，數量多，分布面積廣，總體熱效率低，環境污染嚴重。

結合企業整體用汽情況，供熱站的建設規模為總額定蒸發量50 t/h的水煤漿鍋爐，其中2臺20 t/h、1臺10 t/h，額定蒸汽壓力為1.25 MPa，溫度為194 ℃。

3 技術可行性分析

水煤漿是一種由體積分數為70%的煤、體積分數為30%的水和體積分數約為1%的化學添加劑混合而成的煤基漿體燃料。它具有濃度高、粒度細、流變性好、燃燒效率高、環保、節能、安全、高效等優點。

水煤漿的燃燒方式與油類似：通過空氣壓縮將水煤漿霧化成細小的煤炭顆粒團，然后噴入鍋爐中。受熱后，懸浮煤顆粒中的水分蒸發出來，形成中空結構，煤顆粒中的揮發分析出，并著火燃燒，形成火焰，煤中的焦炭燃燒、放熱，直到燃盡。產生的灰渣在渣池或灰罐中集中處理。燃燒后產生的煙氣，采用高效布袋除塵器和水膜脫硫設施，由引風機送入煙囪。具體工作流程如圖1所示。

圖1 水煤漿熱煤爐系統流程圖

小型燃煤鍋爐本身熱效率低，實際運行負荷無法達到最優水平，運行熱效率只有50%～60%，能源浪費嚴重。新建的水煤漿供熱鍋爐連續運行的熱效率可達85%以上，節能效果明顯。

壓力1.25 MPa、溫度194 ℃的蒸汽焓值為2 784.22 kJ/kg，20 ℃水的熱焓值為83.74 kJ/kg，水煤漿的低位發熱量為16 747.2 kJ/kg，鍋爐全年平均熱效率在83%左右。

在產汽量同為309 600 t/a的條件下，水煤漿耗用量：

309 600 t/a×（2 784.22 kJ/kg-83.74 kJ/kg）÷16 747.2 kJ/kg÷83% = 6 0148 t/a。

平均年度節能量：

70 200 t×0.7143-60 148 t×16747.2 kJ/kg÷29307.6 kJ/kg =15 773 t/a。

4 經濟效益分析

具體詳見表1.

表1 基地供熱站經濟分析表

項目 單位 值數

總投資 萬元 2 540

平均用汽量 t/年 309 600

水煤漿價格 元/t 900

燃料成本 元/t蒸汽 175

耗電成本 元/t蒸汽 20.5

供水成本 元/t蒸汽 3.42

人工成本 元/t蒸汽 3.26

運行維護 元/t蒸汽 7.36

損耗 元/t蒸汽 8.75

污水處理 元/t蒸汽 0.31

運行成本 元/t蒸汽 218.6

蒸汽價格 元/t 250

收入 萬元/年 7740

支出 萬元/年 6 768

固定資產折舊 萬元/年 148

盈利 萬元/年 824

投資回收期 年 3.1（不含建設期）

項目投資成本：鍋爐設備、土建和安裝工程投資1 700萬元，管道投資200萬元，土地投資640萬元，總投資2 540萬元人民幣。

運行成本：

蒸汽的燃料成本：60 148 t×900÷309 600 t/年 = 175元/ t。

耗電成本：鍋爐房所有電機的最大功率為877.5 kW·h，生活用電和照明用電每年約3.6×104 kW·h，總用電量為300 d×24 h×877.5÷10 000+3.6=635.4×104 kW·h，平均產1 t蒸汽消耗為635.4×104 kW·h÷309 600 t=20.5 kW·h/t，每度電按1.0元計算，蒸汽消耗電費為20.5 kW·h×1.0元=20.5元/ t。

供水成本：自來水價格為2.68元/t，平均每產1 t除鹽水所耗NaOH和NaCl的費用約為0.6元/t。在除鹽水過程中，會產生大量的酸堿污水約300 t，鍋爐的排污率約為4%，生活污水平均100 kg/（d·人），因此，蒸汽所耗水費為2.68元/t+0.6元/t+2.68元/t×〔300 t×12+309 600 t/年×4%+24 h×100 kg/（d·人）÷1 000×300 t〕÷309 600 t/年=3.42 元/t。

人工成本：配備24人，平均3 500元/（月·人），合計100.8萬元/年，其中，蒸汽人工成本為100.8萬元÷309 600 t =3.26元/t。

運行維護：運行維護費用共約227.86萬元/年，其中，蒸汽運行維護費用為227.86萬元/年÷309 600 t/年=7.36元/t。

損耗：根據鍋爐房統計，熱量損失約為5%，使用蒸汽，燃料成本是175元/ t，因此，蒸汽損耗費用為175元/t×5%=8.75元/ t。

排污處理費用：鍋爐的水排污率約為4%，年排污量為309 600 t/a×4%=12 384 t，化學水處理時，再生廢水為300 t/月，生活污水為100 kg/d·人。處理合格后，污水排放費為0.8元/t，污水處理費為5元/t，所以，污水總處理量為12 384 t+300 t/月×12+24 h×100 kg/d·人÷1 000×300 t=16 704 t/a，蒸汽產生的污水處理費為16 704 t/a×（0.88+5）÷309 600 t=0.31元/ t。

固定資產折舊：鍋爐折舊按15年算，土地折舊按30年算，固定資產折舊費用為（1 700+200）÷15+640÷30=148萬元/年。

5 環境合理性分析

5.1 水煤漿的特性

由于水煤漿采用的是經過選洗后的精煤加工而成的，它本身的灰分、硫分比原煤低，這就決定了它燃燒后排放的煙塵濃度要低于燃煤鍋爐，一般為80 mg/m3。這一排放煙塵濃度已達到了國家對鍋爐大氣污染物排放標準中要求的排放指標（80 mg/m3）。

5.2 水煤漿的燃燒特點

由于水煤漿鍋爐燃燒密閉性良好，所以，水煤漿在儲存、運輸過程中不存在環境污染的問題。而鍋爐的燃盡率達到了90%以上，這就使鍋爐排放的廢棄物可回收利用。

5.3 節能減排

集中供熱顯著提高了能源利用效率，減少了能源的消耗量和廢棄物的產生。按每年節約15 773 t煤計算，可以減少排放151.42 t煙塵、39 432.50 t的CO2、246.06 t的NOX、260.25 t的SO2。

5.4 集中供熱的優勢

集中供熱可減少鍋爐占用面積，減少燃料、灰渣的運輸量和散落量，降低運行費用，并為安裝高煙囪和煙氣凈化裝置提供了便利的條件。這樣做有利于減少煙塵和大氣污染，改善環境衛生。現場煙氣排放的檢測效果如表2所示。

表2 煙氣排放效果

項目 單位 執行標準 排放結果 評價

煙塵 mg/m3 120 35.4 合格

SO2 mg/m3 400 180 合格

NOX mg/m3 300 178 合格

林格曼黑度 —— 1.0級 0.5級 合格

5.5 安全

由于工作人員不需要近距離接觸鍋爐，所以，與分散式的小型燃煤鍋爐相比，事故發生率大大降低。

6 結束語

自20世紀70年代水煤漿技術誕生以來，已具備成熟的生產技術和生產設備。它具有保障燃料的穩定性和流動性等特點，使其成為了可代油、代煤的燃料。結合集中供熱的優勢，無論是從經濟方面還是環境方面來分析，都具有客觀的效益，在一定程度上促進了水煤漿的全面推廣和應用。

參考文獻

[1]張學林.積極推進水煤漿技術的工業應用[J].中國能源，1991（7）.

[2]楊家存，高翔，邵士泉.在中小鍋爐燃用水煤漿可行性分析[J].科技信息，2004（6）：50-51.

[3]中華人民共和國環境保護局，國家質量監督檢驗檢疫總局. GWPB 3—1999 鍋爐大氣污染物排放標準[S].北京：中國環境科學出版社，2000.

〔編輯：白潔〕

Coal-water Slurry Boiler Energy Conservation and Environmental Protection Analysis of Central Heating

Xie Huizhu

Abstract： In recent years， the problem of air pollution is very serious， the state in order to improve the atmospheric environment quality， speed up the adjustment of energy structure， strictly control the use of polluting fuels. Combined with the regional advantages of central heating， coal water slurry as a coal slurry clean fuel， can achieve the goal of high efficiency， safety， energy saving， environmental protection， and accord with the requirement of national conditions. According to the practical application of coal-water slurry concentrated heating boiler to illustrate the characteristics of the project， provide a reference for coal water slurry concentrated heating technology promotion.

Key words： coal water slurry； central heating； energy saving； environmental protection

供水成本：自來水價格為2.68元/t，平均每產1 t除鹽水所耗NaOH和NaCl的費用約為0.6元/t。在除鹽水過程中，會產生大量的酸堿污水約300 t，鍋爐的排污率約為4%，生活污水平均100 kg/（d·人），因此，蒸汽所耗水費為2.68元/t+0.6元/t+2.68元/t×〔300 t×12+309 600 t/年×4%+24 h×100 kg/（d·人）÷1 000×300 t〕÷309 600 t/年=3.42 元/t。

人工成本：配備24人，平均3 500元/（月·人），合計100.8萬元/年，其中，蒸汽人工成本為100.8萬元÷309 600 t =3.26元/t。

運行維護：運行維護費用共約227.86萬元/年，其中，蒸汽運行維護費用為227.86萬元/年÷309 600 t/年=7.36元/t。

損耗：根據鍋爐房統計，熱量損失約為5%，使用蒸汽，燃料成本是175元/ t，因此，蒸汽損耗費用為175元/t×5%=8.75元/ t。

排污處理費用：鍋爐的水排污率約為4%，年排污量為309 600 t/a×4%=12 384 t，化學水處理時，再生廢水為300 t/月，生活污水為100 kg/d·人。處理合格后，污水排放費為0.8元/t，污水處理費為5元/t，所以，污水總處理量為12 384 t+300 t/月×12+24 h×100 kg/d·人÷1 000×300 t=16 704 t/a，蒸汽產生的污水處理費為16 704 t/a×（0.88+5）÷309 600 t=0.31元/ t。

固定資產折舊：鍋爐折舊按15年算，土地折舊按30年算，固定資產折舊費用為（1 700+200）÷15+640÷30=148萬元/年。

5 環境合理性分析

5.1 水煤漿的特性

由于水煤漿采用的是經過選洗后的精煤加工而成的，它本身的灰分、硫分比原煤低，這就決定了它燃燒后排放的煙塵濃度要低于燃煤鍋爐，一般為80 mg/m3。這一排放煙塵濃度已達到了國家對鍋爐大氣污染物排放標準中要求的排放指標（80 mg/m3）。

5.2 水煤漿的燃燒特點

由于水煤漿鍋爐燃燒密閉性良好，所以，水煤漿在儲存、運輸過程中不存在環境污染的問題。而鍋爐的燃盡率達到了90%以上，這就使鍋爐排放的廢棄物可回收利用。

5.3 節能減排

集中供熱顯著提高了能源利用效率，減少了能源的消耗量和廢棄物的產生。按每年節約15 773 t煤計算，可以減少排放151.42 t煙塵、39 432.50 t的CO2、246.06 t的NOX、260.25 t的SO2。

5.4 集中供熱的優勢

集中供熱可減少鍋爐占用面積，減少燃料、灰渣的運輸量和散落量，降低運行費用，并為安裝高煙囪和煙氣凈化裝置提供了便利的條件。這樣做有利于減少煙塵和大氣污染，改善環境衛生。現場煙氣排放的檢測效果如表2所示。

表2 煙氣排放效果

項目 單位 執行標準 排放結果 評價

煙塵 mg/m3 120 35.4 合格

SO2 mg/m3 400 180 合格

NOX mg/m3 300 178 合格

林格曼黑度 —— 1.0級 0.5級 合格

5.5 安全

由于工作人員不需要近距離接觸鍋爐，所以，與分散式的小型燃煤鍋爐相比，事故發生率大大降低。

6 結束語

自20世紀70年代水煤漿技術誕生以來，已具備成熟的生產技術和生產設備。它具有保障燃料的穩定性和流動性等特點，使其成為了可代油、代煤的燃料。結合集中供熱的優勢，無論是從經濟方面還是環境方面來分析，都具有客觀的效益，在一定程度上促進了水煤漿的全面推廣和應用。

參考文獻

[1]張學林.積極推進水煤漿技術的工業應用[J].中國能源，1991（7）.

[2]楊家存，高翔，邵士泉.在中小鍋爐燃用水煤漿可行性分析[J].科技信息，2004（6）：50-51.

[3]中華人民共和國環境保護局，國家質量監督檢驗檢疫總局. GWPB 3—1999 鍋爐大氣污染物排放標準[S].北京：中國環境科學出版社，2000.

〔編輯：白潔〕

Coal-water Slurry Boiler Energy Conservation and Environmental Protection Analysis of Central Heating

Xie Huizhu

Abstract： In recent years， the problem of air pollution is very serious， the state in order to improve the atmospheric environment quality， speed up the adjustment of energy structure， strictly control the use of polluting fuels. Combined with the regional advantages of central heating， coal water slurry as a coal slurry clean fuel， can achieve the goal of high efficiency， safety， energy saving， environmental protection， and accord with the requirement of national conditions. According to the practical application of coal-water slurry concentrated heating boiler to illustrate the characteristics of the project， provide a reference for coal water slurry concentrated heating technology promotion.

Key words： coal water slurry； central heating； energy saving； environmental protection

供水成本：自來水價格為2.68元/t，平均每產1 t除鹽水所耗NaOH和NaCl的費用約為0.6元/t。在除鹽水過程中，會產生大量的酸堿污水約300 t，鍋爐的排污率約為4%，生活污水平均100 kg/（d·人），因此，蒸汽所耗水費為2.68元/t+0.6元/t+2.68元/t×〔300 t×12+309 600 t/年×4%+24 h×100 kg/（d·人）÷1 000×300 t〕÷309 600 t/年=3.42 元/t。

人工成本：配備24人，平均3 500元/（月·人），合計100.8萬元/年，其中，蒸汽人工成本為100.8萬元÷309 600 t =3.26元/t。

運行維護：運行維護費用共約227.86萬元/年，其中，蒸汽運行維護費用為227.86萬元/年÷309 600 t/年=7.36元/t。

損耗：根據鍋爐房統計，熱量損失約為5%，使用蒸汽，燃料成本是175元/ t，因此，蒸汽損耗費用為175元/t×5%=8.75元/ t。

排污處理費用：鍋爐的水排污率約為4%，年排污量為309 600 t/a×4%=12 384 t，化學水處理時，再生廢水為300 t/月，生活污水為100 kg/d·人。處理合格后，污水排放費為0.8元/t，污水處理費為5元/t，所以，污水總處理量為12 384 t+300 t/月×12+24 h×100 kg/d·人÷1 000×300 t=16 704 t/a，蒸汽產生的污水處理費為16 704 t/a×（0.88+5）÷309 600 t=0.31元/ t。

固定資產折舊：鍋爐折舊按15年算，土地折舊按30年算，固定資產折舊費用為（1 700+200）÷15+640÷30=148萬元/年。

5 環境合理性分析

5.1 水煤漿的特性

由于水煤漿采用的是經過選洗后的精煤加工而成的，它本身的灰分、硫分比原煤低，這就決定了它燃燒后排放的煙塵濃度要低于燃煤鍋爐，一般為80 mg/m3。這一排放煙塵濃度已達到了國家對鍋爐大氣污染物排放標準中要求的排放指標（80 mg/m3）。

5.2 水煤漿的燃燒特點

由于水煤漿鍋爐燃燒密閉性良好，所以，水煤漿在儲存、運輸過程中不存在環境污染的問題。而鍋爐的燃盡率達到了90%以上，這就使鍋爐排放的廢棄物可回收利用。

5.3 節能減排

集中供熱顯著提高了能源利用效率，減少了能源的消耗量和廢棄物的產生。按每年節約15 773 t煤計算，可以減少排放151.42 t煙塵、39 432.50 t的CO2、246.06 t的NOX、260.25 t的SO2。

5.4 集中供熱的優勢

集中供熱可減少鍋爐占用面積，減少燃料、灰渣的運輸量和散落量，降低運行費用，并為安裝高煙囪和煙氣凈化裝置提供了便利的條件。這樣做有利于減少煙塵和大氣污染，改善環境衛生。現場煙氣排放的檢測效果如表2所示。

表2 煙氣排放效果

項目 單位 執行標準 排放結果 評價

煙塵 mg/m3 120 35.4 合格

SO2 mg/m3 400 180 合格

NOX mg/m3 300 178 合格

林格曼黑度 —— 1.0級 0.5級 合格

5.5 安全

由于工作人員不需要近距離接觸鍋爐，所以，與分散式的小型燃煤鍋爐相比，事故發生率大大降低。

6 結束語

自20世紀70年代水煤漿技術誕生以來，已具備成熟的生產技術和生產設備。它具有保障燃料的穩定性和流動性等特點，使其成為了可代油、代煤的燃料。結合集中供熱的優勢，無論是從經濟方面還是環境方面來分析，都具有客觀的效益，在一定程度上促進了水煤漿的全面推廣和應用。

參考文獻

[1]張學林.積極推進水煤漿技術的工業應用[J].中國能源，1991（7）.

[2]楊家存，高翔，邵士泉.在中小鍋爐燃用水煤漿可行性分析[J].科技信息，2004（6）：50-51.

[3]中華人民共和國環境保護局，國家質量監督檢驗檢疫總局. GWPB 3—1999 鍋爐大氣污染物排放標準[S].北京：中國環境科學出版社，2000.

〔編輯：白潔〕

Coal-water Slurry Boiler Energy Conservation and Environmental Protection Analysis of Central Heating

Xie Huizhu

Abstract： In recent years， the problem of air pollution is very serious， the state in order to improve the atmospheric environment quality， speed up the adjustment of energy structure， strictly control the use of polluting fuels. Combined with the regional advantages of central heating， coal water slurry as a coal slurry clean fuel， can achieve the goal of high efficiency， safety， energy saving， environmental protection， and accord with the requirement of national conditions. According to the practical application of coal-water slurry concentrated heating boiler to illustrate the characteristics of the project， provide a reference for coal water slurry concentrated heating technology promotion.

Key words： coal water slurry； central heating； energy saving； environmental protection