后煤時代的鍋爐能源分析

周韜（上海市浦東新區特種設備監督檢驗所，上海　201300）

后煤時代的鍋爐能源分析

周韜（上海市浦東新區特種設備監督檢驗所，上海201300）

煤炭資源有著不可再生性，粗放的使用煤炭資源必然會導致資源枯竭和環境污染，隨著我國對節能減排工作的日益重視，煤炭燃料正被逐步替代的后煤時代已經到來。本文基于此背景，簡要介紹和分析了后煤時代鍋爐的幾種型式和所對應的清潔能源，并探討了具體的應用方案和應用特點，旨在為后煤時代燃煤鍋爐的清潔能源替代工作提供些許個人的觀點和思路。

后煤時代；鍋爐；清潔能源；應用方案

在我國，煤炭作為一種開采簡便、儲量豐富且價格相對低廉的能源品種一直都在發電、供熱和工業等領域占據著舉足輕重的地位。但與之對應的則是煤炭的粗放型使用帶來了日益嚴重的環境污染，特別是備受關注的霧霾問題就與燃煤鍋爐的使用有一定程度的關聯。同時，新頒布或修訂的《中華人民共和國特種設備安全法》、《鍋爐安全技術監察規程》、《鍋爐定期檢驗規則》、《鍋爐使用管理規則》等相關法律法規技術標準也對鍋爐的節能工作有了更加詳盡的規定。可以預見，開發和利用鍋爐清潔能源，切實提高鍋爐能效和減排將是整個鍋爐行業在今后發展過程中亟待需要研究的一個課題。基于以上，本文簡要介紹和分析了后煤時代鍋爐能源的若干相關問題。

1　后煤時代概述

2015年12月18日，英國最后一家深層煤礦走到了歷史盡頭，許多媒體都在感嘆煤炭時代的落幕和后煤炭時代的到來，英國在過去六十年間內積極采用核能、風能以及天然氣等清潔能源來替代煤炭，緩解煤炭對空氣的污染問題，積極打造后煤炭經濟［1］。我國作為煤炭儲量大國，在過去相當長一段時間內都以使用煤炭作為主要的熱能燃料，煤炭的使用雖然在一定程度上降低了能源的使用成本，但也造成了巨大的環境污染，尤其燃煤鍋爐的使用被認為是導致城市空氣污染的一大因素。

所以，在后煤時代加強鍋爐清潔能源的開發與替代工作十分必要，符合當前社會節能減排的主流趨勢，也與國家產業轉型和升級的總體方針相吻合。

2　后煤時代鍋爐能源

2.1燃氣能源的應用——燃氣鍋爐

以燃氣作為燃料的鍋爐被統稱為燃氣鍋爐，其主要包含三個組成部分，分別是鍋爐本體、燃燒設備和附屬設備，下面來簡要介紹和分析燃氣能源在鍋爐中的應用特點、適用范圍、能效及節能減排。

2.1.1燃氣鍋爐特點

（1）熱效率高

相較于傳統燃煤鍋爐而言，燃氣鍋爐的爐膛容積和放熱強度更高，同時不會對對流管束產生較大的腐蝕，運行過程中傳熱效果佳，且排煙溫度較低，因此比傳統的燃煤鍋爐有更高的熱效率。一般來說，燃氣鍋爐的設計熱效率普遍高達90%-95%，若配合加裝節能器使用，熱效率還可以有進一步提升。以采用尾部換熱的冷凝式燃氣鍋爐為例，由于其充分回收了煙氣中的顯熱和水蒸汽的凝結潛熱而可以使排煙溫度降低至60℃左右，從事實現了鍋爐的快速升溫，使傳統鍋爐預熱過程中的損耗被大幅度降低，自動化燃燒控制系統從一定程度上還能夠保證燃燒的充分性，減少了燃料不充分燃燒造成的損耗。

（2）環保性能優良

目前國內市場在制在售的燃氣鍋爐絕大部分以天然氣作為其標準燃料（實際以鍋爐產品質量證明書“燃料”一欄標注為準），天然氣作為一種普遍和典型的清潔能源在全世界范圍內應用廣泛，其特點是不含有灰分，燃燒后產生的煙氣較少，且煙氣本身不含有粉塵，同時二氧化硫的含量十分低，燃燒過程中對環境的污染幾乎可以忽略不計，因此鍋爐應用燃氣（天然氣）能源有著十分優良的環保性能。

（3）占地小

傳統的燃煤鍋爐由于必須包含上煤機、鼓風引風機、除渣機、除塵器等諸多附屬設備而使得整個鍋爐系統需要較大的占地面積，而燃氣鍋爐由于燃料輸送的便利性和自身熱循環結構簡單的優點，使得鍋爐本體的高度及整個鍋爐系統的占地面積均較傳統燃煤鍋爐大大縮小，從而有效減小了鍋爐房的建筑面積和整體高度，對于節約投資、改善鍋爐運行環境、降低勞動力使用等方面有著現實意義。

（4）安全性和可靠性高

鍋爐屬于《中華人民共和國特種設備安全法》明文界定的八大類特種設備之中的一種，對人身和財產安全有較大的危險性。燃氣鍋爐將控制系統和燃燒器控制系統相結合，實現對整個燃燒過程的精密自動化控制，大幅度提升了鍋爐運行的可靠性與安全性［2］。此外，對比煤炭能源來說，燃氣能源燃燒過程中產生的雜質更少，降低了鍋爐高低溫受熱面發生腐蝕的概率，從燃料自身的特性來看，也在一定程度上提升了鍋爐運行的安全性和可靠性。

2.1.2燃氣能源適用范圍

燃氣鍋爐的適用范圍相對較為廣泛，燃氣熱水鍋爐能夠在工廠、學校、酒店、住宅等場所中應用，提供生活熱水和采暖功能。而燃氣蒸汽鍋爐則是工業生產中的重要設備，例如在產品消毒、定型、熱處理、原物料加熱中的應用等。

2.1.3燃氣鍋爐能效及節能減排

燃氣鍋爐系統有著附屬設備少、系統簡單、安裝快速、自動化控制程度高的特點，維護檢修成本也較一般傳統燃煤鍋爐低廉。燃氣鍋爐和燃煤鍋爐在能效以及運行管理方面的比較如表1所示。

表1　燃氣鍋爐與燃煤鍋爐比較表

從排放限值方面來看，對于燃煤鍋爐而言，其在煤炭運輸、存儲、燃燒等一系列過程中所產生的污染較為嚴重，尤其是燃燒后產生的煙氣只有經過脫硫除塵處理之后才有可能達到排放標準，且效果不穩定，鍋爐正常運行過程中還要對除塵設備的日常清理、維護、升級進行持續投入。而燃氣鍋爐在燃料運輸和燃燒過程中產生的污染較少，也無須考慮除設備塵的先期投入和后續維保等問題。

2.2電力能源的應用——電鍋爐

電鍋爐主要以電阻發熱或磁感應發熱為基本原理，通過換熱部位對有機載體或熱媒介質進行加熱，達到一定溫度和壓力之后輸出額定功率。

2.2.1電鍋爐特點

（1）清潔環保

電鍋爐的環保性能比燃氣鍋爐還要高，在運行的過程中，能夠實現完全無污染和零排放，同時噪聲較低，不會出現明火作業，消防安全性能優良。但需要注意的是，雖然電鍋爐本身運行的過程中不會導致環境污染，但勢必會導致電能需求的上升，而使用煤炭熱力發電是仍然是我國當前電力生產的主要形式，因此在電力生產過程中積極發展風能、太陽能等清潔能源至關重要。

（2）經濟性高

第一，電鍋爐由于自身結構簡單、附屬設備較少，因此現場安裝調試十分簡便快速，且性能穩定，有效使用壽命長，相對其它類型的鍋爐而言，維護檢修成本更為低廉。

第二，電鍋爐可以根據用戶需求來使用蓄熱系統，即在夜間儲備白天所需要的熱能，對于部分使用單位來說，夜間實行的是低谷電價，選擇此時段運行鍋爐可以減少電費支出，從而降低鍋爐的運行成本。同時

第三，從電廠方面來看，在電力高峰時段和低谷時段的供電煤耗與線損有著較大差異，低谷用電有利于電網移峰填谷，降低電力高峰的負荷，提升輸變電設備運行的可靠性，在降低電網線損、減少煤耗、節約電力使用等方面有著積極的意義。

（3）運行簡單方便

電鍋爐在運行過程中能顧實現全自動化控制，穩定性和安全性良好，操作也十分簡便。此外，大部分的電鍋爐可以根據用戶要求和工況需要實現多時段自動化運行。

2.2.2電鍋爐適用范圍

目前，電鍋爐在高等院校實驗室、醫院、辦公樓、賓館、工廠以及軍事設施中都有著重要的應用，其適用范圍十分廣泛。

2.2.3電鍋爐經濟性分析

如果選擇蓄熱供熱方式可以使用全低谷電價，運行成本較低。而如果采用直接供熱的方式，則可能需采用全電價，其運行成本相較燃氣鍋爐更高一些。因此，用戶應根據自身采暖需要或工況需求選擇是否使用電鍋爐，并充分利用低谷電價，錯開高峰用電，以此來降低運行成本。

2.3生物質成型燃料

生物質成型燃料指的是采用農林中的廢氣物料如鋸末、木屑、秸稈等作為原材料，經過切片、粉碎、調制、擠壓、烘干等一系列流程制成的一種固體燃料，成品密度較大。目前國內通過設備改造已經可以實現鍋爐以生物質燃料替代傳統的煤炭燃料運行，雖然其熱值略低于標準煤，但相較于燃氣和電鍋爐而言，在相同單位數值的供熱供氣條件下，生物質成型燃料的使用成本更低，且幾乎能夠實現零碳排放和零硫排放，環保性能良好。同時生物質燃料在鍋爐系統中燃燒產生的灰燼還屬于優質的有機肥可以被再利用，從而最終實現理想狀態下的能源循環。目前，阻礙生物質成型燃料快速發展的瓶頸主要是燃燒過程中尚待完善的除煙除塵技術和原物料供應不足的問題，另外，由于選擇劣質生物質燃料燃燒而造成的鍋爐本體部件過熱變形燒損的事故也屢有發生。盡管如此，若綜合考量，僅僅把生物質成型燃料作為氣、電等其它鍋爐能源的有益補充，其依然有著十分可觀的市場前景和發展潛力。

2.4分布式供能

為了促進經濟與環保的協調發展，緩解當前的環境問題和能源危機，我國提出了新的能源發展戰略，保證能源利用的清潔化和多元化，積極發展低碳經濟，在《十二五節能減排工作方案》中，分布式能源的應用備受關注［3］。

相較于煤炭能源來說，分布式供能方式能夠有效節能，降低溫室氣體排放，并且不限于傳統鍋爐房的建造布置要求，可以在屋頂和地下室靈活布置，對于節約用地有著積極的意義。分布式供能主要以天然氣、煤層氣、沼氣等氣體燃料或太陽能、風能等自然可再生能源作為一次能源，實現電能、冷能和熱能的三聯供。總的來說，分布式能源是傳統鍋爐的一次升級，相信會逐步在工業園區、辦公樓宇、大型設施和人員密集型場所等區域發揮重要作用。

3　結語

綜上所述，本文從后煤時代概述入手，分析了后煤時代開發和利用鍋爐清潔能源的必要性，并從燃氣鍋爐、電鍋爐、生物質成型燃料、分布式能源四個方面探討了鍋爐清潔能源的具體應用。清潔能源相較于傳統的煤炭能源來說更符合國家產業升級發展的方向和大氣環境治理的要求。文中著重探討了燃氣鍋爐和電鍋爐的應用方案，這兩種能源在鍋爐清潔能源的應用中相對成熟，有著各自的特點和優勢。同時，生物質成型燃料和分布式供能雖然處于起步和探索階段，但當下作為前兩者的有益補充也有著十分廣闊的應用前景。總的來說，后煤時代應當加大對燃煤鍋爐的淘汰、改造和升級，同時加快步伐進一步推進燃煤鍋爐清潔能源的替代工作。

［1］劉文霞，米偉.燃煤鍋爐清潔能源替代工程節能減排分析［J］.節能，2014，01:53-56.

［2］陳清.加大燃煤鍋爐清潔能源替代力度全面完成2014年市政府實施工程項目［J］.上海節能，2014，04:1-2.

［3］燃煤（重油）鍋爐清潔能源替代典型案例選編［J］.上海節能，2012，10:9-13.

周韜（1982-），男，上海人，漢族，現職稱：助理工程師，學歷：本科，研究方向：特種設備（鍋爐）檢驗檢測。