燃氣鍋爐與燃煤鍋爐運行經濟效益分析

鞠頌 李慧星

摘 要：目的 對燃氣鍋爐和燃煤鍋爐的投資與運行經濟效益做對比分析，論證燃氣鍋爐替代燃煤鍋爐的經濟性和可行性。方法 結合工程實踐，對比燃氣鍋爐和燃煤鍋爐的一次投資費用、投資回收年限和運行費用，評價將燃煤鍋爐改造為燃氣鍋爐后的經濟效益、環境效益和社會效益。結果 燃氣鍋爐一次投資費用、運行費用、年供熱成本高于燃煤鍋爐。燃氣鍋爐的出力、環境效益和社會效益比燃煤鍋爐占有明顯優勢，綜合效益高于燃煤鍋爐。結論 燃氣鍋爐比燃煤鍋爐綜合效益更佳。在燃煤鍋爐負荷不足，改造空間受限的條件下，采用燃氣鍋爐作為增容方案是切實可行的。

關鍵詞：燃氣鍋爐 鍋爐出力 熱效率 減排 環保

中圖分類號：TK22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（b）-0075-05

Abstract： Objectiveg： Compare the investment and operation economic benefits of gas boilers and coal-fired boilers， and demonstrate the economics and feasibility of replacing gas boilers with coal-fired boilers. Methods Combined with engineering practice， compare the investment cost， investment recovery period and operating cost of gas boilers and coal-fired boilers， and evaluate the economic， environmental and social benefits of converting coal-fired boilers into gas boilers. Results Gas boilers have higher investment costs， operating costs and annual heating costs than coal-fired boilers. The environmental and social benefits of gas-fired boilers have a clear advantage over coal-fired boilers， and the overall benefits are higher than that of coal-fired boilers. Conclusions Gas boilers have better overall benefits than coal-fired boilers. Under the condition that the coal-fired boiler has insufficient load and the transformation space is limited， it is feasible to use the gas boiler as the capacity-increasing scheme.

Key Words： Gas boiler； Boiler output； Thermal efficiency； Emission reduction； Environmental protection

隨著我國社會經濟的快速發展，霧霾問題也變得越來越嚴重，不僅霧霾天氣出現的頻率越來越高，而且在嚴重程度上也比以前有所增大，嚴重危害人們身體健康，因此治理霧霾天氣造成的環境污染問題迫在眉睫。在北方，冬季供暖燃煤是造成霧霾的主要原因，一方面煤的燃燒必然會導致二氧化硫和其他煙塵、粉塵等大量污染物的排放，燒煤取暖勢必會加劇霧霾天氣的形成與惡化；另一方面，煤炭資源屬于不可再生資源，多年對煤炭的過度開發使用，也導致當地生態環境破壞嚴重，資源面臨枯竭。實施煤改清潔能源是治理霧霾的一個有效手段。為改善大中型城市的大氣污染狀況，我國調整了燃料政策，鼓勵公共企業事業單位使用天然氣，同時也促進了燃氣鍋爐的發展。在西氣東輸的政策影響下，全國天然氣源形成網絡，豐富的天然氣資源給我國很多地區提供了“煤改氣”的可能，燃氣鍋爐已在國內很多地區得到了較好的應用。在原有鍋爐房面積受限，鍋爐出力不足的情況下，很多企業選擇將部分或全部鍋爐改造為占地面積更小，熱效率更高的燃氣鍋爐。這里我們以燃煤鍋爐改造為燃氣鍋爐的實際工程項目為研究對象，對比燃氣鍋爐和燃煤鍋爐的一次投資費用以及運行一個采暖期的總能耗和運行費用。分析在鍋爐改造項目中選擇將燃煤鍋爐改為燃氣鍋爐的經濟效益、環境效益和社會效益。

1 燃氣鍋爐與燃煤鍋爐系統差別分析

燃氣鍋爐系統圖如圖1所示。

燃煤鍋爐系統圖如圖2所示。

如圖1、圖2所示，燃氣鍋爐與燃煤鍋爐系統設備主要差別有以下幾個方面。

（1）燃氣鍋爐比燃煤鍋爐增加了天然氣調壓站、除氧泵等設備。

（2）燃氣鍋爐比燃煤鍋爐節省了爐排、空氣預熱器、省煤器、鼓引風機、除渣設備、脫硫除塵器、煙囪等大型設備設施，因而大大節省了鍋爐用房面積，布置更為靈活，也相應節省了房產和用地投資費用。

（3）燃煤鍋爐輔機中的麻石脫硫除塵器、除渣機、沉渣池、軟化水處理、風機冷卻等需要用到自來水，產生水費和相應的水處理費用，而燃氣鍋爐用水費用很少。

（4）燃煤鍋爐的鼓引風機、給水泵、上煤皮帶等用電量較大，而燃氣鍋爐配套設備用電量相對較小。

下面我們通過工程項目實例來分析對比燃氣鍋爐與燃煤鍋爐的一次投資費用和運行費用。

2 項目概況

本文研究的項目改造前有4臺35T和3臺10T燃煤蒸汽鍋爐，用于實供面積約231m2的居民冬季采暖。鍋爐房平面布置圖如圖3所示。

原3臺10T燃煤蒸汽鍋爐位置在圖中“預留廠房”內。

改造前存在問題如下。

2.1 環境污染

該集中供熱系統的脫硫除塵設施因場地所限，排煙通道設置角度不佳，導致嚴重影響煙氣脫硫效果，煙氣排放不達標，屢次因環保不達標被處罰。

2.2 維護成本高

因排煙溫度過高，袋式除塵器的布袋屢屢被燒壞，而必須更換除塵布袋，除塵布袋價格較高，從而提高了維修成本且供熱效果差。

2.3 出力低，供熱量不足

因供暖區域新增接網面積逐年增加，原有鍋爐房鍋爐容量小，加上該集中供熱系統鍋爐出力低等原因，導致該供熱系統不足以滿足全部用戶供熱需求，用戶室溫不達標，供熱投訴率較高。

2.4 政策原因

按照市里拆小聯大政策，需拆除10T以下小型燃煤鍋爐。3臺10T燃煤蒸汽鍋爐被責令停用，近幾年一直未運行。

3 燃氣鍋爐與燃煤鍋爐成本與經濟對比分析：

燃氣鍋爐與燃煤鍋爐成本與經濟對比分析主要包括一次投資費用和運行費用。一次投資費用包括鍋爐設備費用、鍋爐輔機費用、鍋爐房房產及土地征用費用等。運行費用包括燃料費、水費、鍋爐機組消耗電費、灰渣處理費、環保費、設備維修費和鍋爐房管理人員及司爐工工資。

將新建20T燃氣蒸汽鍋爐與其他熱源廠20T燃煤鍋爐和的一次投資費用對比見表1。

企業年收益為5260.7萬元，3臺20t/h燃氣蒸汽鍋爐一次投資費用為893.93萬元，3臺20t/h燃煤蒸汽鍋爐一次投資費用為858.2萬元，在考慮鍋爐用房費用、場地建設費用和煙囪建設費用的條件下燃氣鍋爐的一次投資費用略高于燃煤鍋爐。兩者投資回收期均少于1年。

燃氣鍋爐與燃煤鍋爐運行費用對比見表2。

燃氣鍋爐運行費用為1239.97萬元/a，平均單臺619.99萬元/a；燃煤鍋爐運行費用為2785.75萬元/a，平均單臺鍋爐928.58萬元/a，隨著使用年限推移運行費用會出逐年遞增。

4 經濟、環境、社會效益分析

4.1 經濟效益

增加3臺20t/h燃氣鍋爐后，原4臺35T燃煤蒸汽鍋爐比改造前節省耗煤量為6019.2t，節省燃煤費用為361.2萬元。

4臺35T燃煤蒸汽鍋爐年供熱熱值為205488T，單臺燃煤鍋爐年平均供熱值51372T；2臺20T燃氣蒸汽鍋爐年供熱熱值為2220T，單臺燃氣鍋爐年平均供熱值1110T。3臺20T燃煤蒸汽鍋爐年供熱熱值為79259T；20T燃煤蒸汽鍋爐單臺年供熱熱值為26419.89T。

燃氣蒸汽鍋爐運行費用的計算公式如下：

燃氣蒸汽鍋爐年運行費用=鍋爐小時燃氣耗量值×鍋爐噸位×用氣小時數×用氣天數×0.55×燃氣售價

燃氣蒸汽鍋爐3臺，其中兩用一備，全年用氣時間150d。天然氣售價3.6元/Nm3， 鍋爐小時燃氣耗量值約1500m3/臺。

改造后實際燃氣耗量：該供熱區域一個采暖期的燃氣實際耗量為3359439Nm3，燃氣單價為3.6元/Nm3，改造后燃料費約為1209.4萬元。

代入公式得：

2×1500×20×用氣小時數×150×3.6=1209.4萬元

經計算可得：日平均用氣小時數約0.37h，折合22.4分鐘。

燃氣蒸汽鍋爐出力可達到20T/h。

4臺35T燃煤蒸汽鍋爐平均出力14.27T/h。

3臺20T燃煤蒸汽鍋爐平均出力17.2T/h。

將燃氣鍋爐與燃煤鍋爐的一次投資、運行費用、供熱量和供熱費用進行對比，結果見表3。

年供熱費用為一次投資金額均攤到10年使用期之后加上年運行費用。

經計算對比，燃氣鍋爐在實際每天運行約0.37h的年供熱成本是滿負荷運行狀態下的供熱成本的2倍。燃氣鍋爐供熱成本高于燃煤鍋爐的供熱成本。

4.2 環境效益

參照GB 13271-2014《鍋爐大氣污染物排放標準》中，大氣污染物基準含氧量排放濃度折算方法，計算方法如式⑴。

式中，ρ為大氣污染物基準氧含量排放濃度，mg/m3；ρ'為實測的大氣污染物排放濃度，mg/m3；（O2）為實測含氧量，%；（O2）為基準氧含量，%（燃氣鍋爐為3.5%）。

折算后NOX實際排放濃度值為51.5mg/m3，遠低于新建鍋爐氮氧化物排放限值為200mg/m3的環保標準。由于燃氣蒸汽鍋爐所用燃氣的硫含量及顆粒物含量幾乎為零，故不存在SO2及顆粒物污染排放。

改造前該集中供熱系統顆粒物排放濃度為29mg/m3，SO2排放濃度為122mg/m3，NOX排放濃度為198mg/m3。

燃氣鍋爐比燃煤鍋爐產生的噪聲低。天然氣為清潔能源，燃氣鍋爐不會像燃煤鍋爐生產運行時產生大量煙塵、二氧化硫及氮氧化物等大氣污染主要氣體，燃煤鍋爐改為燃氣鍋爐對環境有很大改善。

4.3 社會效益

由燃煤鍋爐改為燃氣鍋爐后，可大幅度提高鍋爐出力和熱效率，提高供熱質量的同時也實現了節能減排。經過一個采暖期的入戶室溫調查，調查結果顯示該鍋爐房供熱范圍內用戶室溫由改造前的16℃～20℃，提高到了20℃～23℃，解決了該供暖區域常年用戶室溫達標率不夠的情況。煤改氣后年供熱熱值比較：改造前205488kJ，改造后207708kJ，熱用戶整個采暖期投訴率由改造前的11‰降為5‰。

5 結語

經過對比分析，燃氣鍋爐一次投資費用和運行費用都比燃煤鍋爐高，但燃煤鍋爐的運行為了達到環保標準，其系統必須加裝脫硫、脫硝和除塵設備。這些環保設施的投資和運行費用都很高而且運行時往往還會產生對環境的二次污染。而燃氣鍋爐燃用的天然氣是清潔能源，排放物對環境的污染較小，又具有運行效率高、鍋爐出力高、運行更節能、所需占地小、能改善工作環境的優點，比燃煤鍋爐綜合效益更佳。在燃煤鍋爐負荷不足，改造空間受限的條件下，采用燃氣鍋爐作為增容方案是切實可行的。燃氣鍋爐是燃煤鍋爐的有效環保替代產品，在城市區域供熱中應用潛力巨大。

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