園區(qū)分散小鍋爐改造案例分析與探討

陳飛飛，俞 聰，王宏石

（華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江 杭州 310030）

1 概述

某沿海地級市經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、產(chǎn)業(yè)眾多，2019年人均GDP已超過18000 美元，當(dāng)?shù)赜兄T如紡織、印染、制酒、醫(yī)藥、建材等多種類型的高耗能行業(yè)，這些行業(yè)聚集著大量的中小企業(yè)，受制于經(jīng)濟(jì)規(guī)模與環(huán)保意識，這些企業(yè)仍普遍使用分散小鍋爐。近年來，當(dāng)?shù)卣畬?jié)能環(huán)保方面要求逐漸變高，出臺了一些列的節(jié)能減排政策，對煤炭提出了限制性使用的要求，要實(shí)現(xiàn)煤炭總量負(fù)增長、煤炭存量有效整合，這就使得當(dāng)?shù)氐母吆哪苄袠I(yè)面臨燃煤鍋爐改造的問題[1]。因此合理選擇燃煤鍋爐的改造方式關(guān)系到這些企業(yè)能否良好地發(fā)展，也關(guān)系到當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展和社會穩(wěn)定。分散小鍋爐改造的方法很多，既有采用小型天然氣鍋爐或生物質(zhì)鍋爐進(jìn)行原地改建的方法，也有新建或利用附近已有的大型熱源提供蒸汽的方法。本文以當(dāng)?shù)啬彻I(yè)園區(qū)為案例，分析園區(qū)進(jìn)行分散小鍋爐改造所需解決的問題，以期為相關(guān)從業(yè)者提供可行的參考。

2 園區(qū)企業(yè)現(xiàn)狀

某工業(yè)園區(qū)內(nèi)有大小用熱氣企業(yè)66 家，根據(jù)對各企業(yè)進(jìn)行的熱負(fù)荷摸排情況來看，大部分熱用戶參數(shù)在0.7～0.85MPa、170～200℃范圍內(nèi)，壓力最高為 0.9MPa，溫度最高為220℃，總的熱負(fù)荷可達(dá)150t/h，各企業(yè)平均熱負(fù)荷約為2.28t/h，其中平均負(fù)荷小于4t/h 的企業(yè)數(shù)量占企業(yè)總數(shù)的85%，相應(yīng)的容量占總?cè)萘?5%，具體情況如圖1 所示。

園區(qū)內(nèi)的企業(yè)生產(chǎn)狀況良好，大部分企業(yè)為兩班制或三班制24 小時作業(yè)，對蒸汽的需求較為穩(wěn)定，圖2 為部分企業(yè)典型日的熱負(fù)荷曲線圖。

經(jīng)調(diào)查，園區(qū)內(nèi)的分散小鍋爐主要有蒸汽鍋爐和導(dǎo)熱油鍋爐，蒸汽鍋爐用戶種類繁多，而導(dǎo)熱油爐用戶主要分布在紡織印染企業(yè)中，用于干燥定型裝置、熱熔染色裝置、染色印花裝置、干燥器、烘干器、軋光機(jī)、壓平機(jī)、洗滌機(jī)、軋布機(jī)、熨平機(jī)、熱風(fēng)拉幅等的加熱。蒸汽鍋爐用戶生產(chǎn)工藝所需的參數(shù)為一般為0.5～0.7MPa、160～180℃，導(dǎo)熱油爐用戶的生產(chǎn)工藝參數(shù)一般為0.7～1.0MPa、180～230℃。可以看出，園區(qū)內(nèi)的用戶用汽參數(shù)在正常范圍以內(nèi)，小型鍋爐或熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組均能滿足要求。

3 改造方式的選擇

影響分散小鍋爐改造方式選擇的因素有很多，比如熱源類型、燃料類型、占地面積、安全可靠性、環(huán)保指標(biāo)、建設(shè)周期、當(dāng)?shù)仄髽I(yè)意愿、改造費(fèi)用和收益等等。下文便結(jié)合工業(yè)園區(qū)相關(guān)情況，逐一對各影響因素進(jìn)行分析。

3.1 熱源類型的選擇

園區(qū)內(nèi)企業(yè)現(xiàn)在使用的均是分散小鍋爐，對原有鍋爐進(jìn)行煤炭清潔化燃燒改造或者改用其它清潔能源進(jìn)行燃料替代，從原理上是可行的。但是按照當(dāng)?shù)氐南嚓P(guān)政策，如果繼續(xù)使用這些分散小鍋爐，則只能使用成本較高的生物質(zhì)或天然氣等清潔能源，增加了燃料成本；分散小鍋爐比集中式熱源的熱效率要低，既浪費(fèi)了能源又增加了燃料成本；改造分散小鍋爐需要花費(fèi)一筆不小的固定投資費(fèi)用，鍋爐運(yùn)行期間還會產(chǎn)生一系列的運(yùn)行費(fèi)用。這些都會使得企業(yè)的用能成本變高，增加了企業(yè)的負(fù)擔(dān)，降低了產(chǎn)品的競爭力，不利于企業(yè)的長久發(fā)展。而使用集中式熱源，由于集中式熱源的燃料種類來源豐富、熱效率高、單位運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，可以避免分散小鍋爐存在的不利之處[2]。因此園區(qū)熱源改造首先考慮使用集中式熱源。

圖1 園區(qū)內(nèi)各企業(yè)熱負(fù)荷分布情況

圖2 部分企業(yè)典型日24 小時熱負(fù)荷曲線圖

3.2 燃料類型的選擇

根據(jù)當(dāng)?shù)氐恼撸禾繉儆谙拗菩阅茉矗畬Ξ?dāng)?shù)氐拿禾肯目偭坑锌刂颇繕?biāo)，因此雖然當(dāng)?shù)亟煌òl(fā)達(dá)，能夠方便的獲取煤炭，但是依然不建議優(yōu)先用煤炭作為燃料。

當(dāng)?shù)靥幱谘睾５貐^(qū)，屬于港口城市，有可供使用的LNG船碼頭，同時還位于西氣東輸工程的沿線，因此天然氣的供應(yīng)相對而言比較充足；當(dāng)?shù)貧夂虿凰愫洌用裎磳?shí)行集中供暖，因此在冬季時不會出現(xiàn)與居民爭搶天然氣氣源的情況，能夠保證全年天然氣供應(yīng)的穩(wěn)定；使用天然氣不受當(dāng)?shù)叵廾赫叩挠绊懀虼私ㄗh將天然氣作為園區(qū)小鍋爐改造的首選燃料。

當(dāng)?shù)靥幱谄皆貐^(qū)，附近有大量的耕地，主要種植水稻、麥等農(nóng)作物，生物質(zhì)燃料數(shù)量較為豐富，可以考慮使用生物質(zhì)燃料。但是生物質(zhì)燃料具有容易結(jié)渣、儲存成本高、需要進(jìn)行預(yù)處理等缺點(diǎn)[3]，因此建議將生物質(zhì)燃料作為次優(yōu)選燃料。

當(dāng)?shù)毓ど虡I(yè)發(fā)達(dá)、居民生活水平高，區(qū)域內(nèi)用電量較大，經(jīng)常需要通過電網(wǎng)向外省購置電能，電能比較緊缺；電能是高品質(zhì)清潔能源，直接制取蒸汽不符合當(dāng)?shù)氐哪茉凑撸欢耶?dāng)?shù)乜梢垣@得其它類型的清潔燃料，不屬于必須使用電鍋爐的情況，因此不推薦使用電能作為園區(qū)小鍋爐改造的能源。

3.3 占地面積的影響

園區(qū)受制于耕地紅線政策的影響，不能隨意擴(kuò)增園區(qū)面積，而園區(qū)經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，每年都會有新的企業(yè)入駐，原有企業(yè)也會不定期擴(kuò)建生產(chǎn)線，使得園區(qū)可使用面積非常緊張，土地價格持續(xù)上漲。改造時如果能夠選擇單位占地面積小的設(shè)備，則用戶可以將節(jié)約的土地用于生產(chǎn)車間擴(kuò)建，極大降低企業(yè)擴(kuò)大再生產(chǎn)的成本，因此本條推薦采用集中式熱源向園區(qū)企業(yè)供汽。

3.4 安全可靠性

無論是集中式熱源還是分散式小鍋爐，設(shè)備的安全隱患主要在于所使用燃料的安全特性，煤炭和生物質(zhì)需要注意防火，電能需要注意防觸電，而天然氣因具有易燃易爆的特點(diǎn)，需要特別重視其安全問題[4]。根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》，建設(shè)燃?xì)庠O(shè)備需要滿足一系列防火防爆要求，還需要經(jīng)過消防部門驗(yàn)收合格后才能投入使用。大量分散的燃?xì)忮仩t及儲氣罐也給當(dāng)?shù)貛順O大的安全隱患，需要用熱企業(yè)投入足夠的安全措施費(fèi)用。因此對于安全性要求較高的場所，不建議使用天然氣設(shè)備作為熱源制備蒸汽。

3.5 環(huán)保指標(biāo)要求

當(dāng)?shù)卣蟾脑旌蟮臒嵩茨軌蜻_(dá)標(biāo)排放，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物的指標(biāo)分別為10、35、50 毫克/立方米。使用煤炭的話，必須進(jìn)行預(yù)處理，且燃燒后的煙氣還需要除塵脫硫脫硝，工藝繁瑣且成本較高；生物質(zhì)燃料燃燒產(chǎn)生的煙塵和二氧化硫的含量相對較低，但需解決氮氧化物含量較高的問題；使用天然氣則基本無粉塵和二氧化硫排放，只需處理氮氧化物；電能是清潔能源，不會產(chǎn)生上述污染物[5]。因此從環(huán)保要求來看，電能>天然氣>生物質(zhì)>煤炭。

3.6 建設(shè)周期

分散小鍋爐建設(shè)周期普遍較短，無論是原有燃煤鍋爐改造還是新建燃?xì)忮仩t、生物質(zhì)鍋爐、電鍋爐，從建設(shè)到投產(chǎn)僅需數(shù)月；而新建集中式熱源則需要數(shù)年的時間，但是如果利用附近的集中式熱源，則只需要鋪設(shè)蒸汽管道即可，建設(shè)周期大大縮短，只需數(shù)月即可。因此從建設(shè)周期來看，利用原有集中式熱源＜各類分散式小鍋爐＜新建集中式熱源。

3.7 當(dāng)?shù)仄髽I(yè)意愿

由于改造會影響企業(yè)的生產(chǎn)，因此不停產(chǎn)就能實(shí)現(xiàn)改造的方式更受歡迎；如果使用外部汽源，則企業(yè)擔(dān)心無法控制汽源的工作情況，自身生產(chǎn)用汽會受到影響，因此對使用外部汽源有一定的抵觸情緒；企業(yè)使用自備小鍋爐，生產(chǎn)成本隨燃料價格變動，而使用外部汽源，有可能出現(xiàn)蒸汽價格隨燃料價格上漲但卻不隨燃料價格下降的現(xiàn)象，企業(yè)對此也有疑慮；對于計劃入駐園區(qū)的企業(yè)，如果有價格合適、供應(yīng)穩(wěn)定的汽源，則會大大提升企業(yè)的入駐意愿。因此綜合考慮，使用國有資本經(jīng)營的大型集中式熱源最能滿足當(dāng)?shù)仄髽I(yè)的意愿。

3.8 改造費(fèi)用和收益

對一個平均熱負(fù)荷為5t/h，原本使用燃煤鍋爐的企業(yè)來說，清潔燃燒改造后每年需花費(fèi)的投資均攤+燃料成本+運(yùn)行維護(hù)費(fèi)約400 萬元，而改建天然氣鍋爐相應(yīng)的年成本為1200 萬元，改建生物質(zhì)鍋爐相應(yīng)的年成本為450 萬元；改建電鍋爐相應(yīng)的年成本約為2900 萬元。而集中式熱源則是由第三方建設(shè)，相應(yīng)的蒸汽管道鋪設(shè)費(fèi)用也由第三方承擔(dān)，用戶只需支付購買蒸汽的費(fèi)用+極少量的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)，成本優(yōu)勢巨大，每年總的費(fèi)用可維持在500 萬元以內(nèi)。而且當(dāng)?shù)卣蟊仨毾奁诓鸪?5t/h 容量以下的燃煤小鍋爐，因此對于園區(qū)內(nèi)數(shù)量眾多的中小企業(yè)來說，使用集中式熱源符合其需求。

4 改造方式的確定

通過第三章相關(guān)內(nèi)容的比較和分析，從熱源類型、占地面積、當(dāng)?shù)仄髽I(yè)意愿、改造費(fèi)用和收益來看，采用集中式熱源優(yōu)勢較大；從燃料類型、環(huán)保指標(biāo)來看，采用天然氣作為能源較有優(yōu)勢；從建設(shè)周期來看，利用既有的集中式熱源較為有利；從安全可靠性來看，采用天然氣具有一定的危險性，需要采取可靠措施應(yīng)對。通過對園區(qū)周邊的調(diào)研可知，園區(qū)附近10km 存在一個天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)電廠，傳統(tǒng)的蒸汽供應(yīng)半徑在5km 以內(nèi)，無法實(shí)現(xiàn)向園區(qū)供汽，但是若采用新型長輸供熱技術(shù)則可以實(shí)現(xiàn)15km 至20km 距離的蒸汽輸送[6]。因此利用既有的天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)電廠供應(yīng)蒸汽是最為合理的方式，而且熱電聯(lián)產(chǎn)電廠從業(yè)人員技術(shù)水平高、工作細(xì)致、管理規(guī)范，可以最大程度上避免發(fā)生燃?xì)獍踩鹿省Ｒ虼吮景咐扑]利用附近的天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)電廠向園區(qū)供應(yīng)蒸汽，只需要敷設(shè)管道，即可完成改造。

5 結(jié)論

在分散小鍋爐項(xiàng)目具體實(shí)施過程中，合理選擇改造的技術(shù)路線十分重要。本文以具體案例為基礎(chǔ)，列舉了熱源類型、燃料類型、占地面積、安全可靠性、環(huán)保指標(biāo)、建設(shè)周期、當(dāng)?shù)仄髽I(yè)意愿、改造費(fèi)用和收益等8 個需要考慮的影響因素，通過對某工業(yè)園區(qū)相關(guān)情況的詳細(xì)分析和比對，推薦采用既有天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)電廠+長輸供汽技術(shù)實(shí)現(xiàn)園區(qū)的小鍋爐改造，可以充分照顧各方的關(guān)切，有利于推動項(xiàng)目的實(shí)施。在分散小鍋爐的改造過程中，如果能夠進(jìn)行各影響因素的比對分析，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況選擇最合理的改造方式，便可以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目參與各方的效益最大化。