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廣州市特種承壓設(shè)備檢測研究院 董進寧
[摘 要]通過對燃生物質(zhì)與燃煤工業(yè)鍋爐進行詳細的能效測試分析可知，生物質(zhì)鍋爐產(chǎn)生蒸汽為3563kg/h多于燃煤鍋爐3475kg/h，其效率為80.50％優(yōu)于燃煤鍋爐76.95％，折算可節(jié)省標煤2873t/年；應用技術(shù)經(jīng)濟的觀點對兩種鍋爐進行經(jīng)濟性分析可知，生物質(zhì)工業(yè)鍋爐投資回收期比燃煤工業(yè)鍋爐時間短，總收益更高，內(nèi)部收益率高，抗風險性更好，因此燃生物質(zhì)工業(yè)鍋爐系統(tǒng)對環(huán)境影響很小且投資收益很高，值得大力推廣。
0.引言
目前，化石資源逐漸枯竭，價格不斷上漲，全世界都面臨著能源短缺的危機。化石燃料衍生帶來一系列環(huán)境問題。作為高耗能設(shè)備的工業(yè)鍋爐對能源及環(huán)境有著重要的影響，我國是一個以煤為主要能源的國家，燃煤工業(yè)鍋爐占工業(yè)鍋爐總量的80％以上，工業(yè)鍋爐量大面廣，平均容量小，能耗大，污染嚴重，尋找新的環(huán)境友好的替代能源以解決高耗能燃煤工業(yè)鍋爐的污染及能耗成為我國現(xiàn)在面臨的迫切問題。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，有著豐富的秸稈資源，因此充分利用生物質(zhì)秸稈資源，發(fā)展生物質(zhì)鍋爐成為解決我國秸稈資源浪費及工業(yè)鍋爐高耗能、高污染問題的一種良好途徑。并為生物質(zhì)成型燃料的大規(guī)模生產(chǎn)提供了必要條件。因此本文就燃生物質(zhì)成型顆粒工業(yè)鍋爐系統(tǒng)與燃煤工業(yè)鍋爐在技術(shù)上進行詳細的能效分析，在經(jīng)濟上運用技術(shù)經(jīng)濟的觀點對兩種鍋爐進行經(jīng)濟性分析。
1.燃生物質(zhì)與燃煤工業(yè)鍋爐系統(tǒng)的能效分析
1.1研究范圍
為比較清楚明晰的比較兩種不同燃料工業(yè)鍋爐系統(tǒng)的能效情況，本文選取燃生物質(zhì)工業(yè)鍋爐型號為DZL4—1.25一BMF(如圖1所示)，燃煤工業(yè)鍋爐型號為DZL4—1.25一AⅡ為研究對象，根據(jù)《工業(yè)鍋爐能效測試與評價規(guī)則》TSG G0003—2010對兩臺鍋爐系統(tǒng)進行鍋爐詳細能效測試，測試期間按照鍋爐正常生產(chǎn)供汽狀態(tài)，兩臺鍋爐均保持供蒸汽壓力0.8MPa連續(xù)穩(wěn)定運行。
1.2工業(yè)鍋爐正平衡法測試計算
根據(jù)規(guī)程對鍋爐正平衡數(shù)據(jù)進行記錄，并對測試期間兩臺鍋爐所用燃料生物質(zhì)顆粒與煤進行取樣化驗，燃料工業(yè)分析化驗的結(jié)果如表1所示，燃料元素分析化驗的結(jié)果如表2所示。
測試期間，兩臺鍋爐均無自用蒸汽及外來熱量，兩臺鍋爐蒸汽壓力均為0.80MPa，飽和蒸汽溫度為175.4℃，飽和給水焓為742.72kJ/kg，汽化潛熱為2030.32 kJ/kg，由于兩臺鍋爐未安裝蒸汽取樣裝置，故兩臺鍋爐蒸汽濕度取經(jīng)驗值3％，燃煤鍋爐的給水流量為3475kg/h，燃料消耗量為601.0kg/h，給水溫度25-3℃，給水壓力為1.12MPa，給水焓為107.22kJ/kg，燃生物質(zhì)顆粒鍋爐的給水流量為3563kg/h，燃料消耗量為712.5kg/h，給水溫度為25.2℃，給水壓力為1.06MPa，給水焓為106.754/kg。
根據(jù)鍋爐正平衡計算公式：
得到燃煤工業(yè)鍋爐正平衡效率為75.80％，燃生物質(zhì)顆粒正平衡效率為79.40％。
1.3工業(yè)鍋爐反平衡法測試計算
鍋爐反平衡法測試時，鍋爐大氣參數(shù)測點布置于鼓風機人口附近，排煙溫度及煙氣成分測點布置于鍋爐省煤器后一米處的平直管道上，爐渣、漏渣及飛灰樣本分別于鍋爐出渣口、漏渣口及除塵器處采集并化驗，化驗結(jié)果如表3所示。
鍋爐測試得到燃煤工業(yè)鍋爐爐渣質(zhì)量為40kg/h，漏渣質(zhì)量為2.5kg/h，燃生物質(zhì)顆粒工業(yè)鍋爐爐渣質(zhì)量為4.0kg/h，漏渣質(zhì)量為0.8kg/h，大氣參數(shù)及尾部煙氣采集數(shù)據(jù)如表4所示。
根據(jù)GB/T 10180—2003中計算公式可以計算得到，燃煤工業(yè)鍋爐排煙處過量空氣系數(shù)為2.73，爐渣含灰量占入爐燃料總灰量的重量百分比為76.96％，漏渣含灰量占人爐燃料總灰量的重量百分比為5.10％，飛灰含量占入爐燃料總灰量的重量百分比為17.94％，鍋爐排煙熱損失為15.99％，氣體未完全燃燒損失0.20％，固體未完全燃燒損失2.63％，表面散熱損失2.9％、灰渣物理熱損失0.02％；燃生物質(zhì)顆粒工業(yè)鍋爐排煙處過量空氣系數(shù)為2.38％，爐渣含灰量占人爐燃料總灰量的重量百分比為29.87％，漏渣含灰量占入爐燃料總灰量的重量百分比為6.27％，飛灰含量占人爐燃料總灰量的重量百分比為63.87％，鍋爐排煙熱損失為14.27％，氣體未完全燃燒損失O.15％，固體未完全燃燒損失1.06％，表面散熱損失2.9％、灰渣物理熱損失0.02％。
根據(jù)鍋爐反平衡計算公式：
得到燃煤工業(yè)鍋爐熱效率為76.95％，燃生物質(zhì)顆粒工業(yè)鍋爐熱效率為80.50％。
1.4鍋爐能效分析
通過燃料工業(yè)分析及元素分析可以看出，煤與生物質(zhì)顆粒雖然其熱值比較接近，但成分有著比較明顯的區(qū)別，生物質(zhì)顆粒燃料灰分少，揮發(fā)分含量很高，其含硫量明顯低于煤，故燃生物質(zhì)顆粒鍋爐燃燒速率比燃煤鍋爐快，爐膛燃燒位置也比燃煤鍋爐靠前，其燃燒產(chǎn)物中灰分在燃料總灰分的比重較大，含碳量較高，而其渣的量很少比較容易燃盡結(jié)焦，含碳量也明顯少于燃煤鍋爐中的渣的含碳量，所以燃煤鍋爐中固體未完全燃燒損失較小，通過尾部煙氣成分測量可以看出，燃生物質(zhì)顆粒工業(yè)鍋爐配風優(yōu)于燃煤工業(yè)鍋爐并且無SO2排放，而且其排煙溫度低于燃煤鍋爐，故其排煙熱損失低于燃煤鍋爐。通過鍋爐運行各種產(chǎn)物成分的測試及正反平衡計算可以得出，燃生物工業(yè)鍋爐不僅可以滿足環(huán)保要求，而且可以替代化石燃料煤，提高鍋爐效率。
2.燃生物質(zhì)與燃煤工業(yè)鍋爐系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟分析
為清晰的表示出燃生物質(zhì)工業(yè)鍋爐與燃煤工業(yè)鍋爐的社會經(jīng)濟效益，本文采用技術(shù)經(jīng)濟學121的觀點進行分析，如每年工作300天，蒸汽價格為220元/t，煤炭價格為850元/t，營業(yè)稅率及附加為3％，銀行利率(折現(xiàn)率)為8％，系統(tǒng)建設(shè)期為1年投資150萬元，工資福利為每年50萬元，設(shè)備維護為20萬元/年，節(jié)能獎勵為500元/t標煤，因此燃煤工業(yè)鍋爐系統(tǒng)每年可以產(chǎn)生蒸汽25020t，每年供蒸汽收入為625.5萬元，每年可盈利96.11萬元，假設(shè)系統(tǒng)運行20年，設(shè)備殘值為5％，則該燃煤工業(yè)鍋爐系統(tǒng)的靜態(tài)投資回收期為2.56年(包括建設(shè)期)，總收益為1779.57萬元。燃生物質(zhì)顆粒工業(yè)鍋爐系統(tǒng)每年可以產(chǎn)生蒸汽25654t，每年供蒸汽收入為708.04萬元，折算每年可節(jié)省標煤2873t，每年可盈利103.79萬元，則該燃生物質(zhì)顆粒工業(yè)鍋爐系統(tǒng)的靜態(tài)投資回收期為2.45年(包括建設(shè)期)，20年總收益為1933.19萬元。
考慮到現(xiàn)金的時間價值，燃煤工業(yè)鍋爐系統(tǒng)與燃生物質(zhì)顆粒工業(yè)鍋爐系統(tǒng)的累計凈現(xiàn)值(NPV)如圖2所示，其燃煤工業(yè)鍋爐系統(tǒng)動態(tài)回收期為2.74年(包括建設(shè)期)，總凈現(xiàn)值為795.23萬元，內(nèi)部收益率為64.05％；燃生物質(zhì)顆粒工業(yè)鍋爐系統(tǒng)動態(tài)回收期為2.61年f包括建設(shè)期)，總凈現(xiàn)值為870.4萬元，內(nèi)部收益率為69.19％，兩臺鍋爐系統(tǒng)內(nèi)部收益率都遠大于折現(xiàn)率8％，兩臺鍋爐系統(tǒng)建設(shè)收益很好，且抗風險性很好，由于國家政策的支持，建設(shè)燃生物質(zhì)工業(yè)鍋爐投資回收期比燃煤工業(yè)鍋爐時間短，總收益更高，內(nèi)部收益率高，抗風險性更好。
3.結(jié)論
(1)燃生物質(zhì)工業(yè)鍋爐系統(tǒng)利用生物質(zhì)顆粒產(chǎn)生蒸汽，有效的利用了生物質(zhì)能源，減少化石燃料消耗，折算每年節(jié)省標煤2873噸，符合節(jié)能減排的社會趨勢；
(2)通過正反平衡能效測試可知，生物質(zhì)鍋爐產(chǎn)生蒸汽為3563kg/h多于燃煤鍋爐3475kg/h，并且生物質(zhì)鍋爐排煙熱損失及固體未完全燃燒損失都小于燃煤鍋爐，生物質(zhì)工業(yè)鍋爐效率為80.50％優(yōu)于燃煤鍋爐76.95％；
(3)從技術(shù)經(jīng)濟學的角度分析，生物質(zhì)工業(yè)鍋爐投資回收期比燃煤工業(yè)鍋爐時間短，總收益更高，內(nèi)部收益率高，抗風險性更好；
(4)與燃煤工業(yè)鍋爐相比生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)無二氧化硫排放，是一種環(huán)境友好的工業(yè)鍋爐系統(tǒng)，該系統(tǒng)對環(huán)境影響很小且投資收益很高，值得大力推廣。 |
