小微企業(yè)燃煤鍋爐的電能替代改造

劉海峰，謝知寒

（1.國網(wǎng)湖州供電公司，浙江 湖州 313000；2.國網(wǎng)浙江省電力公司，杭州 310000）

我國目前面臨著資源相對不足、環(huán)境容量有限的考驗(yàn)，實(shí)施“以電代煤、以電代油、電從遠(yuǎn)方來”或?qū)⒊蔀槲覈卫沓鞘徐F霾的有力措施。電是優(yōu)質(zhì)、高效、清潔的二次能源，其可以在終端能源消費(fèi)中廣泛替代化石能源。據(jù)有關(guān)資料顯示，中國電能占終端能源消費(fèi)的比重每提升1個(gè)百分點(diǎn)，單位GDP能耗可下降4%左右。實(shí)施電能替代不但成為節(jié)能減排的重要手段，同時(shí)也將為電力行業(yè)帶來新的發(fā)展機(jī)遇。

浙江湖州市織里鎮(zhèn)是全國聞名的童裝生產(chǎn)加工基地，有童裝生產(chǎn)加工企業(yè)12 200家，以家庭作坊式企業(yè)為主，由于規(guī)模小，這些企業(yè)的供熱供氣設(shè)備較亂，仍然有大部分企業(yè)使用非標(biāo)鍋爐供熱供氣，存在著一定的安全隱患，同時(shí)燃煤鍋爐產(chǎn)生的煙塵、二氧化硫嚴(yán)重污染當(dāng)?shù)乜諝狻?013年湖州市政府出于安全和環(huán)保的考慮，決定對織里鎮(zhèn)童裝企業(yè)在用燃煤鍋爐進(jìn)行重點(diǎn)整治，初步的整治方案是將燃煤蒸汽鍋爐改造為電鍋爐。湖州供電公司作為技術(shù)指導(dǎo)部門和電源提供部門，全面參與了織里小鍋爐“煤改電”工程，該項(xiàng)目共治理童裝企業(yè)小型燃煤鍋爐7 600余臺，取得了節(jié)能減排、空氣治理、安全生產(chǎn)等多方面“共贏”的社會效益。

1 改造可行性

由于國家加強(qiáng)了環(huán)境保護(hù)措施，以及我國電力供應(yīng)逐漸充沛，且電價(jià)差的空間大（許多城市推廣階梯電價(jià)），電鍋爐以占地面積小，無噪音，無三廢排放，熱效率高，安裝、操作、維修簡單等眾多燃煤鍋爐無法比擬的優(yōu)勢迅速發(fā)展起來。同時(shí)“煤改電”的應(yīng)用將為我國電力行業(yè)帶來新的發(fā)展機(jī)遇，電鍋爐替代燃煤鍋爐，不但成為國際節(jié)能減排的重要手段，也將成為我國替代不可再生能源的必然趨勢。湖州織里鎮(zhèn)小型企業(yè)“煤改電”項(xiàng)目由政府主導(dǎo)，供電公司配合，由企業(yè)主投資改造資金，項(xiàng)目投資1350萬元，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤10955t，新增售電量3500萬kWh，新增電費(fèi)收入3311萬元，減少煙塵424t、二氧化碳4.42萬t、二氧化硫263t。

在進(jìn)行電能替代改造前，為了讓企業(yè)主接受改造方向的選擇，對可選的4類鍋爐替代用能方式進(jìn)行初投資、運(yùn)行成本和全生命周期費(fèi)用的對比分析，具體如表1所示。

表1 4類鍋爐各類因素比較

從以上比較中，可作以下分析：①燃?xì)忮仩t是4種類型鍋爐中運(yùn)行成本最低的；②從環(huán)保的角度來看，燃?xì)忮仩t、用電鍋爐對環(huán)境是無污染的，優(yōu)于其他2種鍋爐；③從配套設(shè)施的要求來看，燃?xì)忮仩t、用電鍋爐節(jié)省了大量人力、物力和場地，優(yōu)于其他2種鍋爐；④從使用年限上看，燃?xì)忮仩t、用電鍋爐使用年限都在15年以上，優(yōu)于其他2種鍋爐；⑤從政府政策方面來看，近些年來由于節(jié)能減排、霧霾治理、粉塵污染、礦渣處理等問題，限制燃煤鍋爐的應(yīng)用；⑥在配套設(shè)施的需求上，燃煤需要復(fù)雜的爐排或煤粉，還有燃煤制備等，而燃?xì)庵恍枰紵骱拖鄳?yīng)管道等，燃油鍋爐需要配置儲油罐、運(yùn)輸車輛，而用電鍋爐需要配置電線電纜等配電設(shè)施。

基于對環(huán)境、投資、運(yùn)行費(fèi)用等多種因素的綜合考慮，在本次湖州小微企業(yè)燃煤鍋爐的改造中使用電能替代的方案。

2 改造技術(shù)方案

2.1 電鍋爐的基本原理

電鍋爐實(shí)際上只有鍋而沒有爐，沒有燃燒時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的爐膛。電鍋爐本體主要由鋼制殼體、電加熱管、進(jìn)出水管及檢測儀表等組成，采用電阻式管狀電熱元件加熱方式，加熱方式熱效率可高達(dá)98%。其電氣特點(diǎn)是鍋爐中的水不帶電，在結(jié)構(gòu)上易于疊加組合，控制靈活，更換方便。電鍋爐采用自動控制，快速平穩(wěn)地控制電加熱管組的循環(huán)投切，并且具有漏電保護(hù)、短路保護(hù)、過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)、壓力超限保護(hù)、水位過低保護(hù)等多項(xiàng)保護(hù)功能，其電氣控制回路如圖1所示，改造使用的電鍋爐的技術(shù)參數(shù)：產(chǎn)品型號LDR0.013-0.7；額定功率3～6～9 kW；工作壓力0.7 MPa；蒸發(fā)量13 kg/h；蒸汽溫度171℃；水容積16 L。圖1為改造電氣原理圖。

圖1 220 V半自動蒸汽發(fā)生器電氣原理圖（1.5～3 kW）

2.2 改造的技術(shù)方案

把原燃煤鍋爐通過技術(shù)改造成電鍋爐過程中，改造技術(shù)復(fù)雜，過程繁瑣，改造費(fèi)用高，且國內(nèi)外無成熟的改造技術(shù)支持，所以不宜采用?？筛鶕?jù)原燃煤鍋爐出力等技術(shù)參數(shù)徹底淘汰燃煤鍋爐，直接更換為相應(yīng)容量的電鍋爐。為了實(shí)現(xiàn)電鍋爐的正常使用，需要做好以下基礎(chǔ)配套的技術(shù)方案。

（1）電力設(shè)計(jì)。為減少電能損耗、便于接線和節(jié)省投資，電鍋爐應(yīng)臨近配電盤。配電開關(guān)及線路應(yīng)與電鍋爐的用電負(fù)荷容量相匹配。配變?nèi)萘繎?yīng)滿足電鍋爐、水泵等設(shè)備的總用電量要求，并應(yīng)考慮10%～20%的富裕量。多臺電鍋爐可共用一臺變壓器，但不允許多臺變壓器供一臺電鍋爐。

（2）土建設(shè)計(jì)。容量大的電鍋爐控制柜一般為離墻安裝，單面（正面）操作，雙面開門維修。根據(jù)《10 kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50053—94）規(guī)定，背面離墻距離應(yīng)不小于1 000 mm，正面操作距離應(yīng)不小于1 500 mm。容量較小的電鍋爐控制柜可靠墻安裝，正面操作距離不應(yīng)小于1 500 mm。

（3）接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)。接地系統(tǒng)型式應(yīng)采用TNS系統(tǒng)。電源進(jìn)線N線應(yīng)作重復(fù)接地。接地電阻要求小于4 Ω。

2.3 改造方案的優(yōu)點(diǎn)

（1）電鍋爐全套設(shè)備占地面積小，不需煙囪、燃料渣堆放場所。產(chǎn)品成套組裝出廠，方便了現(xiàn)場的安裝。

（2）熱效率高，輸送方便，損失少。電鍋爐運(yùn)行熱效率在95%以上。啟停調(diào)節(jié)方便，比煤鍋爐更能節(jié)約能源。

（3）自動化程度高，運(yùn)行安全可靠。一般電鍋爐都采用自動控制，快速平穩(wěn)的控制電加熱管組的循環(huán)投切，并且具有漏電保護(hù)、短路保護(hù)、過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)、壓力超限保護(hù)、水位過低保護(hù)等多項(xiàng)保護(hù)功能。

（4）保護(hù)環(huán)境，造福大眾。電鍋爐不會排出如：二氧化硫、二氧化碳等有害氣體，無黑煙、灰塵，沒有廢物需要處理，無噪聲，無污染，從環(huán)境保護(hù)角度來看，最為優(yōu)越。

（5）適用范圍廣。電鍋爐產(chǎn)品規(guī)格品種多，可滿足各種用途、各種環(huán)境和各種條件下的需要，還可根據(jù)用戶的特殊要求進(jìn)行加工訂貨。

2.4 項(xiàng)目實(shí)施流程中應(yīng)注意的問題

（1）織里鎮(zhèn)童裝企業(yè)在用鍋爐全部改為電鍋爐后，將給織里鎮(zhèn)范圍內(nèi)現(xiàn)有的供電線路和配電設(shè)備運(yùn)行造成很大的壓力。

（2）織里鎮(zhèn)中小童裝企業(yè)大多為個(gè)體作坊，無專門的電器操作人員，用戶普遍缺乏常規(guī)的電氣知識，大量的電鍋爐投入使用所帶來的安全隱患較大。

3 效益分析及存在問題

3.1 效益分析

燃煤鍋爐平均運(yùn)行效率僅為60%～65%，織里全鎮(zhèn)中小童裝企業(yè)每年排放煙塵約400 t，二氧化硫約260 t，二氧化碳近4.5萬t，是僅次于火電廠的第二大煤煙型污染源。為有效控制城區(qū)鍋爐造成的煙塵、二氧化硫污染，改善大氣環(huán)境質(zhì)量，實(shí)施節(jié)能減排，織里鎮(zhèn)開展了燃煤鍋爐專項(xiàng)整治活動，對于不符合標(biāo)準(zhǔn)的燃煤鍋爐進(jìn)行改造。

（1）項(xiàng)目年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤10 955 t，新增售電量3 500萬kWh，新增電費(fèi)收入3 311萬元，節(jié)約運(yùn)行成本。

（2）項(xiàng)目環(huán)境效益：減少煙塵424 t，二氧化碳4.42萬t，二氧化硫263 t。

3.2 存在問題

（1）電鍋爐水處理的問題。從一些電鍋爐更換下來壞的電熱管進(jìn)行分析，這些電熱管都是套管被擊穿了，而套管有明顯的氧化現(xiàn)象。用戶在使用中為了節(jié)省開支，幾乎都沒有采取除氧措施。因此，不管是大鍋爐，還是小鍋爐，尤其是熱水爐，都應(yīng)該進(jìn)行除氧。

（2）用電容量的問題。原來燃煤鍋爐更換成電鍋爐勢必造成原有用電設(shè)施無法滿足用電負(fù)荷需求，可能導(dǎo)致超容、設(shè)備燒壞等情況，所以在更換前需要重新計(jì)算用電設(shè)備所需容量，提前做好用電增容。

4 結(jié)束語

通過以上分析可以看出，燃煤鍋爐改為電鍋爐是完全可行的，并且電鍋爐采用智能控制，操作安全穩(wěn)定，熱效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于燃煤鍋爐，根據(jù)使用年限的不同，電鍋爐的綜合投資要比燃煤鍋爐低，雖然運(yùn)行費(fèi)用高于燃煤鍋爐，但燃煤鍋爐的日常污染處理費(fèi)、環(huán)保費(fèi)卻不可低估。因此，電鍋爐的綜合效益要明顯優(yōu)于燃煤鍋爐，從目前全國各地鍋爐實(shí)際發(fā)展趨勢來看，在電價(jià)政策支持下，電鍋爐正以其占地少、自動化程度高、無污染、綜合效益好等優(yōu)點(diǎn)逐步取代燃煤鍋爐。鍋爐的廣泛使用，對發(fā)電廠而言，低谷時(shí)段的電可以取得經(jīng)濟(jì)效益，降低發(fā)電成本；對供電企業(yè)而言，可以提高售電量，增加售電收入；對于客戶而言，使用低谷電可以節(jié)約支出；社會受益最大，達(dá)到了清潔、環(huán)保的目的。電鍋爐的大規(guī)模推廣和使用，實(shí)現(xiàn)了發(fā)、供、用的“三贏”。

[1]李明.以客戶和市場為導(dǎo)向推進(jìn)電能替代[J].中國電力企業(yè)管理.2011（4）：28-30.

[2]練林，曹榮，馮磊.南京市供熱區(qū)域外鍋爐電能替代潛力調(diào)查[J].電力需求側(cè)管理，2010（6）：47-49.