后煤時(shí)代的鍋爐能源分析

周韜（上海市浦東新區(qū)特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所，上?！?01300）

后煤時(shí)代的鍋爐能源分析

周韜（上海市浦東新區(qū)特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)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(huì)導(dǎo)致資源枯竭和環(huán)境污染，隨著我國(guó)對(duì)節(jié)能減排工作的日益重視，煤炭燃料正被逐步替代的后煤時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。本文基于此背景，簡(jiǎn)要介紹和分析了后煤時(shí)代鍋爐的幾種型式和所對(duì)應(yīng)的清潔能源，并探討了具體的應(yīng)用方案和應(yīng)用特點(diǎn)，旨在為后煤時(shí)代燃煤鍋爐的清潔能源替代工作提供些許個(gè)人的觀點(diǎn)和思路。

后煤時(shí)代；鍋爐；清潔能源；應(yīng)用方案

在我國(guó)，煤炭作為一種開(kāi)采簡(jiǎn)便、儲(chǔ)量豐富且價(jià)格相對(duì)低廉的能源品種一直都在發(fā)電、供熱和工業(yè)等領(lǐng)域占據(jù)著舉足輕重的地位。但與之對(duì)應(yīng)的則是煤炭的粗放型使用帶來(lái)了日益嚴(yán)重的環(huán)境污染，特別是備受關(guān)注的霧霾問(wèn)題就與燃煤鍋爐的使用有一定程度的關(guān)聯(lián)。同時(shí)，新頒布或修訂的《中華人民共和國(guó)特種設(shè)備安全法》、《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、《鍋爐定期檢驗(yàn)規(guī)則》、《鍋爐使用管理規(guī)則》等相關(guān)法律法規(guī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也對(duì)鍋爐的節(jié)能工作有了更加詳盡的規(guī)定?？梢灶A(yù)見(jiàn)，開(kāi)發(fā)和利用鍋爐清潔能源，切實(shí)提高鍋爐能效和減排將是整個(gè)鍋爐行業(yè)在今后發(fā)展過(guò)程中亟待需要研究的一個(gè)課題。基于以上，本文簡(jiǎn)要介紹和分析了后煤時(shí)代鍋爐能源的若干相關(guān)問(wèn)題。

1　后煤時(shí)代概述

2015年12月18日，英國(guó)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(shí)代的落幕和后煤炭時(shí)代的到來(lái)，英國(guó)在過(guò)去六十年間內(nèi)積極采用核能、風(fēng)能以及天然氣等清潔能源來(lái)替代煤炭，緩解煤炭對(duì)空氣的污染問(wèn)題，積極打造后煤炭經(jīng)濟(jì)［1］。我國(guó)作為煤炭?jī)?chǔ)量大國(guó)，在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)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(huán)境污染，尤其燃煤鍋爐的使用被認(rèn)為是導(dǎo)致城市空氣污染的一大因素。

所以，在后煤時(shí)代加強(qiáng)鍋爐清潔能源的開(kāi)發(fā)與替代工作十分必要，符合當(dāng)前社會(huì)節(jié)能減排的主流趨勢(shì)，也與國(guó)家產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和升級(jí)的總體方針相吻合。

2　后煤時(shí)代鍋爐能源

2.1燃?xì)饽茉吹膽?yīng)用——燃?xì)忮仩t

以燃?xì)庾鳛槿剂系腻仩t被統(tǒng)稱為燃?xì)忮仩t，其主要包含三個(gè)組成部分，分別是鍋爐本體、燃燒設(shè)備和附屬設(shè)備，下面來(lái)簡(jiǎn)要介紹和分析燃?xì)饽茉丛阱仩t中的應(yīng)用特點(diǎn)、適用范圍、能效及節(jié)能減排。

2.1.1燃?xì)忮仩t特點(diǎn)

（1）熱效率高

相較于傳統(tǒng)燃煤鍋爐而言，燃?xì)忮仩t的爐膛容積和放熱強(qiáng)度更高，同時(shí)不會(huì)對(duì)對(duì)流管束產(chǎn)生較大的腐蝕，運(yùn)行過(guò)程中傳熱效果佳，且排煙溫度較低，因此比傳統(tǒng)的燃煤鍋爐有更高的熱效率。一般來(lái)說(shuō)，燃?xì)忮仩t的設(shè)計(jì)熱效率普遍高達(dá)90%-95%，若配合加裝節(jié)能器使用，熱效率還可以有進(jìn)一步提升。以采用尾部換熱的冷凝式燃?xì)忮仩t為例，由于其充分回收了煙氣中的顯熱和水蒸汽的凝結(jié)潛熱而可以使排煙溫度降低至60℃左右，從事實(shí)現(xiàn)了鍋爐的快速升溫，使傳統(tǒng)鍋爐預(yù)熱過(guò)程中的損耗被大幅度降低，自動(dòng)化燃燒控制系統(tǒng)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(huán)保性能優(yōu)良

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)在制在售的燃?xì)忮仩t絕大部分以天然氣作為其標(biāo)準(zhǔn)燃料（實(shí)際以鍋爐產(chǎn)品質(zhì)量證明書(shū)“燃料”一欄標(biāo)注為準(zhǔn)），天然氣作為一種普遍和典型的清潔能源在全世界范圍內(nèi)應(yīng)用廣泛，其特點(diǎn)是不含有灰分，燃燒后產(chǎn)生的煙氣較少，且煙氣本身不含有粉塵，同時(shí)二氧化硫的含量十分低，燃燒過(guò)程中對(duì)環(huán)境的污染幾乎可以忽略不計(jì)，因此鍋爐應(yīng)用燃?xì)猓ㄌ烊粴猓┠茉从兄謨?yōu)良的環(huán)保性能。

（3）占地小

傳統(tǒng)的燃煤鍋爐由于必須包含上煤機(jī)、鼓風(fēng)引風(fēng)機(jī)、除渣機(jī)、除塵器等諸多附屬設(shè)備而使得整個(gè)鍋爐系統(tǒng)需要較大的占地面積，而燃?xì)忮仩t由于燃料輸送的便利性和自身熱循環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，使得鍋爐本體的高度及整個(gè)鍋爐系統(tǒng)的占地面積均較傳統(tǒng)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(duì)于節(jié)約投資、改善鍋爐運(yùn)行環(huán)境、降低勞動(dòng)力使用等方面有著現(xiàn)實(shí)意義。

（4）安全性和可靠性高

鍋爐屬于《中華人民共和國(guó)特種設(shè)備安全法》明文界定的八大類(lèi)特種設(shè)備之中的一種，對(duì)人身和財(cái)產(chǎn)安全有較大的危險(xiǎn)性。燃?xì)忮仩t將控制系統(tǒng)和燃燒器控制系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)燃燒過(guò)程的精密自動(dòng)化控制，大幅度提升了鍋爐運(yùn)行的可靠性與安全性［2］。此外，對(duì)比煤炭能源來(lái)說(shuō)，燃?xì)饽茉慈紵^(guò)程中產(chǎn)生的雜質(zhì)更少，降低了鍋爐高低溫受熱面發(fā)生腐蝕的概率，從燃料自身的特性來(lái)看，也在一定程度上提升了鍋爐運(yùn)行的安全性和可靠性。

2.1.2燃?xì)饽茉催m用范圍

燃?xì)忮仩t的適用范圍相對(duì)較為廣泛，燃?xì)鉄崴仩t能夠在工廠、學(xué)校、酒店、住宅等場(chǎng)所中應(yīng)用，提供生活熱水和采暖功能。而燃?xì)庹羝仩t則是工業(yè)生產(chǎn)中的重要設(shè)備，例如在產(chǎn)品消毒、定型、熱處理、原物料加熱中的應(yīng)用等。

2.1.3燃?xì)忮仩t能效及節(jié)能減排

燃?xì)忮仩t系統(tǒng)有著附屬設(shè)備少、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、安裝快速、自動(dòng)化控制程度高的特點(diǎn)，維護(hù)檢修成本也較一般傳統(tǒng)燃煤鍋爐低廉。燃?xì)忮仩t和燃煤鍋爐在能效以及運(yùn)行管理方面的比較如表1所示。

表1　燃?xì)忮仩t與燃煤鍋爐比較表

從排放限值方面來(lái)看，對(duì)于燃煤鍋爐而言，其在煤炭運(yùn)輸、存儲(chǔ)、燃燒等一系列過(guò)程中所產(chǎn)生的污染較為嚴(yán)重，尤其是燃燒后產(chǎn)生的煙氣只有經(jīng)過(guò)脫硫除塵處理之后才有可能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，且效果不穩(wěn)定，鍋爐正常運(yùn)行過(guò)程中還要對(duì)除塵設(shè)備的日常清理、維護(hù)、升級(jí)進(jìn)行持續(xù)投入。而燃?xì)忮仩t在燃料運(yùn)輸和燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的污染較少，也無(wú)須考慮除設(shè)備塵的先期投入和后續(xù)維保等問(wèn)題。

2.2電力能源的應(yīng)用——電鍋爐

電鍋爐主要以電阻發(fā)熱或磁感應(yīng)發(fā)熱為基本原理，通過(guò)換熱部位對(duì)有機(jī)載體或熱媒介質(zhì)進(jìn)行加熱，達(dá)到一定溫度和壓力之后輸出額定功率。

2.2.1電鍋爐特點(diǎn)

（1）清潔環(huán)保

電鍋爐的環(huán)保性能比燃?xì)忮仩t還要高，在運(yùn)行的過(guò)程中，能夠?qū)崿F(xiàn)完全無(wú)污染和零排放，同時(shí)噪聲較低，不會(huì)出現(xiàn)明火作業(yè)，消防安全性能優(yōu)良。但需要注意的是，雖然電鍋爐本身運(yùn)行的過(guò)程中不會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染，但勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致電能需求的上升，而使用煤炭熱力發(fā)電是仍然是我國(guó)當(dāng)前電力生產(chǎn)的主要形式，因此在電力生產(chǎn)過(guò)程中積極發(fā)展風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源至關(guān)重要。

（2）經(jīng)濟(jì)性高

第一，電鍋爐由于自身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、附屬設(shè)備較少，因此現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試十分簡(jiǎn)便快速，且性能穩(wěn)定，有效使用壽命長(zhǎng)，相對(duì)其它類(lèi)型的鍋爐而言，維護(hù)檢修成本更為低廉。

第二，電鍋爐可以根據(jù)用戶需求來(lái)使用蓄熱系統(tǒng)，即在夜間儲(chǔ)備白天所需要的熱能，對(duì)于部分使用單位來(lái)說(shuō)，夜間實(shí)行的是低谷電價(jià)，選擇此時(shí)段運(yùn)行鍋爐可以減少電費(fèi)支出，從而降低鍋爐的運(yùn)行成本。同時(shí)

第三，從電廠方面來(lái)看，在電力高峰時(shí)段和低谷時(shí)段的供電煤耗與線損有著較大差異，低谷用電有利于電網(wǎng)移峰填谷，降低電力高峰的負(fù)荷，提升輸變電設(shè)備運(yùn)行的可靠性，在降低電網(wǎng)線損、減少煤耗、節(jié)約電力使用等方面有著積極的意義。

（3）運(yùn)行簡(jiǎn)單方便

電鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中能顧實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化控制，穩(wěn)定性和安全性良好，操作也十分簡(jiǎn)便。此外，大部分的電鍋爐可以根據(jù)用戶要求和工況需要實(shí)現(xiàn)多時(shí)段自動(dòng)化運(yùn)行。

2.2.2電鍋爐適用范圍

目前，電鍋爐在高等院校實(shí)驗(yàn)室、醫(yī)院、辦公樓、賓館、工廠以及軍事設(shè)施中都有著重要的應(yīng)用，其適用范圍十分廣泛。

2.2.3電鍋爐經(jīng)濟(jì)性分析

如果選擇蓄熱供熱方式可以使用全低谷電價(jià)，運(yùn)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(jià)，其運(yùn)行成本相較燃?xì)忮仩t更高一些。因此，用戶應(yīng)根據(jù)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(jià)，錯(cuò)開(kāi)高峰用電，以此來(lái)降低運(yùn)行成本。

2.3生物質(zhì)成型燃料

生物質(zhì)成型燃料指的是采用農(nóng)林中的廢氣物料如鋸末、木屑、秸稈等作為原材料，經(jīng)過(guò)切片、粉碎、調(diào)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(guó)內(nèi)通過(guò)設(shè)備改造已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)鍋爐以生物質(zhì)燃料替代傳統(tǒng)的煤炭燃料運(yùn)行，雖然其熱值略低于標(biāo)準(zhǔn)煤，但相較于燃?xì)夂碗婂仩t而言，在相同單位數(shù)值的供熱供氣條件下，生物質(zhì)成型燃料的使用成本更低，且?guī)缀跄軌驅(qū)崿F(xiàn)零碳排放和零硫排放，環(huán)保性能良好。同時(shí)生物質(zhì)燃料在鍋爐系統(tǒng)中燃燒產(chǎn)生的灰燼還屬于優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥可以被再利用，從而最終實(shí)現(xiàn)理想狀態(tài)下的能源循環(huán)。目前，阻礙生物質(zhì)成型燃料快速發(fā)展的瓶頸主要是燃燒過(guò)程中尚待完善的除煙除塵技術(shù)和原物料供應(yīng)不足的問(wèn)題，另外，由于選擇劣質(zhì)生物質(zhì)燃料燃燒而造成的鍋爐本體部件過(guò)熱變形燒損的事故也屢有發(fā)生。盡管如此，若綜合考量，僅僅把生物質(zhì)成型燃料作為氣、電等其它鍋爐能源的有益補(bǔ)充，其依然有著十分可觀的市場(chǎng)前景和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.4分布式供能

為了促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)保的協(xié)調(diào)發(fā)展，緩解當(dāng)前的環(huán)境問(wèn)題和能源危機(jī)，我國(guó)提出了新的能源發(fā)展戰(zhàn)略，保證能源利用的清潔化和多元化，積極發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，在《十二五節(jié)能減排工作方案》中，分布式能源的應(yīng)用備受關(guān)注［3］。

相較于煤炭能源來(lái)說(shuō)，分布式供能方式能夠有效節(jié)能，降低溫室氣體排放，并且不限于傳統(tǒng)鍋爐房的建造布置要求，可以在屋頂和地下室靈活布置，對(duì)于節(jié)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(yáng)能、風(fēng)能等自然可再生能源作為一次能源，實(shí)現(xiàn)電能、冷能和熱能的三聯(lián)供?？偟膩?lái)說(shuō)，分布式能源是傳統(tǒng)鍋爐的一次升級(jí)，相信會(huì)逐步在工業(yè)園區(qū)、辦公樓宇、大型設(shè)施和人員密集型場(chǎng)所等區(qū)域發(fā)揮重要作用。

3　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文從后煤時(shí)代概述入手，分析了后煤時(shí)代開(kāi)發(fā)和利用鍋爐清潔能源的必要性，并從燃?xì)忮仩t、電鍋爐、生物質(zhì)成型燃料、分布式能源四個(gè)方面探討了鍋爐清潔能源的具體應(yīng)用。清潔能源相較于傳統(tǒng)的煤炭能源來(lái)說(shuō)更符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)升級(jí)發(fā)展的方向和大氣環(huán)境治理的要求。文中著重探討了燃?xì)忮仩t和電鍋爐的應(yīng)用方案，這兩種能源在鍋爐清潔能源的應(yīng)用中相對(duì)成熟，有著各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，生物質(zhì)成型燃料和分布式供能雖然處于起步和探索階段，但當(dāng)下作為前兩者的有益補(bǔ)充也有著十分廣闊的應(yīng)用前景。總的來(lái)說(shuō)，后煤時(shí)代應(yīng)當(dāng)加大對(duì)燃煤鍋爐的淘汰、改造和升級(jí)，同時(shí)加快步伐進(jìn)一步推進(jìn)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(jié)能減排分析［J］.節(jié)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(shí)施工程項(xiàng)目［J］.上海節(jié)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(jié)能，2012，10:9-13.

周韜（1982-），男，上海人，漢族，現(xiàn)職稱：助理工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：特種設(shè)備（鍋爐）檢驗(yàn)檢測(cè)。