1、工業(yè)鍋爐改造工程概述我國(guó)工業(yè)鍋爐運(yùn)行現(xiàn)狀及改造方向節(jié)能改造工業(yè)鍋爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)概述我國(guó)是以燃煤為主的國(guó)家，煤炭在一次能源中的比重約為70%，以煤為主的能源結(jié)構(gòu)還將維持相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期。我國(guó)共有60多萬(wàn)臺(tái)，120多萬(wàn)蒸噸工業(yè)鍋爐，其中燃煤的工業(yè)鍋爐占85%，并且以層燃方式為主。工業(yè)鍋爐年消耗原煤占全國(guó)煤年產(chǎn)量的1/3，而且效率低，污染物排放高。積極地開發(fā)，研究和應(yīng)用節(jié)能技術(shù)對(duì)于提高工業(yè)鍋爐的效率，降低污染物排放和促進(jìn)工業(yè)鍋爐的可持續(xù)發(fā)展有重要的意義。我國(guó)工業(yè)鍋爐的現(xiàn)狀及改造方向由于我國(guó)工業(yè)鍋爐(特別是燃煤鍋爐)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造往往是重鍋爐本體而輕燃燒設(shè)備,重鍋爐主機(jī)而輕配套輔機(jī)和附件,加

2、上燃煤供應(yīng)品種、煤質(zhì)多變,實(shí)際燃煤與設(shè)計(jì)煤質(zhì)偏離;用戶使用鍋爐時(shí)普遍存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象,大多數(shù)鍋爐經(jīng)常處于低負(fù)荷運(yùn)行;鍋爐運(yùn)行檢測(cè)儀表不全、司爐工操作技術(shù)和運(yùn)行管理水平不高等致使我國(guó)工業(yè)鍋爐產(chǎn)品的實(shí)際運(yùn)行效率往往要比鑒定熱效率低1015個(gè)百分點(diǎn),結(jié)果造成一次能源的浪費(fèi)。下面主要對(duì)在用燃煤工業(yè)鍋爐存在的問(wèn)題進(jìn)行分析,至于燃油(氣)工業(yè)鍋爐目前存在的問(wèn)題主要是排煙溫度過(guò)高,這一問(wèn)題可以通過(guò)增加尾部受熱面即加裝所謂的節(jié)能器來(lái)加以解決。 1. 煤質(zhì)差且煤種多變我國(guó)是一個(gè)“富煤、貧油、少氣”的國(guó)家,這一能源資源特征決定了我國(guó)的工業(yè)鍋爐只能以燃煤為主,且這一現(xiàn)狀在2010年前不會(huì)有根本改變,這與目前

3、國(guó)外的情況相差很大。如:日本燃煤工業(yè)鍋爐僅占總數(shù)的1%,美國(guó)和西歐國(guó)家也不過(guò)是1%3%,石油危機(jī)后燃煤工業(yè)鍋爐略有增加。前蘇聯(lián)燃煤工業(yè)鍋爐較多,約占40%。就燃煤供應(yīng)來(lái)講,不同地區(qū)的煤質(zhì)相差較大,有些地區(qū)的煤質(zhì)很差。工業(yè)鍋爐的燃煤多為未經(jīng)過(guò)洗選加工的原煤,顆粒度、灰分等沒有保證,原煤中顆粒度<3mm的細(xì)末含量有的高達(dá)45% 65%,而顆粒度>10mm的塊粒含量?jī)H占15%30%。由于我國(guó)幅員廣大,產(chǎn)煤地區(qū)和大、中城市工業(yè)鍋爐所使用的多為多品種煤主要是煙煤、無(wú)煙煤、貧煤等,工業(yè)鍋爐使用的煤種經(jīng)常發(fā)生變化。雖然北京、上海等一些大城市為改善工業(yè)鍋爐的燃燒而供應(yīng)部份專供工業(yè)鍋爐燃用的動(dòng)力配煤

4、,但目前全國(guó)各城市動(dòng)力配煤的配制能力仍然不大。我國(guó)的燃煤工業(yè)鍋爐以層燃鍋爐為主,而層燃鍋爐對(duì)煤種的適應(yīng)性較差,當(dāng)燃用煤種發(fā)生變化時(shí),它的燃燒情況必然會(huì)變化,一般是變得更差些;況且供應(yīng)的煤種經(jīng)常變化,也使鍋爐運(yùn)行、管理人員無(wú)法掌握煤質(zhì)情況,摸不清運(yùn)行規(guī)律,也不能采取有針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施。這樣既降低了鍋爐運(yùn)行熱效率,也增加了鍋爐污染物排放。 2. 在用工業(yè)鍋爐平均容量小,運(yùn)行負(fù)荷低我國(guó)在用工業(yè)鍋爐的平均容量近幾年雖然有所提高,但仍然較小, 2003年在用工業(yè)鍋爐平均容量也只有2. 38MW /臺(tái)。同時(shí),鍋爐運(yùn)行負(fù)荷大多低于額定負(fù)荷。據(jù)統(tǒng)計(jì)目前全國(guó)工業(yè)鍋爐的平均運(yùn)行負(fù)荷只是額定負(fù)荷的50%左右。由于鍋

5、爐的低負(fù)荷運(yùn)行,致使一些鍋爐運(yùn)行參數(shù)難以控制在合理的范圍內(nèi),如爐膛溫度、給風(fēng)量、漏風(fēng)系數(shù)等。如鍋爐在50%負(fù)荷下運(yùn)行,散熱損失比在額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)增大一倍,同時(shí)容易造成漏風(fēng)量增大,火床和爐膛溫度偏低,燃燒速度明顯減慢，煤中的固定碳燃燒變得越加困難,爐渣含炭量增加,這樣就使不完全燃燒熱損失和排煙熱損失增大,運(yùn)行效率下降。同時(shí)由于煙氣溫度及流速在變化,增大了尾部受熱面腐蝕與積灰堵塞的可能性。3. 鍋爐設(shè)備本身存在較多不足工業(yè)鍋爐多數(shù)是層燃爐,燃燒設(shè)備存在的缺陷較多,主要是對(duì)燃燒設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造不夠重視造成的,在我國(guó)絕大多數(shù)鍋爐制造企業(yè)只重鍋爐本體設(shè)計(jì),對(duì)燃燒設(shè)備并不多加研究, ;即便是專業(yè)配套廠通常

6、也只是來(lái)圖加工,缺少研發(fā)能力。目前我國(guó)機(jī)械爐排普遍存在漏煤量偏大、側(cè)密封不嚴(yán)等問(wèn)題(往復(fù)爐排更為嚴(yán)重)。另外,鍋爐后部灰坑和爐墻都有漏風(fēng)現(xiàn)象,鍋爐實(shí)測(cè)過(guò)量空氣系數(shù)平均在23之間,有的高達(dá)4以上;有些鍋爐的本體保溫不好,集箱和連通管等部件常常不加保溫;還有鍋爐(主要是較大容量的鍋爐)目前普遍沒設(shè)吹灰裝置,鍋爐受熱面積灰,尤其尾部受熱面積灰嚴(yán)重。這些都嚴(yán)重影響爐內(nèi)正常燃燒,影響鍋爐運(yùn)行效率。4. 鍋爐運(yùn)行監(jiān)測(cè)儀表不全,控制水平低目前在用鍋爐配置的運(yùn)行監(jiān)測(cè)儀表不全,尤其缺少顯示鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行參數(shù)的儀表。因此,運(yùn)行人員在調(diào)整鍋爐時(shí),往往由于缺少數(shù)據(jù),不能對(duì)鍋爐的運(yùn)行狀況隨時(shí)做出準(zhǔn)確判斷并實(shí)行相應(yīng)的運(yùn)行調(diào)

7、整,使鍋爐處于最佳工況運(yùn)行。目前燃煤工業(yè)鍋爐控制水平很低,且多為位式、開環(huán)控制,沒有實(shí)現(xiàn)連續(xù)閉環(huán)控制,不能根據(jù)外界變化調(diào)節(jié)鍋爐運(yùn)行狀態(tài),無(wú)法使鍋爐運(yùn)行較快地適應(yīng)工況的變動(dòng)和處于持續(xù)穩(wěn)定狀態(tài),鍋爐運(yùn)行效率的保證和提高受到了限制。也使鍋爐運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度加大,對(duì)運(yùn)行人員的依賴性增大,因此提高鍋爐控制技術(shù)水平成為提高鍋爐效率的重要手段。5. 鍋爐水質(zhì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求按照GB 1576 - 2001工業(yè)鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)2. 1、2. 2、2. 3規(guī)定,蒸汽鍋爐承壓熱水鍋爐的給水應(yīng)采用鍋外化學(xué)處理,也就是要安裝水處理設(shè)備對(duì)鍋爐給水進(jìn)行處理。然而,據(jù)2003年統(tǒng)計(jì),全國(guó)在用工業(yè)鍋爐配置水處理設(shè)備的有33. 5

8、85萬(wàn)臺(tái),占工業(yè)鍋爐總數(shù)52.74萬(wàn)臺(tái)的63. 68%。可見,仍有很大一部分工業(yè)鍋爐沒有使用水處理設(shè)備,尤其是地處邊遠(yuǎn)地區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)的工業(yè)鍋爐,既未安裝水處理設(shè)備,也未采用鍋內(nèi)加藥處理方式。就是已配置的水處理設(shè)備其實(shí)際利用率也不足70%,據(jù)遼寧省調(diào)查,該省工業(yè)鍋爐水處理設(shè)備配置率不到70%,實(shí)際使用率不到50%。況且許多使用的水處理設(shè)備,并未起到應(yīng)有作用。目前,從全國(guó)來(lái)看,水質(zhì)能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的工業(yè)鍋爐估計(jì)不到40%。由于水質(zhì)不好,鍋爐往往結(jié)垢嚴(yán)重,有的鍋爐水垢厚度達(dá)到5mm,小容量鍋爐結(jié)垢已成為主要問(wèn)題。鍋爐結(jié)垢,既影響鍋爐受熱面?zhèn)鳠?增加熱阻,又危及鍋爐的安全運(yùn)行。另外,有些鍋爐為了保持

9、鍋內(nèi)較好的水質(zhì),常采用增大排污率的做法,有的排污率高達(dá)20%30%,使大量熱能白白放掉。6. 鍋爐輔機(jī)配套不當(dāng)且質(zhì)量不高目前,許多鍋爐的鼓、引風(fēng)機(jī)和給水泵、循環(huán)水泵配套偏大。即使輔機(jī)是按鍋爐額定容量配置的,由于當(dāng)前鍋爐多數(shù)處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài),輔機(jī)不能在高效率區(qū)域運(yùn)行,仍會(huì)造成較大的能源浪費(fèi)。現(xiàn)在使用的泵與風(fēng)機(jī)多為通用產(chǎn)品,無(wú)負(fù)荷調(diào)節(jié)檔次,不能隨鍋爐運(yùn)行工況的變動(dòng)相應(yīng)進(jìn)行變速調(diào)節(jié),而是靠擋板、閥門的節(jié)流來(lái)調(diào)節(jié)流量或壓力,這樣勢(shì)必影響鍋爐運(yùn)行狀態(tài)的快速調(diào)整,從而影響鍋爐性能的正常發(fā)揮。另外,全國(guó)工業(yè)鍋爐配套輔機(jī)、附件質(zhì)量水平普遍較低,效率低、噪音大、可靠性不高,嚴(yán)重影響了主機(jī)性能的發(fā)揮。據(jù)調(diào)查全國(guó)

10、鍋爐水泵平均效率約50%,風(fēng)機(jī)效率約60%。7. 鍋爐運(yùn)行人員總體素質(zhì)普遍較低根據(jù)“特種設(shè)備安全監(jiān)察條例”規(guī)定,所有承壓鍋爐的司爐人員必須接受技術(shù)培訓(xùn)和考試,經(jīng)培訓(xùn)和考試合格后取得當(dāng)?shù)劐仩t壓力容器安全監(jiān)督管理部門頒發(fā)的操作證,才能獨(dú)立操作。各地鍋爐安全監(jiān)督管理部門每年都組織若干次司爐工培訓(xùn)班,著重進(jìn)行安全操作的培訓(xùn),合格者頒發(fā)司爐操作證。此外,各地的節(jié)能服務(wù)中心及環(huán)保部門,有時(shí)也對(duì)司爐工進(jìn)行節(jié)能和環(huán)保方面的培訓(xùn)和教育。盡管如此,我國(guó)的工業(yè)鍋爐司爐人員平均技術(shù)素質(zhì)仍普遍較低,大部分司爐人員因缺少對(duì)鍋爐相關(guān)知識(shí)、技能全面系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和培訓(xùn),尤其缺乏實(shí)際操作技能的培訓(xùn),他們常常不能根據(jù)負(fù)荷、煤質(zhì)變化等

11、情況正確地調(diào)整、運(yùn)行鍋爐,從而大大限制鍋爐設(shè)備性能水平的充分發(fā)揮。有一些鍋爐使用單位甚至雇用農(nóng)民工、臨時(shí)工、季節(jié)工無(wú)證上崗操作鍋爐,尤其是1t/h以下鍋爐用戶和三北地區(qū)鍋爐用戶這種現(xiàn)象更為常見。另一方面,現(xiàn)階段,我國(guó)司爐人員的流動(dòng)性加大,許多司爐人員責(zé)任心和積極性也不高。然而事實(shí)說(shuō)明,司爐人員的操作技術(shù)和責(zé)任心在很大程度上決定鍋爐的運(yùn)行水平,在當(dāng)前鍋爐運(yùn)行監(jiān)測(cè)儀表不全、控制水平低、煤質(zhì)多變的情況下,司爐工人的技術(shù)水平和責(zé)任心就顯得至關(guān)重要。而這恰恰是我們的薄弱環(huán)節(jié)。8. 工業(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)督管理薄弱盡管我國(guó)工業(yè)鍋爐節(jié)能工作隨著國(guó)家整體節(jié)能工作的開展取得了不小成績(jī),但由于缺乏專業(yè)的節(jié)能管理法規(guī)和執(zhí)法

12、監(jiān)督體系,缺乏完善的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的適合市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的節(jié)能政策,現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)水平較低,工業(yè)鍋爐的節(jié)能潛力仍未得到應(yīng)有的發(fā)揮。二.我國(guó)面臨的能源形勢(shì) 我國(guó)一次能源以煤為主且將長(zhǎng)期不變已是不爭(zhēng)的事實(shí)，我國(guó)目前一次能源消耗中煤炭占75%左右，其中84%直接用于燃燒，今后雖然由于能源的多元化利用，煤所占比例會(huì)有所降低，但絕對(duì)量是增加的。由于燃燒效率低、煤種適應(yīng)性差，并缺乏有效的污染物控制技術(shù)，不僅造成了能源的很大浪費(fèi)，還嚴(yán)重污染了環(huán)境。 為了節(jié)約煤炭資源，提高燃燒效率、改善對(duì)煤種的適應(yīng)性和減少粉塵和有害氣體對(duì)大氣的污染，維持一個(gè)人類較為清潔的生存環(huán)境，對(duì)工業(yè)鍋爐進(jìn)行改造亦是刻不容緩的任務(wù)。三.舊鍋爐

13、的改造方向 對(duì)這部分鍋爐的改造方向有三：在城區(qū)宜改成燃油、燃?xì)忮仩t；在郊區(qū)和城鎮(zhèn)宜改成流化床鍋爐；對(duì)煤源比較固定的鍋爐宜對(duì)燃燒設(shè)備進(jìn)行改造，采用飛灰復(fù)燃和對(duì)除塵設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，如采用電除塵或布袋除塵等。循環(huán)流化床燃燒技術(shù)已是商業(yè)化的燃燒技術(shù)，具有高效、低污染、燃料適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。如果用這種技術(shù)來(lái)改造舊鍋爐，則可達(dá)到節(jié)約資金、減少污染、增容和延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的目的，國(guó)外已有不少成功的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。因此，將舊鍋爐改造成循環(huán)流化床鍋爐應(yīng)作為鍋爐改型的主要改造方向。節(jié)能改造對(duì)于燃煤工業(yè)鍋爐,通過(guò)更新、改造、淘汰可以取得較好的節(jié)能效果。然而無(wú)論是更新還是改造均應(yīng)以技術(shù)先進(jìn)成熟、經(jīng)濟(jì)合理為原則。一般的,

14、對(duì)于半新以上的鍋爐,采取技術(shù)改造措施比較經(jīng)濟(jì)合理;對(duì)于接近壽命期的鍋爐,則以更新為佳。對(duì)于應(yīng)淘汰鍋爐,則必須通過(guò)有關(guān)政策強(qiáng)制執(zhí)行。(1)鍋爐更新、淘汰我國(guó)工業(yè)鍋爐使用壽命一般可達(dá)1520年,但某些水火管鍋爐的壽命不過(guò)810年。據(jù)此, 20052010年、20102015年分別有約14. 5萬(wàn)臺(tái)、34. 5萬(wàn)MW的燃煤鍋爐需要更新, 20152020年有約9. 5萬(wàn)臺(tái)、23萬(wàn)MW的燃煤鍋爐需要更新。但是,需要指出的是,這種更新并非是自然、自覺行為,國(guó)家需要制定強(qiáng)制更新政策,對(duì)超期且不達(dá)標(biāo)鍋爐強(qiáng)制更新,同時(shí)輔之以相應(yīng)激勵(lì)措施。2005年應(yīng)先更新那些役期超過(guò)20年且難以達(dá)標(biāo)的鍋爐約5萬(wàn)臺(tái)、12萬(wàn)MW

15、。至于淘汰, 2005年應(yīng)首先淘汰1t/h及以上固定爐排鍋爐約1萬(wàn)臺(tái)、1萬(wàn)MW。（2）節(jié)能改造由于在用工業(yè)鍋爐中鏈條爐排鍋爐居多數(shù),且當(dāng)前可應(yīng)用的節(jié)能改造技術(shù)大部分是針對(duì)鏈條爐排鍋爐的,為此,建議對(duì)現(xiàn)有的不滿足當(dāng)前節(jié)能要求的燃煤鍋爐采用下列措施優(yōu)先改造,但要突出重點(diǎn)。給煤裝置改造我國(guó)的鏈條爐排鍋爐都是燃用原煤,原有的斗式給煤裝置使得塊、末煤混合堆實(shí)在爐排上,阻礙爐排進(jìn)風(fēng),影響燃燒。如將斗式給煤改造成分層給煤,一般可提高效率45個(gè)百分點(diǎn)。該項(xiàng)改造投資少,見效快,投資回收也很快。部分單位的實(shí)踐已做出了很好的證明。爐拱改造鏈條爐排鍋爐的爐拱是按設(shè)計(jì)煤種配置的,拱型結(jié)構(gòu)對(duì)煤種是否適應(yīng),對(duì)鏈條爐排燃燒好

16、壞是一個(gè)關(guān)鍵。目前在用鍋爐的絕大部分拱都是按類煙煤設(shè)計(jì)的,直接影響鍋爐的熱效率,甚至影響鍋爐出力。按照實(shí)際使用的煤種,適當(dāng)改變爐拱的形狀與位置,可以改善燃燒狀況,提高燃燒效率,減少燃煤消耗。這項(xiàng)改造可降低爐(灰)渣含碳量30% 50%,而且可提高出力。技改投資半年左右可收回。燃燒系統(tǒng)改造對(duì)于鏈條爐排鍋爐由于負(fù)荷變化適應(yīng)性差和排放難以控制的特點(diǎn),在負(fù)荷變化或煤質(zhì)變化尤其是變差時(shí)往往會(huì)冒黑煙,老齡鍋爐此種現(xiàn)象更為嚴(yán)重。近幾年,一項(xiàng)旨在降低污染、節(jié)約能源的工業(yè)鍋爐“氣、煤混燒”技術(shù)在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家推廣應(yīng)用。據(jù)了解,這種技術(shù)就是在爐膛適當(dāng)部位噴入燃?xì)庵既济?此項(xiàng)技術(shù)在美國(guó)的老齡鍋爐改造中應(yīng)用較多,我

17、國(guó)也有改造實(shí)例(如宣化鋼鐵集團(tuán)公司焦化廠3臺(tái)SHL20 -25 /400 - A II鍋爐的改造) 。該項(xiàng)技術(shù)具有下列優(yōu)點(diǎn):暖爐、點(diǎn)火干凈快捷;鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍擴(kuò)大,避免降負(fù)荷損失;由于燃盡率提高和過(guò)量空氣減少,鍋爐熱效率提高;適應(yīng)負(fù)荷快速變化和煤質(zhì)變化等。因此,該項(xiàng)技術(shù)可以在現(xiàn)在或?qū)?lái)有供氣源的地方用于燃煤工業(yè)鍋爐的改造,節(jié)能效果一般可提高510個(gè)百分點(diǎn)。鍋爐輔機(jī)節(jié)能改造燃煤鍋爐的主要輔機(jī)鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)與鍋爐的熱效率和能耗量直接相關(guān),用適當(dāng)?shù)淖冾l調(diào)速技術(shù),按照鍋爐的負(fù)荷需要調(diào)節(jié)鼓、引風(fēng)量,維持鍋爐運(yùn)行在最佳狀況,一方面可以節(jié)約鍋爐燃煤,另一方面又可以節(jié)約風(fēng)機(jī)的耗電,節(jié)能效果較好。層

18、燃鍋爐改造成循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)流化床鍋爐是燃煤在爐內(nèi)循環(huán)流化燃燒,所以,它的熱效率比層燃鍋爐高1015個(gè)百分點(diǎn),而且可以燃用劣質(zhì)煤;由于可以使用石灰石粉在爐內(nèi)脫硫,所以,不但可以大大減少燃煤鍋爐酸性氣體SO2的排放量,而且其灰渣可直接用于生產(chǎn)建筑材料。這種改造已有不少成功案例,但它的改造投資較高,約為購(gòu)置新爐費(fèi)用的70%,所以要慎重決策。控制系統(tǒng)改造工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)節(jié)能改造主要是按照鍋爐的負(fù)荷要求,實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)給煤量、給水量、鼓風(fēng)量和引風(fēng)量,特別是實(shí)施燃燒自動(dòng)調(diào)節(jié),包括電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速,裝設(shè)煙氣氧量監(jiān)測(cè)儀表,再配以先進(jìn)的調(diào)風(fēng)裝置,可大幅提高燃燒效率,降低過(guò)量空氣系數(shù),使鍋爐經(jīng)常處在良好的運(yùn)行狀態(tài),

19、從而提高鍋爐效率,一般可提高23個(gè)百分點(diǎn)。在供熱系統(tǒng)中推廣蓄熱器。由于采用蓄熱器,可以在用戶用熱負(fù)荷多變條件下,保持鍋爐的運(yùn)行工況穩(wěn)定,使鍋爐一直以額定負(fù)荷狀況工作,保持鍋爐的設(shè)計(jì)熱效率。經(jīng)上海地區(qū)試驗(yàn),在供熱系統(tǒng)采用蓄熱器的情況下,鍋爐熱效率可提高510個(gè)百分點(diǎn),且對(duì)系統(tǒng)也有益。據(jù)了解,法國(guó)等國(guó)對(duì)蓄熱器有不少先進(jìn)技術(shù),可供中國(guó)采用。工業(yè)鍋爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境評(píng)價(jià)方法 我國(guó)工業(yè)鍋爐量大面廣，污染十分嚴(yán)重，在未來(lái)的20年內(nèi)，中小型工業(yè)鍋爐仍然存在，燃煤工業(yè)鍋爐仍是主流。基于經(jīng)濟(jì)條件和資源限制，我國(guó)鍋爐的改造不可能單純地追求技術(shù)的先進(jìn)性，必須綜合考慮工業(yè)鍋爐的技術(shù)，經(jīng)濟(jì)和環(huán)境需求，尋求適合于中國(guó)國(guó)情的

20、工業(yè)鍋爐發(fā)展道路。建立系統(tǒng)的工業(yè)鍋爐技術(shù)，經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的評(píng)價(jià)方法有利于工業(yè)鍋爐整體技術(shù)水平的提高和環(huán)境的改善。 以往國(guó)內(nèi)對(duì)于工業(yè)鍋爐的評(píng)價(jià)從能效或排放標(biāo)準(zhǔn)等單一因素角度評(píng)價(jià)得較多，從技術(shù)，經(jīng)濟(jì)和環(huán)境角度評(píng)價(jià)少，評(píng)價(jià)局限于技術(shù)層面，經(jīng)驗(yàn)的分析和定性的評(píng)價(jià)多，定量的研究方法少。北京煤炭工業(yè)潔凈煤工程技術(shù)研究中心的陳貴鋒和俞珠峰在國(guó)內(nèi)首次采用定量的方法建立了工業(yè)鍋爐技術(shù)，經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等多因素綜合評(píng)價(jià)模型。該模型可作為工業(yè)鍋爐以及能源領(lǐng)域的政策研究的基礎(chǔ)，也可用于工業(yè)鍋爐發(fā)展的規(guī)劃，宏觀布局和微觀分析。1. 工業(yè)鍋爐技術(shù)，經(jīng)濟(jì)和環(huán)境評(píng)價(jià)模型 工業(yè)鍋爐技術(shù)的綜合評(píng)價(jià)，涉及鍋爐裝備水平，運(yùn)行效率，燃料性質(zhì)與質(zhì)

21、量，操作管理水平，現(xiàn)行環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求，政策法規(guī)等多項(xiàng)重要因素；同時(shí)，地區(qū)間還存在較大差異。 要建立工業(yè)鍋爐的評(píng)價(jià)方法，必須確定工業(yè)鍋爐的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)指標(biāo)和建立評(píng)價(jià)模型。1.1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)指標(biāo)體系 評(píng)價(jià)指標(biāo)確定 涉及工業(yè)鍋爐的標(biāo)準(zhǔn)很多，其中包括鍋爐的設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)，污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)濟(jì)分析原則等。根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)可確定工業(yè)鍋爐的評(píng)價(jià)指標(biāo)系統(tǒng)。工業(yè)鍋爐的技術(shù)，經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的綜合評(píng)價(jià)建立在現(xiàn)有各種標(biāo)準(zhǔn)之上，根據(jù)各種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，確定綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)指標(biāo)。以環(huán)境指標(biāo)為例，根據(jù)排放標(biāo)準(zhǔn)，將評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為4級(jí)，見表1。表1 環(huán)境評(píng)價(jià)效果分類 單位：mg/m3環(huán)境等級(jí)1 234評(píng)價(jià)指標(biāo)GWPB3199

22、9時(shí)段標(biāo)準(zhǔn)即：SO2900煙塵：一類區(qū)80 二類區(qū)200 三類區(qū)250GWPB31999時(shí)段標(biāo)準(zhǔn)即：SO21200煙塵：一類區(qū)100 二類區(qū)250 三類區(qū)350SO21500煙塵：一類區(qū)100二類區(qū)250三類區(qū)350不達(dá)標(biāo)即：SO21500煙塵350引用的主要標(biāo)準(zhǔn)有：JB/T100941999工業(yè)鍋爐熱效率標(biāo)準(zhǔn)；ZBJ98011工業(yè)鍋爐通用技術(shù)條件；評(píng)價(jià)企業(yè)合理用熱導(dǎo)則；鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB1327191；國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)：鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GWPB31999；環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB30951996；建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)（第二版）。 指標(biāo)優(yōu)化建立工業(yè)鍋爐的綜合評(píng)價(jià)模型的目的是為了

23、指標(biāo)的優(yōu)化，指標(biāo)優(yōu)化必須滿足2個(gè)條件：一是發(fā)展工業(yè)鍋爐的環(huán)境的負(fù)面影響最小；二是綜合效益必須最大。即：是通過(guò)環(huán)境評(píng)估得出的負(fù)面影響程度。是通過(guò)裝備，燃料，管理等的提高，發(fā)揮出最大的效益。根據(jù)上述條件建立了工業(yè)鍋爐的技術(shù)，環(huán)境，資金投入和運(yùn)行成本的評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)模型。 評(píng)價(jià)框圖 2 模型實(shí)例計(jì)算分析 采用模型對(duì)15種鍋爐改造進(jìn)行了計(jì)算和分析。重點(diǎn)對(duì)鍋爐燃用洗選煤，天然氣鍋爐和城市鍋爐改造進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算和分析。在同一基準(zhǔn)條件下對(duì)不同鍋爐改造技術(shù)方案進(jìn)行了能效，環(huán)境，投入和運(yùn)行成本的比較分析，結(jié)果表明，每種技術(shù)都有其適應(yīng)性，工業(yè)鍋爐的發(fā)展不能一刀切，必須分時(shí)段分地區(qū)選擇不同的技術(shù)水平檔次。2.1 燃

24、用洗選煤的模型計(jì)算 以工業(yè)鍋爐燃用洗選煤為例，進(jìn)行模型的實(shí)例分析和評(píng)價(jià)。 燃用洗選煤的方案設(shè)計(jì)（1）現(xiàn)有工業(yè)鍋爐改燃原煤為洗選煤，洗選煤直接購(gòu)進(jìn)，不考慮建設(shè)選煤廠的相關(guān)費(fèi)用；（2）采用先進(jìn)的鍋爐技術(shù)和裝備；（3）鍋爐的操作管理嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行。 燃用洗選煤的主要參數(shù)選擇（1）原煤煤質(zhì)取全國(guó)平均值，即灰分24%、硫分1%、熱值20930KJ/kg,原煤價(jià)為150元/t。（2）煤炭洗選取值：洗選脫硫率35%，脫灰率40%，洗選煤灰分18%，硫分0.81%,熱值23442KJ/kg。洗選煤價(jià)為原煤的1.4倍即210元/t。按我國(guó)煤炭平均運(yùn)距500km計(jì)算，運(yùn)雜費(fèi)為50元/t。（3）由于鍋爐進(jìn)行了相

25、應(yīng)改進(jìn)，運(yùn)行效率比燃用原煤提高16%（即由60%提高到76%）。（4）取10t/h鍋爐改造費(fèi)用100萬(wàn)元。折舊期15a,鍋爐每年運(yùn)行3600h。 模型計(jì)算結(jié)果 采用模型，對(duì)工業(yè)鍋爐燃用洗選煤的計(jì)算結(jié)果如表2。結(jié)果表明：工業(yè)鍋爐如果把提高煤質(zhì)，技術(shù)裝備和管理水平三者緊密結(jié)合，能收到非常顯著的效果，工業(yè)鍋爐的節(jié)能率可達(dá)21%，SO2排放總量下降42.9%。工業(yè)鍋爐的總體運(yùn)行成本會(huì)有所下降，即使是洗選煤價(jià)格是原煤的1.4倍，輸出每GJ熱量的燃料成本仍會(huì)減少0.15元/GJ，總運(yùn)行成本下降1.28元/GJ，下降6.45%。 表2 鏈條爐燃用洗選煤總體評(píng)價(jià)結(jié)果評(píng)價(jià)類別 評(píng)價(jià)指標(biāo) 目前技術(shù)鏈條爐燃洗煤結(jié)果

26、分類技術(shù)評(píng)價(jià)鍋爐效率（%） 6076效率有明顯提高節(jié)能率（%） 0 21資金投入評(píng)價(jià)改造投入（萬(wàn)元/蒸t） / 10資金投入小，減排投入低。減排SO2投入（元/t） / 1269減排煙塵投入（元/t） / 1707減排SO2和煙塵投入（元/t） / 728節(jié)能投入（元/tce） / 61.6綜合指數(shù) / 366環(huán)境評(píng)價(jià)SO2減排率（%） / 42.9減排SO2效果明顯，鍋爐除塵效率84.5%時(shí)，粉塵排放能滿足排放要求。除塵效率（%） / 84.5減排SO2量（kg/GJ） / 0.58減排煙塵量（kg/GJ） / 0.43SO2排放濃度（mg/m3） 1789 1377煙塵排放濃度(mg/m3

27、) 722 197經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)燃料成本變化（元/GJ） 0 -0.15鍋爐改造和提高煤質(zhì)結(jié)合，運(yùn)行成本有所降低。燃料運(yùn)雜費(fèi)變化（元/GJ） 0 -1.17污染物減排費(fèi)用（元/GJ） 0 -0.68其他成本變化（元/GJ） 0 0.73總運(yùn)行成本變化（元/GJ） 0 -1.28綜合評(píng)價(jià)有經(jīng)濟(jì)效益，SO2總量減排43%，但SO2排放濃度較高，適合中小城市采用。2.2 工業(yè)鍋爐燃用洗選煤的綜合結(jié)果分析 燃料變化對(duì)運(yùn)行成本的影響工業(yè)鍋爐燃用洗選煤是否可以成功推廣，關(guān)鍵在于燃用洗選煤的運(yùn)行成本，是否低于目前燃用原煤的運(yùn)行成本。影響鍋爐運(yùn)行成本變化的主要因素之一是燃料成本。影響燃料成本變化的三個(gè)指標(biāo)為：燃料價(jià)

28、格比值（包括燃料費(fèi)，附加費(fèi)和各種雜費(fèi)），燃料熱值比值和鍋爐運(yùn)行效率比值。若×，燃料變化將會(huì)導(dǎo)致燃料成本降低，相反則會(huì)導(dǎo)致燃料成本增加。燃料價(jià)格變化用當(dāng)量?jī)r(jià)格和實(shí)際價(jià)格來(lái)表征。當(dāng)量?jī)r(jià)格是按輸出等值能量計(jì)算出的價(jià)格，本研究中當(dāng)量?jī)r(jià)格計(jì)算以原煤為基準(zhǔn)；實(shí)際價(jià)格是購(gòu)買燃料的價(jià)格，受供求關(guān)系及加工費(fèi)用的影響。 當(dāng)量?jī)r(jià)格與實(shí)際價(jià)格的差異反映出加工，運(yùn)輸，資源費(fèi)等中間成本的大小。在市場(chǎng)條件下，用戶容易接受實(shí)際價(jià)格低于當(dāng)量?jī)r(jià)格或與當(dāng)量?jī)r(jià)格比較接近的燃料。在一些特殊條件下，需采用實(shí)際價(jià)格遠(yuǎn)高于當(dāng)量?jī)r(jià)格的燃料如采用油，天然氣和電，以保護(hù)環(huán)境，這就必須有政策的引導(dǎo)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的支持。幾種燃料的當(dāng)量?jī)r(jià)格和實(shí)際

29、價(jià)格如圖2所示。 模型分析結(jié)果表明：運(yùn)行成本變化與燃料價(jià)格比值的變化成線性關(guān)系，當(dāng)在1.31.6之間變化時(shí)，運(yùn)行成本的變化由負(fù)變正，表示燃用洗選煤和目前燃原煤相比，用戶的經(jīng)濟(jì)效益有正值變?yōu)樨?fù)值。當(dāng)=1.56時(shí)，燃用洗選煤和燃用原煤在運(yùn)行成本上相等，只要洗選煤價(jià)格與原煤價(jià)格比小于1.56倍，燃用洗選煤都是有經(jīng)濟(jì)效益。見圖3， 運(yùn)行效率對(duì)運(yùn)行成本的影響 運(yùn)行成本變化與鍋爐運(yùn)行效率呈準(zhǔn)線性關(guān)系（見圖4所示）。當(dāng)運(yùn)行效率有65%增加到77%時(shí)，運(yùn)行成本變化由正變負(fù)，表示燃用洗選煤由負(fù)效益變?yōu)檎б妫岣咤仩t運(yùn)行效率對(duì)降低運(yùn)行成本有利。 當(dāng)燃用洗選煤鍋爐效率為70%時(shí)，燃用洗選煤和燃用原煤相比，運(yùn)行成本

30、相等，當(dāng)效率70%時(shí)，燃用洗選煤有經(jīng)濟(jì)效益。 目前我國(guó)洗選煤價(jià)格與原煤價(jià)格比平均為1.4，燃用洗選煤和目前水平相比，鍋爐效率只有大于70%時(shí)，才會(huì)有經(jīng)濟(jì)效益。 SO2排放 SO2排放與煤中含硫量和采用的脫硫技術(shù)的脫硫效率關(guān)系很大。以采用洗選煤作燃料為例，若煤中硫分能降到0.5%以下，SO2排放能達(dá)到900mg/m3,在沒有采用SO2減排技術(shù)的條件下，也能達(dá)到一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)；若煤的硫分在0.7%以下，SO2排放濃度能達(dá)到1200mg/m3，在沒有采用SO2減排技術(shù)的條件下，可達(dá)二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)；若煤的硫分0.7%，則必須配合采用其它技術(shù)才可能達(dá)標(biāo)排放。燃料中硫分越高，則對(duì)脫硫的技術(shù)水平要求也越高，脫硫

31、難度也越大。 進(jìn)一步對(duì)煤中硫分，鍋爐技術(shù)脫硫率與SO2排放濃度的關(guān)系進(jìn)行研究，結(jié)果見圖5所示。 為達(dá)到SO2排放標(biāo)準(zhǔn)，燃用不同硫分的煤時(shí)，需要采用不同的鍋爐改造技術(shù)，結(jié)果見表3。當(dāng)煤中硫分在0.5%1%時(shí)，要達(dá)到一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，需采用脫硫率在30%50%的技術(shù)；要達(dá)到二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，需采用脫硫率早033%的技術(shù)，如燃用精煤水煤漿，煤粉爐爐內(nèi)固硫，固硫型煤等，可達(dá)標(biāo)排放。當(dāng)煤的硫分在1%1.5%時(shí)，需采用脫硫率更高些的技術(shù)，如洗選煤+煤粉爐爐內(nèi)固硫，洗選煤+固硫型煤，循環(huán)流化床等；當(dāng)煤中硫分大于1.5%時(shí)，除非采用脫硫率大于55%的技術(shù)，否則很難達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)煤中硫分大于2%時(shí)，現(xiàn)有的工業(yè)鍋爐脫硫

32、技術(shù)都不能滿足環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。表3 不同硫分煤需采用的SO2減排技術(shù)硫分（%） 0.5 0.51 11.5 1.52SO2排放濃度900 1200 1500 900 1200 1500 900 1200 1500 900 1200 1500SO2減排率（%） 0 050 033 016 5067 3355 1644 6775 5567 4458采用技術(shù) 1 燃用精煤水煤漿 1 洗選煤+煤粉爐內(nèi)固硫1洗選煤+煙氣脫硫 2 煤粉爐爐內(nèi)固硫 2 洗選煤+固硫 2爐內(nèi)固硫+煙氣脫硫可直接燃燒排放3 洗選煤 3 循環(huán)流化床 3 循環(huán)流化床4 固硫型煤 因此，現(xiàn)有工業(yè)鍋爐不能燃用硫分大于2%的煤。考慮工業(yè)鍋爐的

33、脫硫技術(shù)水平和脫硫成本，在采用脫硫技術(shù)時(shí)，工業(yè)鍋爐應(yīng)限制硫分大于1.5%煤炭的使用；在不采用脫硫技術(shù)時(shí)，工業(yè)鍋爐應(yīng)燃用硫分小于0.7%的煤。3 全國(guó)工業(yè)鍋爐改造效果分析經(jīng)過(guò)模型的分析研究，認(rèn)為工業(yè)鍋爐改造必須分時(shí)段和分地區(qū)進(jìn)行，不同時(shí)段和不同地區(qū)應(yīng)采用不同的技術(shù)。工業(yè)鍋爐改造主要有3條途徑：（1）通過(guò)煤炭加工處理提高煤質(zhì)；（2）采用清潔燃料如采用油，氣，電；（3）鍋爐升級(jí)和提高管理水平相結(jié)合。經(jīng)過(guò)合理的布局和選擇，全國(guó)工業(yè)鍋爐改造分一類地區(qū)，二類地區(qū)和三類地區(qū)同時(shí)進(jìn)行。模型的計(jì)算結(jié)果表明，工業(yè)鍋爐改造后其能效，環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益上都會(huì)產(chǎn)生很大的變化，全國(guó)鍋爐改造的效果如表4。表4 全國(guó)鍋爐改造效果一類地區(qū)二類地區(qū)三類地區(qū)合計(jì)燃料消耗（Mtce/a）13.93136.1434.99185.1替代原煤（Mt/a）27.84231.9756.94316.75運(yùn)行成本增量（億元/a）141.9119.813.88275總運(yùn)行成本（億元/a）169.7700.5156.231068.5改造投入（億元）161.12729.23108.4998SO2減排量（Mt/a）0.43281.7050.3582.496CO2減排量(Mt/a)27.0881.41913.918122.41煙塵減排量(Mt/a)0