工業鍋爐技術經濟思索

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目前常見的蒸發量小于35t/h的小型工業鍋爐有鏈條爐排鍋爐、循環流化床鍋爐、水煤漿鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐等。我國鏈條爐排鍋爐較多，該爐型鍋爐還有節能改造空間。循環流化床鍋爐采用低溫燃燒技術，具有強化傳熱、燃燒效率高、燃料適應性廣和排放污染物少等特點，在燃煤工業鍋爐中所占份額逐漸上升。水煤漿是一種由水和煤粉以及添加劑混合制備而成的煤基流體燃料，水煤漿鍋爐替代燃油鍋爐有很好的經濟性。燃油鍋爐受制于油價高、運行成本高，發展會受到抑制。燃氣鍋爐熱效率最高，能顯著減少污染物排放，隨著國家環保力度的加大，頁巖氣開發、西氣東輸和利用國際天然氣資源等工程的實施，用燃氣鍋爐替代原有的燃煤鍋爐，前景廣闊。小型工業鍋爐發展總的趨勢是，采用清潔燃料和潔凈燃燒技術，向高效、節能、低污染、自動化方向發展。鍋爐的技術經濟分析，既要堅持“安全第一、環保為上、技術先進、經濟合理”的理念，還要兼顧:燃料貨源充裕，熱值性價比高;自控可靠和保護裝置齊全;鍋爐產品廠家信譽和售后服務好;鍋爐性能與用戶用熱用汽特性一致，用汽負荷有較大變化時，鍋爐敏感性、匹配性要高，追蹤性要快;實際運行熱效率高，運行成本低;配件互換性好，維護方便。

1工業鍋爐結構、性能比較

1．1鏈條爐排鍋爐

鏈條爐排鍋爐屬層燃型鍋爐。煤在爐排上邊移動邊燃燒，單面著火，運行時燃料難以自身擾動，沿爐排長度方向燃料層有明顯的分區。鍋爐熱效率不高，但操作方便，勞動強度低，煙塵排放濃度較低。拋煤機鏈條爐是在常規正轉鏈條爐排鍋爐的基礎上發展起來的，它的燃燒機理既有層燃的特點，又有懸浮燃燒的特點，在燃燒設備結構上使鏈條爐排反轉并在爐膛空間增加了拋煤，使粒煤以顆粒大小在爐排面上分層分布，細煤屑則在爐膛空間呈懸浮態分布，比常規鏈條爐的煤種適應性強、負荷適應性好、調節比較靈敏。近年來，鏈條爐排鍋爐的節能改造較廣泛，包括拋煤機鍋爐經強化燃燒改造、前后拱改造、增加二次風甚至四角切圓三次風、應用爐內槽型分離和飛灰復燃技術，節能減排效果不錯。

1．2循環流化床鍋爐

循環流行化床鍋爐技術(CFB)是近30年來迅速發展的一項高效低污染低溫燃燒技術，顆粒煤在爐內循環流化燃燒，爐膛有旋風分離器等標志性部件。小型CFB鍋爐采用單鍋筒、自然循環方式，總體上分為前部及尾部兩個豎井。前部豎井為總吊結構，四周有膜式水冷壁，自下而上，依次為一次風室、密相床、懸浮段，尾部煙道自上而下依次為省煤器、空氣預熱器。爐膛與尾部豎井之間由立式旋風分離器相連通，分離器下部聯接回送裝置。燃燒室及分離器內部均設有防磨內襯。小型鍋爐采用床上或床下點火，分級燃燒，一次風比率占60%～70%，二次風比率占30%～40%，低倍率中溫或高溫分離，灰渣采用干式排出。爐膛設計適當的爐膛高度和截面，使鍋爐燃燒不同煙煤、無煙煤時，鍋爐熱效率在85%以上。爐內可脫硫，低氮低溫燃燒，廣泛的燃料適應性特別是對劣質煤的適應性是該類爐型的優勢。

1．3水煤漿鍋爐

水煤漿鍋爐是指使用水煤漿為燃料的鍋爐。運行負荷可在40%～100%的范圍內任意調節。水煤漿及燃燒后的粉煤灰都采用罐裝密閉運輸，具有和燃油燃氣鍋爐類似的火焰特性。常規的小型水煤漿鍋爐目前比較難辦的是氮氧化物容易超標，可以采用SNCR和濕法同時脫硫脫硝組合工藝對鍋爐全煙氣凈化處理，部分水煤漿鍋爐采用低NOx燃燒器降低氮氧化物生成。鍋爐尾部采用冷凝型鍋爐節能器和熱管余熱回收技術回收高溫煙氣和煙氣中的水蒸氣熱焓。有的公司借鑒流化低溫燃燒技術，研發的水煤漿流化懸浮高效潔凈燃燒鍋爐產品，實現爐內脫硫和抑制熱力型NOx的生成與排放;燃料由輸漿管送向燃燒室上部的水煤漿霧化器，霧化后送入燃燒室，燃燒室下部流化床的溫度在850～950℃，水煤漿在熱物料加熱下迅速析出水分、揮發分并完成著火燃燒及焦炭燃燒，在流化狀態下顆粒狀水煤漿團進一步解體為細顆粒進入懸浮室繼續燃燒。燃燒室出口處設置分離器，較大顆粒水煤漿和床料被分離、捕捉，返回燃燒室下部繼續燃燒，實現了水煤漿循環燃燒。

1．4燃油鍋爐

燃油鍋爐是指使用燃油為燃料的鍋爐。燃油鍋爐需要使用燃燒器將燃油噴入鍋爐爐膛，進行火室燃燒。小型的鍋爐本體及其通風、給水、控制與輔助設備均設置在一個底盤上組裝出廠。火管鍋爐的主要受壓元件是鍋殼、管板、爐膽、煙管;水管鍋爐的主要受壓元件是鍋筒、水冷壁、鍋爐管束、蛇形管、集箱。與同參數和同容量的燃煤鍋爐相比，其爐膛容積的熱強度可增大一倍，實際爐膛容積縮小約1/3。小型爐型可省去引風機，只用送風機即可將煙氣排出爐外。采用膜式水冷壁制成的微正壓鍋爐，可使鍋爐整體結構更為緊湊。強化油的燃燒必須做到以下三點:提高霧化質量，減小油粒直徑;增大空氣與油粒的相對速度;合理配風。

1．5燃氣鍋爐

燃氣鍋爐使用燃燒器將燃氣噴入鍋爐爐膛，進行火室燃燒。鍋爐結構、性能與燃油鍋爐基本相同，只是燃燒器有區別。燃氣的燃燒過程沒有燃油的霧化過程與氣化過程。燃氣與空氣的混合方式，對燃燒的強度、火焰長度和火焰溫度都有很大的影響。根據混合方式不同，燃氣的燃燒方法可分為三種:第一種是擴散燃燒，在燃氣噴嘴口處相互擴散燃燒，其優點燃燒穩定，燃具結構簡單，但火焰較長，易產生不完全燃燒，使受熱面積碳;第二種是預混部分空氣燃燒，即燃燒前預先將一部分空氣與燃氣混合，然后進行燃燒，燃燒火焰清晰，燃燒強化，熱效率高，但燃燒不穩定，對一次空氣的控制及燃燒成分要求較高;第三種是無焰燃燒，即燃氣所需空氣在燃燒之前已與燃氣均勻混合，在燃燒過程中不需要從周圍空氣中取得氧氣。燃氣燃燒器一般多用第二種預混燃燒方式。有些鍋爐配特制的復合型燃燒器，可以切換燃燒燃油或燃氣，稱為燃油燃氣鍋爐。

2不同類型的小型工業鍋爐房的投資比較

以某公司分三期(每期間隔1年)建設的3臺20t/h鍋爐投資概算為例，比較5種不同類型的工業鍋爐房投資成本，見表1。由表1可以看出:鏈條爐排鍋爐、循環流化床鍋爐、水煤漿鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐的投資額比例為2．38:2．71:2．37:1．23:1，顯然，煤爐之間投資相差不大，油爐和氣爐之間投資相差也不大，但煤爐與油、氣爐之間投資就相差很大。

3不同類型的小型工業鍋爐運行成本比較

以某公司分三期(每期間隔1年)投入的3臺20t/h鍋爐為例，比較5種不同類型的運行成本。見表2。由表2可以看出，鍋爐運行成本由低到高依次是循環流化床鍋爐(CFB)、鏈條爐排鍋爐、水煤漿鍋爐、燃氣鍋爐、燃油鍋爐，噸蒸汽成本比例為1:1.09:1．25:1．65:2．35，三期達產投運后，與循環流化床鍋爐的年蒸汽總成本差額依次為0萬元、471.08萬元、1305．53萬元、3370．39萬元、7050.18萬元。可見，各爐型的運行成本之間相差很大，是業主最關心的指標。

4綜合分析

綜合分析見表3，表3中的投資和運行成本數據，參照表1、表2。

5結論

通過進行細致的技術經濟分析，能為鍋爐用戶開展小型鍋爐項目建設的決策提供依據，同時對日常的鍋爐運營管理也有借鑒作用。但這只是主要基于經濟性的比較，鍋爐用戶在進行具體決策時還需結合自己的實際如燃料的可獲得性、用熱的均衡性與持續性等進行綜合權衡。