園區(qū)分散小鍋爐改造案例分析與探討

陳飛飛，俞 聰，王宏石

（華電電力科學研究院有限公司，浙江 杭州 310030）

1 概述

某沿海地級市經濟發(fā)達、產業(yè)眾多，2019年人均GDP已超過18000 美元，當地有諸如紡織、印染、制酒、醫(yī)藥、建材等多種類型的高耗能行業(yè)，這些行業(yè)聚集著大量的中小企業(yè)，受制于經濟規(guī)模與環(huán)保意識，這些企業(yè)仍普遍使用分散小鍋爐。近年來，當地政府對節(jié)能環(huán)保方面要求逐漸變高，出臺了一些列的節(jié)能減排政策，對煤炭提出了限制性使用的要求，要實現(xiàn)煤炭總量負增長、煤炭存量有效整合，這就使得當地的高耗能行業(yè)面臨燃煤鍋爐改造的問題[1]。因此合理選擇燃煤鍋爐的改造方式關系到這些企業(yè)能否良好地發(fā)展，也關系到當地的經濟發(fā)展和社會穩(wěn)定。分散小鍋爐改造的方法很多，既有采用小型天然氣鍋爐或生物質鍋爐進行原地改建的方法，也有新建或利用附近已有的大型熱源提供蒸汽的方法。本文以當地某工業(yè)園區(qū)為案例，分析園區(qū)進行分散小鍋爐改造所需解決的問題，以期為相關從業(yè)者提供可行的參考。

2 園區(qū)企業(yè)現(xiàn)狀

某工業(yè)園區(qū)內有大小用熱氣企業(yè)66 家，根據對各企業(yè)進行的熱負荷摸排情況來看，大部分熱用戶參數在0.7～0.85MPa、170～200℃范圍內，壓力最高為 0.9MPa，溫度最高為220℃，總的熱負荷可達150t/h，各企業(yè)平均熱負荷約為2.28t/h，其中平均負荷小于4t/h 的企業(yè)數量占企業(yè)總數的85%，相應的容量占總容量35%，具體情況如圖1 所示。

園區(qū)內的企業(yè)生產狀況良好，大部分企業(yè)為兩班制或三班制24 小時作業(yè)，對蒸汽的需求較為穩(wěn)定，圖2 為部分企業(yè)典型日的熱負荷曲線圖。

經調查，園區(qū)內的分散小鍋爐主要有蒸汽鍋爐和導熱油鍋爐，蒸汽鍋爐用戶種類繁多，而導熱油爐用戶主要分布在紡織印染企業(yè)中，用于干燥定型裝置、熱熔染色裝置、染色印花裝置、干燥器、烘干器、軋光機、壓平機、洗滌機、軋布機、熨平機、熱風拉幅等的加熱。蒸汽鍋爐用戶生產工藝所需的參數為一般為0.5～0.7MPa、160～180℃，導熱油爐用戶的生產工藝參數一般為0.7～1.0MPa、180～230℃。可以看出，園區(qū)內的用戶用汽參數在正常范圍以內，小型鍋爐或熱電聯(lián)產機組均能滿足要求。

3 改造方式的選擇

影響分散小鍋爐改造方式選擇的因素有很多，比如熱源類型、燃料類型、占地面積、安全可靠性、環(huán)保指標、建設周期、當地企業(yè)意愿、改造費用和收益等等。下文便結合工業(yè)園區(qū)相關情況，逐一對各影響因素進行分析。

3.1 熱源類型的選擇

園區(qū)內企業(yè)現(xiàn)在使用的均是分散小鍋爐，對原有鍋爐進行煤炭清潔化燃燒改造或者改用其它清潔能源進行燃料替代，從原理上是可行的。但是按照當地的相關政策，如果繼續(xù)使用這些分散小鍋爐，則只能使用成本較高的生物質或天然氣等清潔能源，增加了燃料成本；分散小鍋爐比集中式熱源的熱效率要低，既浪費了能源又增加了燃料成本；改造分散小鍋爐需要花費一筆不小的固定投資費用，鍋爐運行期間還會產生一系列的運行費用。這些都會使得企業(yè)的用能成本變高，增加了企業(yè)的負擔，降低了產品的競爭力，不利于企業(yè)的長久發(fā)展。而使用集中式熱源，由于集中式熱源的燃料種類來源豐富、熱效率高、單位運行維護費用低，可以避免分散小鍋爐存在的不利之處[2]。因此園區(qū)熱源改造首先考慮使用集中式熱源。

圖1 園區(qū)內各企業(yè)熱負荷分布情況

圖2 部分企業(yè)典型日24 小時熱負荷曲線圖

3.2 燃料類型的選擇

根據當地的政策，煤炭屬于限制性能源，政府對當地的煤炭消耗總量有控制目標，因此雖然當地交通發(fā)達，能夠方便的獲取煤炭，但是依然不建議優(yōu)先用煤炭作為燃料。

當地處于沿海地區(qū)，屬于港口城市，有可供使用的LNG船碼頭，同時還位于西氣東輸工程的沿線，因此天然氣的供應相對而言比較充足；當地氣候不算寒冷，居民未實行集中供暖，因此在冬季時不會出現(xiàn)與居民爭搶天然氣氣源的情況，能夠保證全年天然氣供應的穩(wěn)定；使用天然氣不受當地限煤政策的影響，因此建議將天然氣作為園區(qū)小鍋爐改造的首選燃料。

當地處于平原地區(qū)，附近有大量的耕地，主要種植水稻、麥等農作物，生物質燃料數量較為豐富，可以考慮使用生物質燃料。但是生物質燃料具有容易結渣、儲存成本高、需要進行預處理等缺點[3]，因此建議將生物質燃料作為次優(yōu)選燃料。

當地工商業(yè)發(fā)達、居民生活水平高，區(qū)域內用電量較大，經常需要通過電網向外省購置電能，電能比較緊缺；電能是高品質清潔能源，直接制取蒸汽不符合當地的能源政策；而且當地可以獲得其它類型的清潔燃料，不屬于必須使用電鍋爐的情況，因此不推薦使用電能作為園區(qū)小鍋爐改造的能源。

3.3 占地面積的影響

園區(qū)受制于耕地紅線政策的影響，不能隨意擴增園區(qū)面積，而園區(qū)經濟蓬勃發(fā)展，每年都會有新的企業(yè)入駐，原有企業(yè)也會不定期擴建生產線，使得園區(qū)可使用面積非常緊張，土地價格持續(xù)上漲。改造時如果能夠選擇單位占地面積小的設備，則用戶可以將節(jié)約的土地用于生產車間擴建，極大降低企業(yè)擴大再生產的成本，因此本條推薦采用集中式熱源向園區(qū)企業(yè)供汽。

3.4 安全可靠性

無論是集中式熱源還是分散式小鍋爐，設備的安全隱患主要在于所使用燃料的安全特性，煤炭和生物質需要注意防火，電能需要注意防觸電，而天然氣因具有易燃易爆的特點，需要特別重視其安全問題[4]。根據《建筑設計防火規(guī)范》，建設燃氣設備需要滿足一系列防火防爆要求，還需要經過消防部門驗收合格后才能投入使用。大量分散的燃氣鍋爐及儲氣罐也給當地帶來極大的安全隱患，需要用熱企業(yè)投入足夠的安全措施費用。因此對于安全性要求較高的場所，不建議使用天然氣設備作為熱源制備蒸汽。

3.5 環(huán)保指標要求

當地政府要求改造后的熱源能夠達標排放，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物的指標分別為10、35、50 毫克/立方米。使用煤炭的話，必須進行預處理，且燃燒后的煙氣還需要除塵脫硫脫硝，工藝繁瑣且成本較高；生物質燃料燃燒產生的煙塵和二氧化硫的含量相對較低，但需解決氮氧化物含量較高的問題；使用天然氣則基本無粉塵和二氧化硫排放，只需處理氮氧化物；電能是清潔能源，不會產生上述污染物[5]。因此從環(huán)保要求來看，電能>天然氣>生物質>煤炭。

3.6 建設周期

分散小鍋爐建設周期普遍較短，無論是原有燃煤鍋爐改造還是新建燃氣鍋爐、生物質鍋爐、電鍋爐，從建設到投產僅需數月；而新建集中式熱源則需要數年的時間，但是如果利用附近的集中式熱源，則只需要鋪設蒸汽管道即可，建設周期大大縮短，只需數月即可。因此從建設周期來看，利用原有集中式熱源＜各類分散式小鍋爐＜新建集中式熱源。

3.7 當地企業(yè)意愿

由于改造會影響企業(yè)的生產，因此不停產就能實現(xiàn)改造的方式更受歡迎；如果使用外部汽源，則企業(yè)擔心無法控制汽源的工作情況，自身生產用汽會受到影響，因此對使用外部汽源有一定的抵觸情緒；企業(yè)使用自備小鍋爐，生產成本隨燃料價格變動，而使用外部汽源，有可能出現(xiàn)蒸汽價格隨燃料價格上漲但卻不隨燃料價格下降的現(xiàn)象，企業(yè)對此也有疑慮；對于計劃入駐園區(qū)的企業(yè)，如果有價格合適、供應穩(wěn)定的汽源，則會大大提升企業(yè)的入駐意愿。因此綜合考慮，使用國有資本經營的大型集中式熱源最能滿足當地企業(yè)的意愿。

3.8 改造費用和收益

對一個平均熱負荷為5t/h，原本使用燃煤鍋爐的企業(yè)來說，清潔燃燒改造后每年需花費的投資均攤+燃料成本+運行維護費約400 萬元，而改建天然氣鍋爐相應的年成本為1200 萬元，改建生物質鍋爐相應的年成本為450 萬元；改建電鍋爐相應的年成本約為2900 萬元。而集中式熱源則是由第三方建設，相應的蒸汽管道鋪設費用也由第三方承擔，用戶只需支付購買蒸汽的費用+極少量的運行維護費，成本優(yōu)勢巨大，每年總的費用可維持在500 萬元以內。而且當地政府要求必須限期拆除35t/h 容量以下的燃煤小鍋爐，因此對于園區(qū)內數量眾多的中小企業(yè)來說，使用集中式熱源符合其需求。

4 改造方式的確定

通過第三章相關內容的比較和分析，從熱源類型、占地面積、當地企業(yè)意愿、改造費用和收益來看，采用集中式熱源優(yōu)勢較大；從燃料類型、環(huán)保指標來看，采用天然氣作為能源較有優(yōu)勢；從建設周期來看，利用既有的集中式熱源較為有利；從安全可靠性來看，采用天然氣具有一定的危險性，需要采取可靠措施應對。通過對園區(qū)周邊的調研可知，園區(qū)附近10km 存在一個天然氣熱電聯(lián)產電廠，傳統(tǒng)的蒸汽供應半徑在5km 以內，無法實現(xiàn)向園區(qū)供汽，但是若采用新型長輸供熱技術則可以實現(xiàn)15km 至20km 距離的蒸汽輸送[6]。因此利用既有的天然氣熱電聯(lián)產電廠供應蒸汽是最為合理的方式，而且熱電聯(lián)產電廠從業(yè)人員技術水平高、工作細致、管理規(guī)范，可以最大程度上避免發(fā)生燃氣安全事故。因此本案例推薦利用附近的天然氣熱電聯(lián)產電廠向園區(qū)供應蒸汽，只需要敷設管道，即可完成改造。

5 結論

在分散小鍋爐項目具體實施過程中，合理選擇改造的技術路線十分重要。本文以具體案例為基礎，列舉了熱源類型、燃料類型、占地面積、安全可靠性、環(huán)保指標、建設周期、當地企業(yè)意愿、改造費用和收益等8 個需要考慮的影響因素，通過對某工業(yè)園區(qū)相關情況的詳細分析和比對，推薦采用既有天然氣熱電聯(lián)產電廠+長輸供汽技術實現(xiàn)園區(qū)的小鍋爐改造，可以充分照顧各方的關切，有利于推動項目的實施。在分散小鍋爐的改造過程中，如果能夠進行各影響因素的比對分析，根據項目實際情況選擇最合理的改造方式，便可以實現(xiàn)項目參與各方的效益最大化。