鍋爐煤改氣的成本對比及技術研究

吳多峰

（黑龍江省農業機械工程科學研究院佳木斯分院，黑龍江 佳木斯 154004）

目前鍋爐的類型主要分為燃煤鍋爐和燃氣鍋爐，2種鍋爐類型各有各的優點和缺點，如今人們對環境的要求逐漸提高，環境保護成為社會發展的關注點，因此將燃煤鍋爐進行燃氣鍋爐改造成為必然。

1 燃煤類型的鍋爐需要進行天燃氣爐改造的必要性

1.1 燃氣類型鍋爐具有的主要優勢

第一，燃氣物質中諸如硫元素、氮元素及灰類物質的成分比重遠遠小于煤炭資源中的實際含量，而且燃氣資源的燃燒過程相對比較充分，燃氣在燃燒的時候，排出的氣體成分中粉塵類物質的含量較低，可以滿足國內現有的針對燃燒類型裝備的相關執行標準要求，有效降低燃燒過程對于周邊環境的污染和傷害，環保效果比較好。第二，燃氣類型的鍋爐排放出來的煙氣類污染物相對較少，并且在其燃燒的過程中對于流管束部位的侵蝕程度相比于燃煤類型的鍋爐要小很多，設備本身傳熱方面的性能相對比較理想，輻射的力度比較強，對于熱效率的提升比較明顯。第三，燃氣類型的鍋爐設備不需要配備諸如除塵器裝置及除渣機裝置等相應的環保附屬類裝置，可以明顯節約資金和資源的投入。第四，燃氣類型的鍋爐通常應用管道系統來供應和運送燃氣資源，不再需要較大的空間來儲藏燃料資源，這樣的模式既可以大量節省有限的空間，又能最大限度地改善操作現場的衛生環境，顯著減輕了鍋爐系統燃燒過程中現場操作人員的勞動強度。第五，燃氣類型的鍋爐設備自身的運營成本、供熱資源消耗的成本及平時的維修保養和調節的成本相對來講比較低，經濟方面的綜合效益比較高。第六，燃氣類型的鍋爐用于供熱領域負荷的時候，其適應性比較強，可依據鍋爐設備系統中所承擔的熱量方面的負荷數據靈活調節火力輸出的強弱[1]。第七，燃氣類型的鍋爐設備的日常維修和養護工作相對比較便捷，鍋爐設備本身及受熱的管道部件等裝置的實際壽命都比較長。燃氣鍋爐如圖1所示。

圖1 燃氣鍋爐

1.2 燃煤類型鍋爐自身劣勢及進行燃氣改造的主要要求

第一，燃煤類型鍋爐通常都是使用層燃的模式來進行燃燒反應的，煤炭資源在爐腔中進行燃燒反應，隨后把熱能傳送到換熱管道之中，在這個過程中的熱能將會散失很多。第二，煤炭資源一般的組成為水分、灰分、碳元素、硫元素和氮元素等，并且上述相關元素在煤炭資源充分燃燒以后，將會形成化合物，并且其成分相對比較復雜，例如產生CO2及SO2等有毒有害的氣體煙霧，如果此類有毒有害的氣體大量排放到周圍的大氣環境之中，將會導致比較嚴重的空氣污染，會對生活在附近的廣大人民群眾的身體健康造成嚴重的傷害。第三，燃煤類型鍋爐通常使用的是負壓型的燃燒模式，燃燒反應的過程主要是通過引風機裝置及鼓風機裝置協同實現的，這個過程中會消耗大量的空氣及氧氣資源，而且燃燒過程中鍋爐系統的煙道部位及墻體間多數情況下存在漏風的現象，可能導致過量空氣的比例較大。第四，燃煤類型的鍋爐設備容易受到鼓風量方面的明顯影響。燃煤類型的鍋爐非常容易受到鼓風的風量、鼓風的風速指標等要素的明顯影響，使其無法達到鍋爐系統的自動化控制及調節功能，因此在對鍋爐設備進行相應的調節過程中，現場工作人員需要進行手動操作，人工的勞動量相對比較大。因此燃煤類型的鍋爐具有比較明顯的劣勢，在條件允許的情況下，燃煤類型的鍋爐需要盡可能改造成燃氣類型的鍋爐。鍋爐參數見表1。

表1 鍋爐參數

2 鍋爐設備綜合成本

2.1 鍋爐設備自身成本分析

通過對相關鍋爐設備生產廠家進行咨詢，鍋爐自身的成本主要包括鍋爐設備主體的購買成本、輔機設備及環保方面相關設備的成本、安裝費用成本、日常維修和折舊方面的費用成本。

2.2 鍋爐所需燃料成本

如果以每噸蒸汽物質中所含有的熱值為60萬大卡來進行衡量的話，燃煤類型的鍋爐設備的噸汽燃料方面的綜合成本為88元，燃氣類型的鍋爐的綜合成本為220元。

2.3 鍋爐設備環保方面的綜合成本

由于燃氣類型的鍋爐設備采用的是相對清潔的燃料，因此該類鍋爐設備不再需要配備脫硫及除塵類型的輔助設備；而燃煤類型的鍋爐采用的是煤炭資源作為其使用的燃料，以常用的煤炭資源來講，通過化學方面的檢測可以知道，煤炭燃料中的硫含量為6．75%，灰分物質的含量為42%，因此在使用燃煤類型的鍋爐時，必須使用大量的脫硫劑來進行相應的處理。如果采用的是石灰石-石膏濕法的脫硫方式，此方法通常是把特定濃度的石灰石的漿液從脫硫塔裝置的頂部進行連續地噴入操作[2]，與由下到上運動的煙氣物質進行比較完全的混合之后，使得煙氣物質中的二氧化硫物質被漿液內部的碳酸鈣化合物充分吸收，之后通過化學反應最終形成亞硫酸鈣物質，進而實現燃煤鍋爐脫硫的目標。一般來講，煤炭中所含硫的比例為6．75%，鍋爐產生1 t有效的蒸汽所消耗煤炭資源含硫的成分約為11．22 kg；由于煤炭資源中同時也含有硫酸鹽化合物以外的其他類型的硫化物成分，所以在其進行燃燒反應的過程中將通過反應轉化成二氧化硫物質，這類成分通常來講會占總體含硫量的83%左右，因此二氧化硫物質的總體生成量約為19．08 kg；此處研究過程中設定的情況是把二氧化硫全部生成為沉淀的物質，各類藥品試劑純度數值設定為95%左右，根據3類主流的脫硫解決方案中的化學方程式可以得到：產生1 t蒸汽消耗的生石灰的量約為18．59 kg；如果根據生石灰目前的市場價格580元/t來進行評估的話，燃煤類型的鍋爐設備產生1 t蒸汽的脫硫環節的綜合成本約為10．85元。

2.4 燃煤鍋爐的勞動力成本

鍋爐設備日常運營過程的現場操作人員排班一般來講使用三班倒的模式，配備動力主任1人，每個班次需要安排班長、主要司爐工人、上煤工人、脫硫及清灰方面的工人等。按照工資來講，動力主任的年薪為8萬，司爐班長的年薪為6萬，其他工作人員的年薪為4萬。

2.5 燃煤鍋爐的其他方面成本

根據相關的成本標準，水費為1．5元/t；軟水如果需要處理，所耗費的工業鹽、工業堿及其他額外的相關費用總共約為4元/t。

2.6 其他綜合類型的成本

為了實現燃煤類型鍋爐、燃氣類型鍋爐的噸汽綜合成本的有效折算工作，工業領域的相關企業通常情況下每年的鍋爐設備的使用期限為8～10個月，其他的時間通常情況下用于檢修和維護操作，針對15 t/h規格的額定指標的鍋爐設備，按照每年進行8個月的產汽工作量來計算，并且設定每小時的產汽量約為12 t的話，那么每年的產汽量約為69 180 t。

3 燃煤類型的鍋爐進行天燃氣類型鍋爐改造的關鍵注意事項

3.1 燃煤類型的鍋爐需要進行天燃氣類型的鍋爐改造的一般性原則

第一，創造應有的使用價值的相關原則。對于燃煤類型的鍋爐進行燃氣類型的鍋爐改造必須確保燃煤類型的鍋爐的相關受壓部件的使用價值完好，以及生產過程中的指標安全性，防止燃煤類型的鍋爐設備的受壓部件被損壞，而且燃氣類型的鍋爐改造工作必須確保原來燃煤類型的鍋爐系統的引風裝置及給水裝置的完整及性能的良好，這樣才能杜絕原有鍋爐給水裝置及引風裝置帶來后續生產安全相關的事故隱患。第二，各項指標的達標相關原則。經過燃氣改造之后的鍋爐能夠實現天然氣類型的鍋爐設備運行的相關參數的指標，必須確保改造之后鍋爐運行的實際效率。第三，簡單易用方面的原則。燃煤類型的鍋爐裝置進行燃氣類型的鍋爐改造工作，需要采用簡單容易的操作執行方案，也就是說，在確保改造工作質量的前提下，盡可能地降低資金方面的投入及人工和物力方面的投入量[3]。

3.2 燃煤類型的鍋爐進行天燃氣類型的鍋爐改造過程中的關鍵注意事項

第一，燃煤類型的鍋爐在改造過程中，必須將原始燃煤類型鍋爐中的上煤斗裝置、鏈條類型的爐排裝置、上煤機裝置、出渣機裝置和變速箱裝置等燃氣類型的鍋爐不需要的部分裝置進行拆除。第二，進行現場改造操作的工作人員必須對原始的燃煤類型的鍋爐的爐膛相關數據實施詳盡的計算和評估，保證爐膛部位的火焰中心及爐膛結構的空間幾何尺寸的適合性，并且依據燃氣類型的鍋爐裝置的燃燒實際情況規定應用可以耐火的水泥混凝土材料澆筑出一個新的爐膛部件，這樣就能提升爐膛部位的各項性能及爐膛部位工作運行過程的安全等級。第三，進行現場改造操作的工作人員需要在原始的燃煤類型的鍋爐的爐膛中部設置相應的防爆裝置，并且在燃氣類型的鍋爐裝置內設置防爆門裝置及燃氣泄漏的預警裝置，這樣就能及時對燃氣的泄漏問題進行應對，強化對突發情況和安全生產問題的防范力度。第四，進行現場改造操作的工作人員必須針對鍋爐裝置的水壓數值實施嚴謹的測試，確保壓力數值滿足燃氣類型的鍋爐裝置的實際運行要求。

3.3 燃燒器裝置的選取及安裝調試

第一，進行現場改造操作的工作人員需要依據鍋爐的效率及輸出數值評估燃氣類型的鍋爐裝置的燃燒量數值，用于明確燃燒器裝置的參數及功率數值。第二，進行現場改造操作的工作人員需要根據用戶所應用的燃料種類對其進行分析和研究，分析燃料的種類用于調節鍋爐裝置的高度等相關外形尺寸。第三，進行現場改造操作的工作人員必須依據燃氣類型的鍋爐內部火焰的狀態來對原始的燃煤鍋爐的爐膛內部結構進行改造，保證爐膛內部的結構和燃燒的火焰形狀相互匹配，有效提升爐膛部位傳熱方面的能力。第四，進行現場改造操作的工作人員需要依據爐膛內部的結構來調整燃燒器裝置的設置，確保爐膛的火焰燃燒中心處于相對合理的區域。鍋爐燃燒器如圖2所示。

圖2 鍋爐燃燒器

4 結束語

綜上所述，可以得出如下的結論：

（1）前期進行的投資及折舊方面的成本，日常維護的成本，工資成本，環保方面的投入成本加上電耗方面的成本，燃煤類型的鍋爐高于燃氣類型的鍋爐，從水費方面的成本及軟水資源的處理相關的費用方面來講，2種類型的鍋爐基本相同。

（2）從燃料資源的成本層面來講，因為天然氣然料的市場價格遠遠高于煤炭資源的市場價格，因此燃氣類型的鍋爐的噸汽成本消耗顯著高于燃煤類型的鍋爐。

（3）綜合成本的考慮，燃煤類型的鍋爐噸汽成本低于燃氣類型的鍋爐，因為燃氣的價格和煤炭的價格差距過大，燃氣類型鍋爐的綜合成本大于燃煤類型的鍋爐。不過基于環境保護的考慮，燃氣類型環境污染非常小，因此相關用氣企業在能力允許的情況下，應該優先考慮使用燃氣類型的鍋爐裝置。