水煤浆锅炉集中供热的节能环保分析

摘 要：近年来，大气污染问题十分严重，国家为了改善大气环境质量，加快能源结构调整，严格控制高污染燃料的使用。结合区域集中供热的优势，水煤浆作为一种煤基浆体清洁燃料，既能实现高效、安全、节能、环保的目标，又符合国情的要求。根据水煤浆集中供热锅炉的实际应用来阐述项目的特点，为水煤浆集中供热技术的推广提供参考。

关键词：水煤浆；集中供热；节能；环保

中图分类号：TK229 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）02-0018-02

目前，中国大气污染形势严峻，区域性大气污染问题十分突出，已经引起了社会公众的广泛关注。从国家环保部发布的《2012年中国环境状况公报》可知，325个地级及以上城市的环境空气质量达标率仅在40%左右；根据环境空气质量新标准，对113个环境重点保护城市的环境空气质量进行评价，达标城市仅占23.9%.

工业活动是大气污染排放物的主要来源之一。近年来，清洁能源、集中供热等节能环保技术受到了国家的大力支持和推广。水煤浆作为一种新型煤基流体洁净环保燃料，国家环保总局在《国家环境保护十五规划》中提出，要大力开发水煤浆技术。对水煤浆集中供热锅炉取代分散式小型燃煤锅炉的工程项目进行相关分析，充分体现出水煤浆清洁、环保的特性和集中供热项目节能减排的优势。

1 方案的背景

某镇建立一个环保专业基地，将毛织洗水、印花等生产企业迁入基地，以达到优化生产环境、扩大生产规模、实现资源共享的目的。为了贯彻国家可持续发展，节能减排的方针、政策，基地的集中供热站以水煤浆为燃料，建设水煤浆集中供热锅炉向基地供应蒸汽。

2 方案的设计

搬迁前，97家工厂共有82台蒸发量不等的小型燃煤锅炉，总额定蒸发量为86 t/h。由于生产不稳定，绝大部分锅炉的蒸汽负荷率约为50%，总用煤量约70 200 t/a，产汽量约309 600 t/a。锅炉规模小，数量多，分布面积广，总体热效率低，环境污染严重。

结合企业整体用汽情况，供热站的建设规模为总额定蒸发量50 t/h的水煤浆锅炉，其中2台20 t/h、1台10 t/h，额定蒸汽压力为1.25 MPa，温度为194 ℃。

3 技术可行性分析

水煤浆是一种由体积分数为70%的煤、体积分数为30%的水和体积分数约为1%的化学添加剂混合而成的煤基浆体燃料。它具有浓度高、粒度细、流变性好、燃烧效率高、环保、节能、安全、高效等优点。

水煤浆的燃烧方式与油类似：通过空气压缩将水煤浆雾化成细小的煤炭颗粒团，然后喷入锅炉中。受热后，悬浮煤颗粒中的水分蒸发出来，形成中空结构，煤颗粒中的挥发分析出，并着火燃烧，形成火焰，煤中的焦炭燃烧、放热，直到燃尽。产生的灰渣在渣池或灰罐中集中处理。燃烧后产生的烟气，采用高效布袋除尘器和水膜脱硫设施，由引风机送入烟囱。具体工作流程如图1所示。

图1 水煤浆热煤炉系统流程图

小型燃煤锅炉本身热效率低，实际运行负荷无法达到最优水平，运行热效率只有50%～60%，能源浪费严重。新建的水煤浆供热锅炉连续运行的热效率可达85%以上，节能效果明显。

压力1.25 MPa、温度194 ℃的蒸汽焓值为2 784.22 kJ/kg，20 ℃水的热焓值为83.74 kJ/kg，水煤浆的低位发热量为16 747.2 kJ/kg，锅炉全年平均热效率在83%左右。

在产汽量同为309 600 t/a的条件下，水煤浆耗用量：

309 600 t/a×（2 784.22 kJ/kg-83.74 kJ/kg）÷16 747.2 kJ/kg÷83% = 6 0148 t/a。

平均年度节能量：

70 200 t×0.7143-60 148 t×16747.2 kJ/kg÷29307.6 kJ/kg =15 773 t/a。

4 经济效益分析

具体详见表1.

表1 基地供热站经济分析表

项目单位值数

总投资万元2 540

平均用汽量t/年309 600

水煤浆价格元/t900

燃料成本元/t蒸汽175

耗电成本元/t蒸汽20.5

供水成本元/t蒸汽3.42

人工成本元/t蒸汽3.26

运行维护元/t蒸汽7.36

损耗元/t蒸汽8.75

污水处理元/t蒸汽0.31

运行成本元/t蒸汽218.6

蒸汽价格元/t250

收入万元/年7740

支出万元/年6 768

固定资产折旧万元/年148

盈利万元/年824

投资回收期年3.1（不含建设期）

项目投资成本：锅炉设备、土建和安装工程投资1 700万元，管道投资200万元，土地投资640万元，总投资2 540万元人民币。

运行成本：

蒸汽的燃料成本：60 148 t×900÷309 600 t/年 = 175元/ t。

耗电成本：锅炉房所有电机的最大功率为877.5 kW·h，生活用电和照明用电每年约3.6×104 kW·h，总用电量为300 d×24 h×877.5÷10 000+3.6=635.4×104 kW·h，平均产1 t蒸汽消耗为635.4×104 kW·h÷309 600 t=20.5 kW·h/t，每度电按1.0元计算，蒸汽消耗电费为20.5 kW·h×1.0元=20.5元/ t。

供水成本：自来水价格为2.68元/t，平均每产1 t除盐水所耗NaOH和NaCl的费用约为0.6元/t。在除盐水过程中，会产生大量的酸碱污水约300 t，锅炉的排污率约为4%，生活污水平均100 kg/（d·人），因此，蒸汽所耗水费为2.68元/t+0.6元/t+2.68元/t×〔300 t×12+309 600 t/年×4%+24 h×100 kg/（d·人）÷1 000×300 t〕÷309 600 t/年=3.42 元/t。

人工成本：配备24人，平均3 500元/（月·人），合计100.8万元/年，其中，蒸汽人工成本为100.8万元÷309 600 t =3.26元/t。

运行维护：运行维护费用共约227.86万元/年，其中，蒸汽运行维护费用为227.86万元/年÷309 600 t/年=7.36元/t。

损耗：根据锅炉房统计，热量损失约为5%，使用蒸汽，燃料成本是175元/ t，因此，蒸汽损耗费用为175元/t×5%=8.75元/ t。

排污处理费用：锅炉的水排污率约为4%，年排污量为309 600 t/a×4%=12 384 t，化学水处理时，再生废水为300 t/月，生活污水为100 kg/d·人。处理合格后，污水排放费为0.8元/t，污水处理费为5元/t，所以，污水总处理量为12 384 t+300 t/月×12+24 h×100 kg/d·人÷1 000×300 t=16 704 t/a，蒸汽产生的污水处理费为16 704 t/a×（0.88+5）÷309 600 t=0.31元/ t。

固定资产折旧：锅炉折旧按15年算，土地折旧按30年算，固定资产折旧费用为（1 700+200）÷15+640÷30=148万元/年。

5 环境合理性分析

5.1 水煤浆的特性

由于水煤浆采用的是经过选洗后的精煤加工而成的，它本身的灰分、硫分比原煤低，这就决定了它燃烧后排放的烟尘浓度要低于燃煤锅炉，一般为80 mg/m3。这一排放烟尘浓度已达到了国家对锅炉大气污染物排放标准中要求的排放指标（80 mg/m3）。

5.2 水煤浆的燃烧特点

由于水煤浆锅炉燃烧密闭性良好，所以，水煤浆在储存、运输过程中不存在环境污染的问题。而锅炉的燃尽率达到了90%以上，这就使锅炉排放的废弃物可回收利用。

5.3 节能减排

集中供热显著提高了能源利用效率，减少了能源的消耗量和废弃物的产生。按每年节约15 773 t煤计算，可以减少排放151.42 t烟尘、39 432.50 t的CO2、246.06 t的NOX、260.25 t的SO2。

5.4 集中供热的优势

集中供热可减少锅炉占用面积，减少燃料、灰渣的运输量和散落量，降低运行费用，并为安装高烟囱和烟气净化装置提供了便利的条件。这样做有利于减少烟尘和大气污染，改善环境卫生。现场烟气排放的检测效果如表2所示。

表2 烟气排放效果

项目单位执行标准排放结果评价

烟尘mg/m312035.4合格

SO2mg/m3400180合格

NOXmg/m3300178合格

林格曼黑度——1.0级0.5级合格

5.5 安全

由于工作人员不需要近距离接触锅炉，所以，与分散式的小型燃煤锅炉相比，事故发生率大大降低。

6 结束语

自20世纪70年代水煤浆技术诞生以来，已具备成熟的生产技术和生产设备。它具有保障燃料的稳定性和流动性等特点，使其成为了可代油、代煤的燃料。结合集中供热的优势，无论是从经济方面还是环境方面来分析，都具有客观的效益，在一定程度上促进了水煤浆的全面推广和应用。

参考文献

[1]张学林.积极推进水煤浆技术的工业应用[J].中国能源，1991（7）.

[2]杨家存，高翔，邵士泉.在中小锅炉燃用水煤浆可行性分析[J].科技信息，2004（6）：50-51.

[3]中华人民共和国环境保护局，国家质量监督检验检疫总局. GWPB 3—1999 锅炉大气污染物排放标准[S].北京：中国环境科学出版社，2000.

〔编辑：白洁〕

Coal-water Slurry Boiler Energy Conservation and Environmental Protection Analysis of Central Heating

Xie Huizhu

Abstract： In recent years， the problem of air pollution is very serious， the state in order to improve the atmospheric environment quality， speed up the adjustment of energy structure， strictly control the use of polluting fuels. Combined with the regional advantages of central heating， coal water slurry as a coal slurry clean fuel， can achieve the goal of high efficiency， safety， energy saving， environmental protection， and accord with the requirement of national conditions. According to the practical application of coal-water slurry concentrated heating boiler to illustrate the characteristics of the project， provide a reference for coal water slurry concentrated heating technology promotion.

Key words： coal water slurry； central heating； energy saving； environmental protection

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