工业锅炉技术经济思索

目前常见的蒸发量小于35t/h的小型工业锅炉有链条炉排锅炉、循环流化床锅炉、水煤浆锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉等。我国链条炉排锅炉较多，该炉型锅炉还有节能改造空间。循环流化床锅炉采用低温燃烧技术，具有强化传热、燃烧效率高、燃料适应性广和排放污染物少等特点，在燃煤工业锅炉中所占份额逐渐上升。水煤浆是一种由水和煤粉以及添加剂混合制备而成的煤基流体燃料，水煤浆锅炉替代燃油锅炉有很好的经济性。燃油锅炉受制于油价高、运行成本高，发展会受到抑制。燃气锅炉热效率最高，能显著减少污染物排放，随着国家环保力度的加大，页岩气开发、西气东输和利用国际天然气资源等工程的实施，用燃气锅炉替代原有的燃煤锅炉，前景广阔。小型工业锅炉发展总的趋势是，采用清洁燃料和洁净燃烧技术，向高效、节能、低污染、自动化方向发展。锅炉的技术经济分析，既要坚持“安全第一、环保为上、技术先进、经济合理”的理念，还要兼顾:燃料货源充裕，热值性价比高;自控可靠和保护装置齐全;锅炉产品厂家信誉和售后服务好;锅炉性能与用户用热用汽特性一致，用汽负荷有较大变化时，锅炉敏感性、匹配性要高，追踪性要快;实际运行热效率高，运行成本低;配件互换性好，维护方便。

1工业锅炉结构、性能比较

1．1链条炉排锅炉

链条炉排锅炉属层燃型锅炉。煤在炉排上边移动边燃烧，单面着火，运行时燃料难以自身扰动，沿炉排长度方向燃料层有明显的分区。锅炉热效率不高，但操作方便，劳动强度低，烟尘排放浓度较低。抛煤机链条炉是在常规正转链条炉排锅炉的基础上发展起来的，它的燃烧机理既有层燃的特点，又有悬浮燃烧的特点，在燃烧设备结构上使链条炉排反转并在炉膛空间增加了抛煤，使粒煤以颗粒大小在炉排面上分层分布，细煤屑则在炉膛空间呈悬浮态分布，比常规链条炉的煤种适应性强、负荷适应性好、调节比较灵敏。近年来，链条炉排锅炉的节能改造较广泛，包括抛煤机锅炉经强化燃烧改造、前后拱改造、增加二次风甚至四角切圆三次风、应用炉内槽型分离和飞灰复燃技术，节能减排效果不错。

1．2循环流化床锅炉

循环流行化床锅炉技术(CFB)是近30年来迅速发展的一项高效低污染低温燃烧技术，颗粒煤在炉内循环流化燃烧，炉膛有旋风分离器等标志性部件。小型CFB锅炉采用单锅筒、自然循环方式，总体上分为前部及尾部两个竖井。前部竖井为总吊结构，四周有膜式水冷壁，自下而上，依次为一次风室、密相床、悬浮段，尾部烟道自上而下依次为省煤器、空气预热器。炉膛与尾部竖井之间由立式旋风分离器相连通，分离器下部联接回送装置。燃烧室及分离器内部均设有防磨内衬。小型锅炉采用床上或床下点火，分级燃烧，一次风比率占60%～70%，二次风比率占30%～40%，低倍率中温或高温分离，灰渣采用干式排出。炉膛设计适当的炉膛高度和截面，使锅炉燃烧不同烟煤、无烟煤时，锅炉热效率在85%以上。炉内可脱硫，低氮低温燃烧，广泛的燃料适应性特别是对劣质煤的适应性是该类炉型的优势。

1．3水煤浆锅炉

水煤浆锅炉是指使用水煤浆为燃料的锅炉。运行负荷可在40%～100%的范围内任意调节。水煤浆及燃烧后的粉煤灰都采用罐装密闭运输，具有和燃油燃气锅炉类似的火焰特性。常规的小型水煤浆锅炉目前比较难办的是氮氧化物容易超标，可以采用SNCR和湿法同时脱硫脱硝组合工艺对锅炉全烟气净化处理，部分水煤浆锅炉采用低NOx燃烧器降低氮氧化物生成。锅炉尾部采用冷凝型锅炉节能器和热管余热回收技术回收高温烟气和烟气中的水蒸气热焓。有的公司借鉴流化低温燃烧技术，研发的水煤浆流化悬浮高效洁净燃烧锅炉产品，实现炉内脱硫和抑制热力型NOx的生成与排放;燃料由输浆管送向燃烧室上部的水煤浆雾化器，雾化后送入燃烧室，燃烧室下部流化床的温度在850～950℃，水煤浆在热物料加热下迅速析出水分、挥发分并完成着火燃烧及焦炭燃烧，在流化状态下颗粒状水煤浆团进一步解体为细颗粒进入悬浮室继续燃烧。燃烧室出口处设置分离器，较大颗粒水煤浆和床料被分离、捕捉，返回燃烧室下部继续燃烧，实现了水煤浆循环燃烧。

1．4燃油锅炉

燃油锅炉是指使用燃油为燃料的锅炉。燃油锅炉需要使用燃烧器将燃油喷入锅炉炉膛，进行火室燃烧。小型的锅炉本体及其通风、给水、控制与辅助设备均设置在一个底盘上组装出厂。火管锅炉的主要受压元件是锅壳、管板、炉胆、烟管;水管锅炉的主要受压元件是锅筒、水冷壁、锅炉管束、蛇形管、集箱。与同参数和同容量的燃煤锅炉相比，其炉膛容积的热强度可增大一倍，实际炉膛容积缩小约1/3。小型炉型可省去引风机，只用送风机即可将烟气排出炉外。采用膜式水冷壁制成的微正压锅炉，可使锅炉整体结构更为紧凑。强化油的燃烧必须做到以下三点:提高雾化质量，减小油粒直径;增大空气与油粒的相对速度;合理配风。

1．5燃气锅炉

燃气锅炉使用燃烧器将燃气喷入锅炉炉膛，进行火室燃烧。锅炉结构、性能与燃油锅炉基本相同，只是燃烧器有区别。燃气的燃烧过程没有燃油的雾化过程与气化过程。燃气与空气的混合方式，对燃烧的强度、火焰长度和火焰温度都有很大的影响。根据混合方式不同，燃气的燃烧方法可分为三种:第一种是扩散燃烧，在燃气喷嘴口处相互扩散燃烧，其优点燃烧稳定，燃具结构简单，但火焰较长，易产生不完全燃烧，使受热面积碳;第二种是预混部分空气燃烧，即燃烧前预先将一部分空气与燃气混合，然后进行燃烧，燃烧火焰清晰，燃烧强化，热效率高，但燃烧不稳定，对一次空气的控制及燃烧成分要求较高;第三种是无焰燃烧，即燃气所需空气在燃烧之前已与燃气均匀混合，在燃烧过程中不需要从周围空气中取得氧气。燃气燃烧器一般多用第二种预混燃烧方式。有些锅炉配特制的复合型燃烧器，可以切换燃烧燃油或燃气，称为燃油燃气锅炉。

2不同类型的小型工业锅炉房的投资比较

以某公司分三期(每期间隔1年)建设的3台20t/h锅炉投资概算为例，比较5种不同类型的工业锅炉房投资成本，见表1。由表1可以看出:链条炉排锅炉、循环流化床锅炉、水煤浆锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉的投资额比例为2．38:2．71:2．37:1．23:1，显然，煤炉之间投资相差不大，油炉和气炉之间投资相差也不大，但煤炉与油、气炉之间投资就相差很大。

3不同类型的小型工业锅炉运行成本比较

以某公司分三期(每期间隔1年)投入的3台20t/h锅炉为例，比较5种不同类型的运行成本。见表2。由表2可以看出，锅炉运行成本由低到高依次是循环流化床锅炉(CFB)、链条炉排锅炉、水煤浆锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉，吨蒸汽成本比例为1:1.09:1．25:1．65:2．35，三期达产投运后，与循环流化床锅炉的年蒸汽总成本差额依次为0万元、471.08万元、1305．53万元、3370．39万元、7050.18万元。可见，各炉型的运行成本之间相差很大，是业主最关心的指标。

4综合分析

综合分析见表3，表3中的投资和运行成本数据，参照表1、表2。

5结论

通过进行细致的技术经济分析，能为锅炉用户开展小型锅炉项目建设的决策提供依据，同时对日常的锅炉运营管理也有借鉴作用。但这只是主要基于经济性的比较，锅炉用户在进行具体决策时还需结合自己的实际如燃料的可获得性、用热的均衡性与持续性等进行综合权衡。