后煤时代的锅炉能源分析

周韬（上海市浦东新区特种设备监督检验所，上海　201300）

后煤时代的锅炉能源分析

周韬（上海市浦东新区特种设备监督检验所，上海201300）

煤炭资源有着不可再生性，粗放的使用煤炭资源必然会导致资源枯竭和环境污染，随着我国对节能减排工作的日益重视，煤炭燃料正被逐步替代的后煤时代已经到来。本文基于此背景，简要介绍和分析了后煤时代锅炉的几种型式和所对应的清洁能源，并探讨了具体的应用方案和应用特点，旨在为后煤时代燃煤锅炉的清洁能源替代工作提供些许个人的观点和思路。

后煤时代；锅炉；清洁能源；应用方案

在我国，煤炭作为一种开采简便、储量丰富且价格相对低廉的能源品种一直都在发电、供热和工业等领域占据着举足轻重的地位。但与之对应的则是煤炭的粗放型使用带来了日益严重的环境污染，特别是备受关注的雾霾问题就与燃煤锅炉的使用有一定程度的关联。同时，新颁布或修订的《中华人民共和国特种设备安全法》、《锅炉安全技术监察规程》、《锅炉定期检验规则》、《锅炉使用管理规则》等相关法律法规技术标准也对锅炉的节能工作有了更加详尽的规定。可以预见，开发和利用锅炉清洁能源，切实提高锅炉能效和减排将是整个锅炉行业在今后发展过程中亟待需要研究的一个课题。基于以上，本文简要介绍和分析了后煤时代锅炉能源的若干相关问题。

1　后煤时代概述

2015年12月18日，英国最后一家深层煤矿走到了历史尽头，许多媒体都在感叹煤炭时代的落幕和后煤炭时代的到来，英国在过去六十年间内积极采用核能、风能以及天然气等清洁能源来替代煤炭，缓解煤炭对空气的污染问题，积极打造后煤炭经济［1］。我国作为煤炭储量大国，在过去相当长一段时间内都以使用煤炭作为主要的热能燃料，煤炭的使用虽然在一定程度上降低了能源的使用成本，但也造成了巨大的环境污染，尤其燃煤锅炉的使用被认为是导致城市空气污染的一大因素。

所以，在后煤时代加强锅炉清洁能源的开发与替代工作十分必要，符合当前社会节能减排的主流趋势，也与国家产业转型和升级的总体方针相吻合。

2　后煤时代锅炉能源

2.1燃气能源的应用——燃气锅炉

以燃气作为燃料的锅炉被统称为燃气锅炉，其主要包含三个组成部分，分别是锅炉本体、燃烧设备和附属设备，下面来简要介绍和分析燃气能源在锅炉中的应用特点、适用范围、能效及节能减排。

2.1.1燃气锅炉特点

（1）热效率高

相较于传统燃煤锅炉而言，燃气锅炉的炉膛容积和放热强度更高，同时不会对对流管束产生较大的腐蚀，运行过程中传热效果佳，且排烟温度较低，因此比传统的燃煤锅炉有更高的热效率。一般来说，燃气锅炉的设计热效率普遍高达90%-95%，若配合加装节能器使用，热效率还可以有进一步提升。以采用尾部换热的冷凝式燃气锅炉为例，由于其充分回收了烟气中的显热和水蒸汽的凝结潜热而可以使排烟温度降低至60℃左右，从事实现了锅炉的快速升温，使传统锅炉预热过程中的损耗被大幅度降低，自动化燃烧控制系统从一定程度上还能够保证燃烧的充分性，减少了燃料不充分燃烧造成的损耗。

（2）环保性能优良

目前国内市场在制在售的燃气锅炉绝大部分以天然气作为其标准燃料（实际以锅炉产品质量证明书“燃料”一栏标注为准），天然气作为一种普遍和典型的清洁能源在全世界范围内应用广泛，其特点是不含有灰分，燃烧后产生的烟气较少，且烟气本身不含有粉尘，同时二氧化硫的含量十分低，燃烧过程中对环境的污染几乎可以忽略不计，因此锅炉应用燃气（天然气）能源有着十分优良的环保性能。

（3）占地小

传统的燃煤锅炉由于必须包含上煤机、鼓风引风机、除渣机、除尘器等诸多附属设备而使得整个锅炉系统需要较大的占地面积，而燃气锅炉由于燃料输送的便利性和自身热循环结构简单的优点，使得锅炉本体的高度及整个锅炉系统的占地面积均较传统燃煤锅炉大大缩小，从而有效减小了锅炉房的建筑面积和整体高度，对于节约投资、改善锅炉运行环境、降低劳动力使用等方面有着现实意义。

（4）安全性和可靠性高

锅炉属于《中华人民共和国特种设备安全法》明文界定的八大类特种设备之中的一种，对人身和财产安全有较大的危险性。燃气锅炉将控制系统和燃烧器控制系统相结合，实现对整个燃烧过程的精密自动化控制，大幅度提升了锅炉运行的可靠性与安全性［2］。此外，对比煤炭能源来说，燃气能源燃烧过程中产生的杂质更少，降低了锅炉高低温受热面发生腐蚀的概率，从燃料自身的特性来看，也在一定程度上提升了锅炉运行的安全性和可靠性。

2.1.2燃气能源适用范围

燃气锅炉的适用范围相对较为广泛，燃气热水锅炉能够在工厂、学校、酒店、住宅等场所中应用，提供生活热水和采暖功能。而燃气蒸汽锅炉则是工业生产中的重要设备，例如在产品消毒、定型、热处理、原物料加热中的应用等。

2.1.3燃气锅炉能效及节能减排

燃气锅炉系统有着附属设备少、系统简单、安装快速、自动化控制程度高的特点，维护检修成本也较一般传统燃煤锅炉低廉。燃气锅炉和燃煤锅炉在能效以及运行管理方面的比较如表1所示。

表1　燃气锅炉与燃煤锅炉比较表

从排放限值方面来看，对于燃煤锅炉而言，其在煤炭运输、存储、燃烧等一系列过程中所产生的污染较为严重，尤其是燃烧后产生的烟气只有经过脱硫除尘处理之后才有可能达到排放标准，且效果不稳定，锅炉正常运行过程中还要对除尘设备的日常清理、维护、升级进行持续投入。而燃气锅炉在燃料运输和燃烧过程中产生的污染较少，也无须考虑除设备尘的先期投入和后续维保等问题。

2.2电力能源的应用——电锅炉

电锅炉主要以电阻发热或磁感应发热为基本原理，通过换热部位对有机载体或热媒介质进行加热，达到一定温度和压力之后输出额定功率。

2.2.1电锅炉特点

（1）清洁环保

电锅炉的环保性能比燃气锅炉还要高，在运行的过程中，能够实现完全无污染和零排放，同时噪声较低，不会出现明火作业，消防安全性能优良。但需要注意的是，虽然电锅炉本身运行的过程中不会导致环境污染，但势必会导致电能需求的上升，而使用煤炭热力发电是仍然是我国当前电力生产的主要形式，因此在电力生产过程中积极发展风能、太阳能等清洁能源至关重要。

（2）经济性高

第一，电锅炉由于自身结构简单、附属设备较少，因此现场安装调试十分简便快速，且性能稳定，有效使用寿命长，相对其它类型的锅炉而言，维护检修成本更为低廉。

第二，电锅炉可以根据用户需求来使用蓄热系统，即在夜间储备白天所需要的热能，对于部分使用单位来说，夜间实行的是低谷电价，选择此时段运行锅炉可以减少电费支出，从而降低锅炉的运行成本。同时

第三，从电厂方面来看，在电力高峰时段和低谷时段的供电煤耗与线损有着较大差异，低谷用电有利于电网移峰填谷，降低电力高峰的负荷，提升输变电设备运行的可靠性，在降低电网线损、减少煤耗、节约电力使用等方面有着积极的意义。

（3）运行简单方便

电锅炉在运行过程中能顾实现全自动化控制，稳定性和安全性良好，操作也十分简便。此外，大部分的电锅炉可以根据用户要求和工况需要实现多时段自动化运行。

2.2.2电锅炉适用范围

目前，电锅炉在高等院校实验室、医院、办公楼、宾馆、工厂以及军事设施中都有着重要的应用，其适用范围十分广泛。

2.2.3电锅炉经济性分析

如果选择蓄热供热方式可以使用全低谷电价，运行成本较低。而如果采用直接供热的方式，则可能需采用全电价，其运行成本相较燃气锅炉更高一些。因此，用户应根据自身采暖需要或工况需求选择是否使用电锅炉，并充分利用低谷电价，错开高峰用电，以此来降低运行成本。

2.3生物质成型燃料

生物质成型燃料指的是采用农林中的废气物料如锯末、木屑、秸秆等作为原材料，经过切片、粉碎、调制、挤压、烘干等一系列流程制成的一种固体燃料，成品密度较大。目前国内通过设备改造已经可以实现锅炉以生物质燃料替代传统的煤炭燃料运行，虽然其热值略低于标准煤，但相较于燃气和电锅炉而言，在相同单位数值的供热供气条件下，生物质成型燃料的使用成本更低，且几乎能够实现零碳排放和零硫排放，环保性能良好。同时生物质燃料在锅炉系统中燃烧产生的灰烬还属于优质的有机肥可以被再利用，从而最终实现理想状态下的能源循环。目前，阻碍生物质成型燃料快速发展的瓶颈主要是燃烧过程中尚待完善的除烟除尘技术和原物料供应不足的问题，另外，由于选择劣质生物质燃料燃烧而造成的锅炉本体部件过热变形烧损的事故也屡有发生。尽管如此，若综合考量，仅仅把生物质成型燃料作为气、电等其它锅炉能源的有益补充，其依然有着十分可观的市场前景和发展潜力。

2.4分布式供能

为了促进经济与环保的协调发展，缓解当前的环境问题和能源危机，我国提出了新的能源发展战略，保证能源利用的清洁化和多元化，积极发展低碳经济，在《十二五节能减排工作方案》中，分布式能源的应用备受关注［3］。

相较于煤炭能源来说，分布式供能方式能够有效节能，降低温室气体排放，并且不限于传统锅炉房的建造布置要求，可以在屋顶和地下室灵活布置，对于节约用地有着积极的意义。分布式供能主要以天然气、煤层气、沼气等气体燃料或太阳能、风能等自然可再生能源作为一次能源，实现电能、冷能和热能的三联供。总的来说，分布式能源是传统锅炉的一次升级，相信会逐步在工业园区、办公楼宇、大型设施和人员密集型场所等区域发挥重要作用。

3　结语

综上所述，本文从后煤时代概述入手，分析了后煤时代开发和利用锅炉清洁能源的必要性，并从燃气锅炉、电锅炉、生物质成型燃料、分布式能源四个方面探讨了锅炉清洁能源的具体应用。清洁能源相较于传统的煤炭能源来说更符合国家产业升级发展的方向和大气环境治理的要求。文中着重探讨了燃气锅炉和电锅炉的应用方案，这两种能源在锅炉清洁能源的应用中相对成熟，有着各自的特点和优势。同时，生物质成型燃料和分布式供能虽然处于起步和探索阶段，但当下作为前两者的有益补充也有着十分广阔的应用前景。总的来说，后煤时代应当加大对燃煤锅炉的淘汰、改造和升级，同时加快步伐进一步推进燃煤锅炉清洁能源的替代工作。

［1］刘文霞，米伟.燃煤锅炉清洁能源替代工程节能减排分析［J］.节能，2014，01:53-56.

［2］陈清.加大燃煤锅炉清洁能源替代力度全面完成2014年市政府实施工程项目［J］.上海节能，2014，04:1-2.

［3］燃煤（重油）锅炉清洁能源替代典型案例选编［J］.上海节能，2012，10:9-13.

周韬（1982-），男，上海人，汉族，现职称：助理工程师，学历：本科，研究方向：特种设备（锅炉）检验检测。