燃气锅炉与燃煤锅炉运行经济效益分析

鞠颂 李慧星

摘 要：目的 对燃气锅炉和燃煤锅炉的投资与运行经济效益做对比分析，论证燃气锅炉替代燃煤锅炉的经济性和可行性。方法 结合工程实践，对比燃气锅炉和燃煤锅炉的一次投资费用、投资回收年限和运行费用，评价将燃煤锅炉改造为燃气锅炉后的经济效益、环境效益和社会效益。结果 燃气锅炉一次投资费用、运行费用、年供热成本高于燃煤锅炉。燃气锅炉的出力、环境效益和社会效益比燃煤锅炉占有明显优势，综合效益高于燃煤锅炉。结论 燃气锅炉比燃煤锅炉综合效益更佳。在燃煤锅炉负荷不足，改造空间受限的条件下，采用燃气锅炉作为增容方案是切实可行的。

关键词：燃气锅炉 锅炉出力 热效率 减排 环保

中图分类号：TK22 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）08（b）-0075-05

Abstract： Objectiveg： Compare the investment and operation economic benefits of gas boilers and coal-fired boilers， and demonstrate the economics and feasibility of replacing gas boilers with coal-fired boilers. Methods Combined with engineering practice， compare the investment cost， investment recovery period and operating cost of gas boilers and coal-fired boilers， and evaluate the economic， environmental and social benefits of converting coal-fired boilers into gas boilers. Results Gas boilers have higher investment costs， operating costs and annual heating costs than coal-fired boilers. The environmental and social benefits of gas-fired boilers have a clear advantage over coal-fired boilers， and the overall benefits are higher than that of coal-fired boilers. Conclusions Gas boilers have better overall benefits than coal-fired boilers. Under the condition that the coal-fired boiler has insufficient load and the transformation space is limited， it is feasible to use the gas boiler as the capacity-increasing scheme.

Key Words： Gas boiler； Boiler output； Thermal efficiency； Emission reduction； Environmental protection

随着我国社会经济的快速发展，雾霾问题也变得越来越严重，不仅雾霾天气出现的频率越来越高，而且在严重程度上也比以前有所增大，严重危害人们身体健康，因此治理雾霾天气造成的环境污染问题迫在眉睫。在北方，冬季供暖燃煤是造成雾霾的主要原因，一方面煤的燃烧必然会导致二氧化硫和其他烟尘、粉尘等大量污染物的排放，烧煤取暖势必会加剧雾霾天气的形成与恶化；另一方面，煤炭资源属于不可再生资源，多年对煤炭的过度开发使用，也导致当地生态环境破坏严重，资源面临枯竭。实施煤改清洁能源是治理雾霾的一个有效手段。为改善大中型城市的大气污染状况，我国调整了燃料政策，鼓励公共企业事业单位使用天然气，同时也促进了燃气锅炉的发展。在西气东输的政策影响下，全国天然气源形成网络，丰富的天然气资源给我国很多地区提供了“煤改气”的可能，燃气锅炉已在国内很多地区得到了较好的应用。在原有锅炉房面积受限，锅炉出力不足的情况下，很多企业选择将部分或全部锅炉改造为占地面积更小，热效率更高的燃气锅炉。这里我们以燃煤锅炉改造为燃气锅炉的实际工程项目为研究对象，对比燃气锅炉和燃煤锅炉的一次投资费用以及运行一个采暖期的总能耗和运行费用。分析在锅炉改造项目中选择将燃煤锅炉改为燃气锅炉的经济效益、环境效益和社会效益。

1 燃气锅炉与燃煤锅炉系统差别分析

燃气锅炉系统图如图1所示。

燃煤锅炉系统图如图2所示。

如图1、图2所示，燃气锅炉与燃煤锅炉系统设备主要差别有以下几个方面。

（1）燃气锅炉比燃煤锅炉增加了天然气调压站、除氧泵等设备。

（2）燃气锅炉比燃煤锅炉节省了炉排、空气预热器、省煤器、鼓引风机、除渣设备、脱硫除尘器、烟囱等大型设备设施，因而大大节省了锅炉用房面积，布置更为灵活，也相应节省了房产和用地投資费用。

（3）燃煤锅炉辅机中的麻石脱硫除尘器、除渣机、沉渣池、软化水处理、风机冷却等需要用到自来水，产生水费和相应的水处理费用，而燃气锅炉用水费用很少。

（4）燃煤锅炉的鼓引风机、给水泵、上煤皮带等用电量较大，而燃气锅炉配套设备用电量相对较小。

下面我们通过工程项目实例来分析对比燃气锅炉与燃煤锅炉的一次投资费用和运行费用。

2 项目概况

本文研究的项目改造前有4台35T和3台10T燃煤蒸汽锅炉，用于实供面积约231m2的居民冬季采暖。锅炉房平面布置图如图3所示。

原3台10T燃煤蒸汽锅炉位置在图中“预留厂房”内。

改造前存在问题如下。

2.1 环境污染

该集中供热系统的脱硫除尘设施因场地所限，排烟通道设置角度不佳，导致严重影响烟气脱硫效果，烟气排放不达标，屡次因环保不达标被处罚。

2.2 维护成本高

因排烟温度过高，袋式除尘器的布袋屡屡被烧坏，而必须更换除尘布袋，除尘布袋价格较高，从而提高了维修成本且供热效果差。

2.3 出力低，供热量不足

因供暖区域新增接网面积逐年增加，原有锅炉房锅炉容量小，加上该集中供热系统锅炉出力低等原因，导致该供热系统不足以满足全部用户供热需求，用户室温不达标，供热投诉率较高。

2.4 政策原因

按照市里拆小联大政策，需拆除10T以下小型燃煤锅炉。3台10T燃煤蒸汽锅炉被责令停用，近几年一直未运行。

3 燃气锅炉与燃煤锅炉成本与经济对比分析：

燃气锅炉与燃煤锅炉成本与经济对比分析主要包括一次投资费用和运行费用。一次投资费用包括锅炉设备费用、锅炉辅机费用、锅炉房房产及土地征用费用等。运行费用包括燃料费、水费、锅炉机组消耗电费、灰渣处理费、环保费、设备维修费和锅炉房管理人员及司炉工工资。

将新建20T燃气蒸汽锅炉与其他热源厂20T燃煤锅炉和的一次投资费用对比见表1。

企业年收益为5260.7万元，3台20t/h燃气蒸汽锅炉一次投资费用为893.93万元，3台20t/h燃煤蒸汽锅炉一次投资费用为858.2万元，在考虑锅炉用房费用、场地建设费用和烟囱建设费用的条件下燃气锅炉的一次投资费用略高于燃煤锅炉。两者投资回收期均少于1年。

燃气锅炉与燃煤锅炉运行费用对比见表2。

燃气锅炉运行费用为1239.97万元/a，平均单台619.99万元/a；燃煤锅炉运行费用为2785.75万元/a，平均单台锅炉928.58万元/a，随着使用年限推移运行费用会出逐年递增。

4 经济、环境、社会效益分析

4.1 经济效益

增加3台20t/h燃气锅炉后，原4台35T燃煤蒸汽锅炉比改造前节省耗煤量为6019.2t，节省燃煤费用为361.2万元。

4台35T燃煤蒸汽锅炉年供热热值为205488T，单台燃煤锅炉年平均供热值51372T；2台20T燃气蒸汽锅炉年供热热值为2220T，单台燃气锅炉年平均供热值1110T。3台20T燃煤蒸汽锅炉年供热热值为79259T；20T燃煤蒸汽锅炉单台年供热热值为26419.89T。

燃气蒸汽锅炉运行费用的计算公式如下：

燃气蒸汽锅炉年运行费用=锅炉小时燃气耗量值×锅炉吨位×用气小时数×用气天数×0.55×燃气售价

燃气蒸汽锅炉3台，其中两用一备，全年用气时间150d。天然气售价3.6元/Nm3， 锅炉小时燃气耗量值约1500m3/台。

改造后实际燃气耗量：该供热区域一个采暖期的燃气实际耗量为3359439Nm3，燃气单价为3.6元/Nm3，改造后燃料费约为1209.4万元。

代入公式得：

2×1500×20×用气小时数×150×3.6=1209.4万元

经计算可得：日平均用气小时数约0.37h，折合22.4分钟。

燃气蒸汽锅炉出力可达到20T/h。

4台35T燃煤蒸汽锅炉平均出力14.27T/h。

3台20T燃煤蒸汽锅炉平均出力17.2T/h。

将燃气锅炉与燃煤锅炉的一次投资、运行费用、供热量和供热费用进行对比，结果见表3。

年供热费用为一次投资金额均摊到10年使用期之后加上年运行费用。

经计算对比，燃气锅炉在实际每天运行约0.37h的年供热成本是满负荷运行状态下的供热成本的2倍。燃气锅炉供热成本高于燃煤锅炉的供热成本。

4.2 环境效益

参照GB 13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》中，大气污染物基准含氧量排放浓度折算方法，计算方法如式⑴。

式中，ρ为大气污染物基准氧含量排放浓度，mg/m3；ρ'为实测的大气污染物排放浓度，mg/m3；（O2）为实测含氧量，%；（O2）为基准氧含量，%（燃气锅炉为3.5%）。

折算后NOX实际排放浓度值为51.5mg/m3，远低于新建锅炉氮氧化物排放限值为200mg/m3的环保标准。由于燃气蒸汽锅炉所用燃气的硫含量及颗粒物含量几乎为零，故不存在SO2及颗粒物污染排放。

改造前该集中供热系统颗粒物排放浓度为29mg/m3，SO2排放浓度为122mg/m3，NOX排放浓度为198mg/m3。

燃气锅炉比燃煤锅炉产生的噪声低。天然气为清洁能源，燃气锅炉不会像燃煤锅炉生产运行时产生大量烟尘、二氧化硫及氮氧化物等大气污染主要气体，燃煤锅炉改为燃气锅炉对环境有很大改善。

4.3 社会效益

由燃煤锅炉改为燃气锅炉后，可大幅度提高锅炉出力和热效率，提高供热质量的同时也实现了节能减排。经过一个采暖期的入户室温调查，调查结果显示该锅炉房供热范围内用户室温由改造前的16℃～20℃，提高到了20℃～23℃，解决了该供暖区域常年用户室温达标率不够的情况。煤改气后年供热热值比较：改造前205488kJ，改造后207708kJ，热用户整个采暖期投诉率由改造前的11‰降为5‰。

5 结语

经过对比分析，燃气锅炉一次投资费用和运行费用都比燃煤锅炉高，但燃煤锅炉的运行为了达到环保标准，其系统必须加装脱硫、脱硝和除尘设备。这些环保设施的投资和运行费用都很高而且运行时往往还会产生对环境的二次污染。而燃气锅炉燃用的天然气是清洁能源，排放物对环境的污染较小，又具有运行效率高、锅炉出力高、运行更节能、所需占地小、能改善工作环境的优点，比燃煤锅炉综合效益更佳。在燃煤锅炉负荷不足，改造空间受限的条件下，采用燃气锅炉作为增容方案是切实可行的。燃气锅炉是燃煤锅炉的有效环保替代产品，在城市区域供热中应用潜力巨大。

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