燃生物质锅炉与燃传统化石燃料锅炉的经济性对比分析

邵 帅， 曹有为， 李 欣， 奚嘉强

(东北林业大学机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

锅炉是一种重要的以燃料燃烧为核心的能源转化装置，以煤、油、气为代表的传统化石燃料一直是锅炉燃烧的主要燃料[1]。据统计，燃煤锅炉占工业锅炉的65.7%，燃油(气)锅炉占工业锅炉的26.7%，而其他燃料锅炉则仅占7.6%。随着我国目前对污染治理和环境保护工作的日益重视，以及城市环保政策的不断实施，在城市中心区和一些对环境要求比较严格的地区燃煤、燃油、燃气锅炉的数量正在不断减少，电加热锅炉的数量在不断提升，且上述几种锅炉还伴随有燃料运行成本高、设备投资较大等问题。于是在此背景下，既满足环保排放，不对环境保护治理造成过大压力，运行成本又相对较低的燃生物质油锅炉，在锅炉行业中所占的比重越来越大。本文主要对燃生物质锅炉和生物质燃料的特性做了简要介绍，并分析了燃生物质锅炉对比燃传统化石燃料锅炉在经济方面的优势。

1 生物质锅炉及分类

生物质锅炉是以生物质燃料为燃料的锅炉。生物质锅炉可以分为卧式生物质锅炉、立式生物质锅炉、生物质燃气导热油炉、生物质蒸汽锅炉、生物质热水锅炉、生物质导热油炉等几种[2]。按照其用途，生物质锅炉又可以分为生物质热能锅炉和生物质电能锅炉两大类，其中前者又可以分为小型、中型以及大型三种类型。生物质热能锅炉和生物质电能锅炉的工作原理基本上相同，都是通过燃烧生物质燃料来获取能量，不同的是生物质热能锅炉是直接获取热能，而生物质电能锅炉则是将获得的热能进一步转化成了电能。

2 生物质燃料与传统化石燃料的热值

生物质燃料是以生物质材料作为燃烧燃料，主要包括秸秆、锯末、树皮、果壳等农林废弃物，一般是颗粒状、块状或者棒状等类型[3]。

2.1 生物质燃料的热值

以秸秆、木材剩余物、果壳等几种典型农林废弃物为代表的生物质燃料的热值见表1。

表1 典型生物质燃料的热值

经计算，上表所列典型生物质燃料热值的平均值为17.35 MJ/kg。

知1卡(cal)约为4.2焦耳(J)，故本文用于计算的生物质燃料热值为：17.35×1 000 ÷4.2=4 131 Kcal/kg

2.2 煤、重油、天然气等燃料的热值

由国家标准总局公布的全国主要能源折算表可知原煤、重油、柴油、天然气、等几种传统化石燃料以及电力的热值，几种主要能源的热值见表2。

表2 几种主要能源的热值

3 燃生物质锅炉与燃传统化石燃料炉的经济性对比

3.1 不同锅炉的热效率

国家市场监督管理局、国家标准化管理委员会在2020年5月29发布，将在2021年6月1日实施的《工业锅炉能效限定值及能效等级》(GB 24500-2020)中有规定锅炉的能效等级分为1、2、3级，其中1级能效最高，在满足工业锅炉初始排放浓度要求的前提下，各等级工业锅炉在额定工况下的热效率值均应不低于规定值[4]。

本文计算以能效等级为3级(工业锅炉最低能效等级)、蒸发量在20 t/h以下的锅炉为例来进行不同燃料锅炉的经济性对比分析。不同燃料锅炉热效率见表3。

表3 不同燃料锅炉的热效率

3.2 经济性对比

(1)以20 t/h的热水锅炉为例，计算20 t热水从0 ℃加热到60 ℃(升温60 ℃)所需的燃料成本。1 kg水升温1 ℃所需热量：

Q=cmΔt=4.2×103J/Kg·℃×1 kg×1 ℃

=4.2×103J

1卡(cal)约为4.2焦耳(J)，故1 kg水升温1 ℃需要1 000卡(cal)即1大卡(Kcal)热量。20 t水升温60 ℃所需热量：

20×1000×60×1=1 200 000 Kcal

(2)生物质燃料的热值为4 131 Kcal/kg，燃生物质锅炉的热效率是80%，所以1 kg生物质燃料燃烧实际提供的热量是4 131×80%=3 304.8 Kcal。目前生物质固体成型燃料的平均价格是800元/吨，故用燃生物质锅炉将20 t水从0 ℃加热到60 ℃需要：1 200 000÷3 304.8×0.8=290元。

3.2.1 与燃煤锅炉相比

煤的热值为5 000 Kcal/kg，燃煤锅炉的热效率为80%，所以1 kg煤燃烧实际提供的热量是5 000×80%=4 000 Kcal。目前煤燃料的平均价格是650元/吨，故用燃煤锅炉将20 t热水从0 ℃加热到60 ℃需：

1 200 000÷4 000×0.8=195元

燃煤锅炉较燃生物质锅炉节省了95元。

3.2.2 与燃重油锅炉相比

重油的热值是10 000 Kcal/kg，燃重油锅炉的热效率是90%，所以1 kg重油实际燃烧提供的热量是10 000×90%=9 000 Kcal。目前重油燃料的平均价格是4 000元/吨，故用燃重油锅炉将20 t热水从0 ℃加热到60 ℃需：

1 200 000÷9 000×4=533元

燃生物质锅炉较燃重油锅炉节省了243元。

3.2.3 与燃柴油锅炉相比

柴油的热值为10 100 Kcal/kg，燃煤锅炉的热效率为90%，所以1 kg柴油燃烧实际提供的热量是10 100×90%=9 090 Kcal。目前煤燃料的平均价格是6 500元/吨，故用燃柴油锅炉将20 t热水从0 ℃加热到60 ℃需：

1 200 000÷9 090×6.5=858元

燃生物质锅炉较燃柴油锅炉节省了568元。

3.2.4 与燃天然气锅炉相比

天然气的热值为8 500 Kcal/m3，燃天然气锅炉的热效率为92%，所以1 m3天然气燃烧实际提供的热量是8 500×92%=7 820 Kcal。目前天然气的平均价格是3.6元/平方米，故用燃天然气锅炉将20 t热水从0 ℃加热到60 ℃需：

1 200 000÷7 820×3.6=552元

燃生物质锅炉较燃天然气锅炉节省了262元。

3.2.5 与燃液化石油气锅炉相比

液化石油气的热值为12 000 Kcal/kg，燃液化石油气锅炉的热效率为92%，所以1 kg液化石油气燃烧实际提供的热量是12 000×92%=11 040 Kcal。目前液化石油气燃料的平均价格是4 200元/吨，故用燃液化石油气锅炉将20 t热水从0 ℃加热到60 ℃需：

1 200 000÷11 040×4.2=457元

燃生物质锅炉较燃液化石油气锅炉节省了167元。

3.2.6 与电加热炉相比

电的热值为860大卡/度，电加热炉的热效率为97%，所以消耗1度电实际提供的热量是860×97%=834.2 Kcal。目前电的平均价格是1元/度，故用电加热锅炉将20 t热水从0 ℃加热到60 ℃需：

1 200 000÷834.2×1=1 439元

燃生物质锅炉较电加热锅炉节省了1 149元。

4 结束语

从上述分析可以看出：在提供相同热量的情况下，除了燃煤锅炉耗费的燃料费比燃生物质锅炉低，其余燃重油、燃柴油、燃天然气、燃液化石油气以及电加热炉的燃料费用都比燃生物质锅炉高，其中又以电加热炉燃料费最高。

长期以来，由于电力、燃油燃料的成本过高、天然气供应短缺以及管道建设不完全等原因，限制了燃油、燃气以及电加热炉的发展，使得燃煤锅炉在工业锅炉的使用中一直占有较大的比重，但随着我国对环境保护、节能减排等方面的愈加重视，燃煤锅炉越来越不能适应环保的要求。因此，绿色环保且具有显著的节能减排效益和经济效益的生物质锅炉必然会有巨大的发展潜力。