燃气分布式系统供热和分散燃气锅炉供热方案比较.pdf

第 3 4卷 第 s 1期 2 0 1 2年 1 1月 华 电技 术 Hua d i a n Te c hn o l o g y Vo 1 3 4 No S1 NO V 2 O1 2 燃气 分布 式 系统供 热和分散燃气锅炉供热 方案 比较 华静芳， 叶小伟 ( 上海华 电闵行能源有 限公 司 ， 上海2 0 1 1 0 8 ) 摘要： 对燃气分布式系统集中供热和燃气锅炉供热方案进行了比较， 分析了2种方案的能效 、 环保性、 经济性和发展前 景， 认为在中、 小型燃煤锅炉清洁能源替代改造过程中， 选用燃气分布式系统集中供热更具优势。 关键词： 节能减排； 分布式系统； 燃气锅炉 ； 供热； 经济性； 扶持政策 中图分类号： T K 0 1 9： T K4 7 文献标志码： B 文章编号： 1 6 7 41 9 5 1 ( 2 0 1 2 ) s 1 0 0 8 3 0 3 1 问题的提出 我国“ 十一五” 期 间减排工作获得显著成效 ， 但 随着工业化 、 城镇化的快速推进 ， 能源消费总量不断 上升 ， 污染物产生量将继续增加 ， 经济增长的环境约 束 日趋强化。在国家环保 “ 十二五” 规划中， 除了提 出持续推进 电力等重点行业 污染减排 、 加快其他行 业脱硫 脱硝步伐 、 开展机动车船污染物控制外 ， 还 提出加大结构调整力度 、 加快淘汰落后产能并 大力 推行清洁生产和发展循环经济。 目前 ， 在工业企业中尚存在大量中、 小型燃煤工 业锅炉 ， 这些锅炉普遍存在着结构 旧、 能耗大 、 污染 重等问题 ， 属于 产业结构调整指导 目录 中淘汰或 限制类产品。因此 ， 各地对中、 小型燃煤工业锅炉进 行清洁能源替代工作势在必行。替代 中、 小 型燃煤 工业锅炉的清洁能源有燃气分 布式冷热 电联产 、 热 电联产 、 燃气 ( 轻油) 锅炉 、 太 阳能 、 风能和生物质供 能等。其 中， 太 阳能、 风能 、 生物质供能容量普遍偏 小 ， 造价高且地域 限制 明显 ， 因此 ， 尚不具备大规模 对高耗能燃煤工业锅炉进行清洁能源替代的推广基 础 ； 反之 ， 燃气锅炉 因各方面所受 限制少 ， 是工业蒸 汽用户选择的主要方式之一 ； 分布式冷热 电联产与 热电联产相 比， 同属能源多级利用 ， 而前者提供冷能 多了一级利用 ， 显然更有优势。 天然气被称作 “ 2 1 世纪的洁净能源” 。 目前 ， 我 国新能源发展还处于起 步阶段 ， 积极利用天然气资 源是我国在一 次能源消费 中降低碳 排放 的最好 选 择。资料显示 ， 从 目前世界能源消费结构看 ， 化石能 源约 占世 界一次 能源 消费量 的 8 8 ， 其 中石油 占 3 3 ， 煤 占 2 9 ， 天然气 占 2 4 。而在我 国一次能 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 8 0 5 源消费结构中， 天然气消费仅为 4 左右 ， 是世界平 均水平 的 1 6 、 欧美 国家平均水平 的 1 1 2 。 目前 ， 世 界人均天然气消费量为 5 0 8 m 年 ， 是我国人均消费 量的 8倍多 ， 我 国天然气利用潜力还十分巨大。 本文对以天然气为燃料 的分布式供能和企业 自 建工业燃气锅炉替代工业燃煤锅炉方案进行 比较分 析 ， 找出更适合于中、 小型燃煤锅炉的清洁能源替代 改造方案 2 替代方 案概述 2 1 天然气分布式供能 分布式能源系统 ( D i s t r i b u t e d E n e r g y S y s t e m) 在 许多发达 国家和地区已经是一种成熟的能源综合利 用技术 ， 它以靠近用户 、 能源梯 级利用 、 一次能源利 用效率高 、 环境友好 、 能源供应 安全可靠等特点 ， 受 到各国政府、 企业界 的广泛关 注和青 睐。分 布式能 源系统有多种形式 ， 区域性或建筑群或独立 的大 中 型建筑 的冷热 电三联 供 C C HP( C o m b i n e d C o o l i n g H e a t i n g a n d P o w e r ) 是其中十分 重要 的一种方式 ， 燃 气冷热电三联供系统工艺流程如图 1 所示。 2 2 燃气锅炉 燃煤锅炉曾经是工业 时代的一个重要标志 ， 随 着时间的推移 ， 它已很难完全满足现代企业的需求 ， 燃气锅炉应运而生。 燃气蒸汽锅炉是指利用燃气燃烧加热的蒸汽锅 炉。按照结构形式可分为立式蒸汽锅炉和卧式蒸汽 锅炉。立式蒸汽锅炉采用燃烧机下置方式 ， 二 回程 结构 ， 燃料燃烧充 分， 锅炉运行稳定且 占用 空间少 ， 同时烟管内插有扰流片 ， 可减缓排烟速度 ， 增加换热 量， 锅炉热效率高， 降低用户使用费用。卧式蒸汽锅 炉为锅壳式全湿背顺 流三 回程烟火管结构 ， 火焰在 大 燃烧室 内微正压燃烧 ， 完全伸展 ， 燃烧热负荷低 ， 8 4 华 电技 术 第 3 4卷 高温烟气 余热锅炉卜 I 低压蒸汽 。 。- _ J L _ _ - 。 _ _ 。 - 一 L 发电机 H做功H燃气轮机l I 发电机H做功 H汽轮机 电网 l l厂内用电 r _ 望 工业抽汽 卜 _ 蒸汽用户 图 1 燃气冷热电三联供系统工艺流 程 燃烧热效率高， 有效地降低了排烟温度， 较之燃煤锅 散热损失热量。在热损失中， 排烟热损失所占的比 炉更能节能降耗 ， 使用更经济 ， 冷凝式燃气蒸汽锅炉 重较大。总体来说 ， 燃气锅炉单体设备 的热效率较 工艺流程如图2所示。 高( 能达到 8 0 一 9 0 ) ， 这是很多热用户乐于使用 2 3 方案比较 燃气锅炉的首要原因。但就一个企业和一个产业区 2 3 1 能效 域来说 ， 在生产、 办公过程 中还要用到电能 、 水等其 天然气三联供分布式供能系统是一种建立在能 他资源， 以维持设备运作和办公需求。因此， 我国工 量梯级利用概念基础上， 以天然气为一次能源， 产生 业企业综合能源利用率还处在相对较低的水平。 热 、 电 、 冷的联产联供系统。它以天然气为燃料 ， 利 2 3 2 环保 用小型燃气轮机 、 燃气内燃机 、 微型燃气轮机等设备 天然气是一种优质 、 高效 、 清洁的气体燃料 ， 采 将天然气燃烧后获得的高温烟气首先用于发电， 余 用天然气取代煤作为锅炉的燃料可大幅减轻对环境 热供给工业企业工艺用蒸汽 、 冬季供暖等 ， 在夏季通 的污染 。这是因为天然气 中的灰分含量 、 硫含量 、 氮 过驱动吸收式制冷机供冷 ， 同时还可提供生活热水 ， 含量均比煤低很多 ， 燃烧后在产生的烟气 中几乎不 充分利用了排气余热。传统的火力发电厂煤炭燃烧 含烟尘 ， 硫和氮氧化物也大幅减少 ， 容易达到国家对 发电的利用率是 3 0 4 0 ， 用煤作为燃料发 电并 燃烧设备烟气排放标准 的要求 。同时， 没有燃煤时 供热的热电厂 ， 能源利用率在 4 5 左右 ， 而燃气三 所需要处理的大量灰渣， 天然气采用管道输送减少 联供系统的能源利用效率可达 8 0 一 9 0 ， 大量节 了运煤和运灰渣的车辆对城市所带来的大气污染 、 省 了一次能源。 噪声 、 交通拥挤等一系列问题。 燃气锅炉生产蒸汽的热量主要来源于天然气燃 以天然气为一次能源的分布式能源系统和燃气 烧生成 的热量。影响燃气锅炉有效利用率的原因包 锅炉污染物排放量极低 ， 二者均能达到我国 目前环 括排烟损失热量 、 燃料不完全燃烧损失热量和锅炉 保标准 的要求 ， 是 国家鼓励采用的能源 系统 。 而分 自来水过 城 巾 冷凝水回路 图2 冷凝式燃气蒸汽锅炉工艺流程 户 冷 凝 换 热 循 环 系 统 第 S 1期 华静芳， 等 ： 燃气分布式 系统供热和分散燃气锅炉供热方案比较 8 5 布式能源系统则往往 因为其更先进 的核心设备 ， 能 耗和污染物排放率更低 ， 以通用航改型燃气轮机为 核心设备 的三联供系统 ， 其 氮氧化物 的排放可控制 在 3 1 m g m ， 远低 于 目前我国燃气锅炉 5 0 m g m 的 排放标准。 2 3 3 经济性 目前 ， C C H P系统 的核心设备多为进 口， 设备价 格较 高，一般 为 5 0 0 09 0 0 0 _ k W， 因此 ， 整套 C C H P系统的投资较大。如果一般企业进行工业燃 煤锅炉改造 仅为解 决工业 蒸 汽来 源 ， 对 整体 配套 C C H P系统 兴趣不 大。在 固定 成本 和燃 料 、 水、 材 料 、 排污费等边界条件相对 固定的情况下 ， 电价是影 响 C C H P系统供热成本的最主要因素。但集中供热 价格必须 由地方物价部 门审核批准 ， 就我 国 目前工 业蒸汽集 中供 热价格来 看 ， 普遍在 2 0 0元 t 左右 。 很多城市根据区域特点及燃料成本 等因素， 也会有 相对高的蒸汽价格 ， 但基本控制在 3 0 0Y v _t 以内。 工业企业 自建分散型燃气锅炉蒸汽价格包括初 投资 、 折旧费 、 修理费 、 人工成本 、 财务成本和天然气 价格等。以 自建 4 t h容量 的天然气蒸汽锅炉为例 ， 其成本核算见表 1 。 表 1 企业 自建燃 气锅炉成 本 注： 1 天然气价格 以上海某燃气公 司基准价 3 7 9元 m 计 ； 2 锅炉热效率 以 8 5 计 ， 蒸汽热值 以 2 9 8 6 k J k g 计 ， 天然气 热值 以 3 5 4 4 5 k J m 计 ； 3 静态总投资包括锅炉本体和辅助设备 、 配套天然气管道及 其施工安装 。 可见 ， 在上海地 区工业企业 自建 天然气蒸汽锅 炉蒸汽价格约 4 0 04 5 0 t ， 较 C C H P集 中供热要 高 3 0 以上 。 2 3 4 政策支持和发展前景 对于实施燃煤锅炉清洁能源改造 ， 各地政府部 门均有鼓励措施。 北京市 2 0 0 2年出台 北京市锅炉改造补助资金 管理办法 ， 要求全市所有燃煤锅炉改用清洁能源， 对于改用天然气 的用户 ， 最高补贴 2 3万 t ； 2 0 1 2 年 3月北 京市提 出加 速燃煤 替代 ， 将 此作 为治理 P M2 5的重要举措 ， 到 2 0 1 5年五环路内基本实现无 煤化。上海市2 0 0 1 年出台 关于本市燃煤锅炉及工 业炉窑改清洁能源实施办法 的通知 ， 对改炉单位 给予 4万 t 补贴 ； 2 0 0 2年 ， 上海市创建 “ 基本无燃 煤 区” ， 对处 于该 区域的锅炉进行改造 ； 2 0 1 2年 ， 出 台 上海市燃煤( 重油) 锅炉清洁能源替代工作方案 和专项资金扶持 办法 的通知， 明确对 “ 十二五” 期 间燃煤( 重油 ) 锅炉实施清洁能源替代 的， 给予 2 0 3 0万元 t 的一次性资金补贴。杭州市于 2 0 0 5年 出 台 杭州市污染治理项 目资金补助办法 规定 ， 对列 入环保局划定 的禁止销售 、 使用高污染区域的能源 结构调整等项 目实施补贴 ， 其 中燃煤 、 燃重油 、 燃轻 质柴油 、 燃水煤浆等改用天然气的， 按改造总投资的 2 5 3 0 进行补助 。宁波市 2 0 1 1年出台 宁波市 淘汰燃煤锅炉专项 补助资金使用 管理办法 规定 ， 对淘汰燃煤锅炉改用天然气 、 液化石油气 、 电等清洁 能源 ， 政府将给予 1 0万元 t 的一次性补助 。燃气分 布式供能和燃气锅炉 2种替代方式均属于以上各资 金支持政策范围。 分布式能源项 目是节 能环保的大趋势。 中华 人 民共 和国节约能源法明确规定要发展热 电冷联 产技术 ； 国家发改委制定 的 天然气利用政策 第一 类优先类中有热 电冷联供 ； 国家能源局 2 0 1 1年 3月 2 9 t3 下发 分布式发电管理办法 ( 征求意见稿) ， 在 电站容量 、 并网 、 电价及运行管理等方面将明确支 持分布式能源 ； 国家发改委 、 财政部 、 住建部 、 国家能 源局 2 0 1 1 年 1 0月 8 13联合下发发改 能源 2 0 1 1 2 1 9 6号文 关 于发展 天然气分 布式能源 的指导意 见 中明确指出， “ 十二 五” 期 间， 我国拟建设 1 0 0 0 个天然气分布式 能源项 目； 到 2 0 2 0年 ， 全 国分布式 能源装机容量要达到 5 0 G W。 关于发展天然气分 布式能源的指导意见 专门提出电网方面要加强对 天然气分布式能源并网的配合 ， 今后将在财政 、 标准 等多方面， 进一步加强对天然气分布式能源的支持； 国家能源局 2 0 1 1年 1 0月 2 8 13下发 分布式发电上 网指导意见 ( 征求意见稿) 。各地方也相继在土地 和天然气价格方面出台优惠政策。 3结束语 燃气锅炉单体设备热效率高 ， 但 企业综合能源 利用率不高； 燃气分布式供能总体能源利用率高， 符 合国际和我 国能量梯 级利用 、 能 源循 环再利 用 的 趋势。 燃气分布式供能和燃气锅炉 2( 下转第 8 8页) 8 8 华 电技 术 第 3 4卷 避 口 组 虽 性 能 稳 定 ， 但 单