何玉六

(重慶金益煙草有限責(zé)任公司，重慶 409600)

目前，工業(yè)鍋爐房供熱主要采用燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t、燃油鍋爐或者電鍋爐作為熱源，向工業(yè)用汽點(diǎn)提供熱量。隨著社會(huì)發(fā)展水平的逐步提高，城市對(duì)環(huán)境的要求越來越高，尤其是重慶市在10多年前就逐步淘汰工業(yè)燃煤鍋爐;而重慶電力供應(yīng)在冬夏季節(jié)較為緊張，用高品位的電能轉(zhuǎn)化為低品位的熱能，對(duì)能源本身也是一種極大的浪費(fèi)，電熱轉(zhuǎn)換能源利用率不高于30%。燃油燃?xì)忮仩t也基本成為城市工業(yè)、商業(yè)主流運(yùn)行鍋爐。因此，下面就針對(duì)項(xiàng)目打葉復(fù)烤用汽的情況，重點(diǎn)分析比較燃?xì)忮仩t與燃油鍋爐的運(yùn)行費(fèi)用。

一、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查

重慶復(fù)烤企業(yè)技術(shù)改造項(xiàng)目為兩條打葉復(fù)烤生產(chǎn)線，額定流量每條線為12000 kg/h，鍋爐總?cè)萘繛?0 t/h;總耗汽量為40 t/h，額定蒸發(fā)壓力為1.25 MPa。天然氣價(jià)格:專網(wǎng)工業(yè)用戶2.6585元/m3，公網(wǎng)工業(yè)、商業(yè)、集體(不包括執(zhí)行居民氣價(jià)的學(xué)校、部隊(duì)?wèi)?zhàn)士食堂、非營(yíng)利性福利機(jī)構(gòu))用戶3.005元/m3。工業(yè)用水價(jià)格 4.5元/噸;工業(yè)用電0.6元/度(110 kV)。從以上調(diào)查，得出基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1)耗能量。蒸汽蒸發(fā)量40噸/小時(shí)，飽和蒸汽壓力1.25 MPa，飽和蒸汽溫度190℃，飽和蒸汽熱焓h=2785.8 kJ/kg。

2)耗水量。按40 t每小時(shí)產(chǎn)汽量，根據(jù)目前金益公司鍋爐房用水(水處理耗水量)估算，每小時(shí)耗水量按50噸估算。

3)燃料熱值。天然氣熱值35.59 MJ/m3，柴油(鍋爐燃料)熱值 42.71 MJ/kg，重油(鍋爐燃料)熱值40.6 MJ/kg。

4)燃料價(jià)格。天然氣3.005元/m3，柴油7500元/t(不包含運(yùn)費(fèi))，重油5400元/噸(不包含運(yùn)費(fèi))。

5)水電價(jià)格。水費(fèi) 4.5元/m3，電費(fèi) 0.6元/度(110 kV)。

二、燃料和燃燒產(chǎn)物

(一)燃料組成成分與熱值

表1、表2列出了柴油、重油和天然氣的組成成分和熱值。

表1 燃油組成(ω，%)

(二)燃燒反應(yīng)方程式

天然氣中CH4含量96%，如認(rèn)為天然氣成分均為甲烷，則天然氣的完全燃燒化學(xué)反應(yīng)方程式為

式中，α為燃料燃燒空氣消耗系數(shù);φ為水蒸氣冷凝率，φ=1－(9.52α －1)/2(Pg/PS－1)，Pg為煙氣壓力，PS為水蒸氣飽和壓力。

煙氣中水蒸氣冷凝是一個(gè)復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)過程，煙氣主流的水蒸氣需穿過濃厚的不凝性氣體層，才能到達(dá)液膜表面冷凝，因此，實(shí)際冷凝率低于理論值。

重油和柴油按其所含元素主要有下列燃燒反應(yīng)方程式:

(三)燃燒產(chǎn)物

燃燒天然氣 α=1.1，燃燒重油 α=1.2，空氣含濕量d0=0.012 kg水/kg，從天然氣和重油柴油燃燒反應(yīng)方程式可以得出表3、表4燃燒產(chǎn)物。

從表3、表4煙氣組成部分可以看出每GJ(103MJ)燃料燃燒熱所發(fā)生的煙氣中，天然氣燃燒產(chǎn)物的水分份額最大，為61.53 m3/GJ，占煙氣體積 18.72%，隨 α 增加而遞減;柴油次之，分別為41.44 m3/GJ和12.22%;重油分別為40.39 m3/GJ和11.88%?？梢钥闯?，天然氣燃料鍋爐SO2排放量很少，CO2排量減少30%，而重油燃料鍋爐SO2排放濃度比較高，需要考慮脫硫二次處理煙氣。

表2 天然氣組成(ψ，%)和工業(yè)分析

表3 天然氣燃燒產(chǎn)物

表4 燃油燃燒產(chǎn)物

(四)產(chǎn)汽成本

我們按每小時(shí)產(chǎn)汽40噸(飽和蒸汽壓力為1.25 MPa)產(chǎn)汽量進(jìn)行估算。

1.燃料成本

所需要熱量 Q=M蒸汽×(H2－H1)=40×103kg(2785.8 kJ/kg －108.95 kJ/kg)=107074000 kJ。

1)天然氣作為燃料

天然氣作為燃料時(shí)，按天然氣鍋爐熱效率90%計(jì)算，所需要天然氣量為

V天然氣=Q/(Qnet× η)=107074000 kJ/(35.59 ×103kJ/m3×90%)=3342.8m3

天然氣價(jià)格按公網(wǎng)工業(yè)價(jià)格計(jì)算，3.005元/m3，每小時(shí)所需要用氣成本為10045.2元，每立方米天然氣產(chǎn)生蒸汽為12 kg，單噸蒸汽成本為251.1元，

2)重油作為燃料

重油作為燃料時(shí)，按燃油鍋爐熱效率88%計(jì)算，所需要重油量為

M重油=Q/(Qnet×η)=107074000 kJ/(40.6×103kJ/kg×88%)=2996.9 kg

重油價(jià)格按5400元/噸(不含運(yùn)費(fèi))計(jì)算，每小時(shí)所需要用油成本為為16183.2元，每千克重油產(chǎn)蒸汽13.35 kg，單噸蒸汽成本為404.58元。

3)柴油作為燃料

柴油作為燃料時(shí)，按燃油鍋爐熱效率89%計(jì)算，所需要重油量為

M重油=Q/(Qnet× η)=107074000 kJ/(42.71 ×103kJ/Kg×89%)=2816.9Kg

柴油價(jià)格按7500元/噸(不含運(yùn)費(fèi))計(jì)算，每小時(shí)所需要用油成本為為21126.7元，每千克重油產(chǎn)蒸汽14.2 kg，單噸蒸汽成本為528.17元。

2.脫硫及脫硫成本

由于天然氣鍋爐含硫量幾乎為零，也就不存在SO2的脫硫問題，這里重點(diǎn)分析柴油和重油的脫硫成本。

按柴油平均含硫率 Sy=0.25%，SO2密度ρ=2.93，根據(jù)表4柴油燃燒后的產(chǎn)物，每立方米煙氣中SO2的質(zhì)量為0.0018(m3/kg)× 2.93(kg/m3)/14.48(m3/kg)=0.36 mg/m3，因此，每立方米煙氣中SO2濃度極低，不需要考慮煙氣二次脫硫處理。

按重油平均含硫率 Sy=2.5%，SO2密度 ρ=2.93，根據(jù)表4重油燃燒后的產(chǎn)物，每立方米煙氣中SO2的質(zhì)量為0.0175(m3/kg)× 2.93(kg/m3)/13.81(m3/kg)=3713 mg/m3，根據(jù)國(guó)家局行業(yè)規(guī)定SO2排放濃度≤400 mg/m3，每立方米的最小脫硫量為3713－400=3313 mg，最低脫硫效率89.3%。

根據(jù)表4重油燃燒后的產(chǎn)物中，每噸重油燃燒后產(chǎn)生SO2的質(zhì)量為51 kg，脫硫設(shè)備為目前金益公司使用的脫硫效率較高的渦輪增壓脫硫裝置，根據(jù)目前金益公司運(yùn)行成本估算，每燃燒一噸重油的脫硫劑(NaOH)成本為228元，每噸蒸汽脫硫成本為16.7元。渦輪增壓脫硫裝置設(shè)備投資比較大，至少100萬元，而且還存在每年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、污水處理費(fèi)用、人工運(yùn)行費(fèi)用等。綜合考慮每噸蒸汽脫硫運(yùn)行成本20元。

3.綜合產(chǎn)汽成本分析

燃?xì)忮仩t和燃油鍋爐的自來水消耗一致，燃油鍋爐電力消耗略微稍高一點(diǎn)(燃燒器有霧化裝置)，在此這兩項(xiàng)的消耗估算沒有差距，設(shè)備投資基本一致。綜合以上分析，直接燃料成本(含脫硫二次處理煙氣)，每噸蒸汽成本為:天然氣為251.1 元;柴油為528.17 元;重油為 424.58 元［1－2］。

四、小結(jié)

1)天然氣在重慶地區(qū)具有較為豐富的資源優(yōu)勢(shì)，是重慶地區(qū)工業(yè)鍋爐的主要燃料，如果不考慮工廠界外管線投資(主供氣管網(wǎng)進(jìn)工廠)，僅僅是廠區(qū)管網(wǎng)投資，那投資資金比較小;而且沒有環(huán)境污染問題，屬于完全清潔能源。

2)柴油和重油需要汽車運(yùn)輸至工廠，工廠需要自建油庫(kù)，安全隱患比較大，而且國(guó)內(nèi)石油供應(yīng)日趨緊張，市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)比較大，不可控制的因素較多(價(jià)格和供應(yīng))。而重油作為燃料，由于SO2初始排放比較高，將是我們?nèi)匀幻鎸?duì)的難題，柴油運(yùn)行成本最高。附表列出三種燃料鍋爐綜合比較。

綜上所述，考慮到天然氣管網(wǎng)檢修及受供氣緊張影響，建議使用以天然氣為主，燃油(柴油)為輔的燃油燃?xì)忮仩t。

［1］鍋爐房實(shí)用設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組.鍋爐房實(shí)用設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［2］趙欽新，惠世恩.燃油燃?xì)忮仩t［M］.西安:西安交通大學(xué)出版社，2000.

附表 燃油、燃?xì)忮仩t綜合比較