何玉六

(重庆金益烟草有限责任公司，重庆 409600)

目前，工业锅炉房供热主要采用燃煤锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉或者电锅炉作为热源，向工业用汽点提供热量。随着社会发展水平的逐步提高，城市对环境的要求越来越高，尤其是重庆市在10多年前就逐步淘汰工业燃煤锅炉;而重庆电力供应在冬夏季节较为紧张，用高品位的电能转化为低品位的热能，对能源本身也是一种极大的浪费，电热转换能源利用率不高于30%。燃油燃气锅炉也基本成为城市工业、商业主流运行锅炉。因此，下面就针对项目打叶复烤用汽的情况，重点分析比较燃气锅炉与燃油锅炉的运行费用。

一、基础数据调查

重庆复烤企业技术改造项目为两条打叶复烤生产线，额定流量每条线为12000 kg/h，锅炉总容量为40 t/h;总耗汽量为40 t/h，额定蒸发压力为1.25 MPa。天然气价格:专网工业用户2.6585元/m3，公网工业、商业、集体(不包括执行居民气价的学校、部队战士食堂、非营利性福利机构)用户3.005元/m3。工业用水价格 4.5元/吨;工业用电0.6元/度(110 kV)。从以上调查，得出基础数据。

1)耗能量。蒸汽蒸发量40吨/小时，饱和蒸汽压力1.25 MPa，饱和蒸汽温度190℃，饱和蒸汽热焓h=2785.8 kJ/kg。

2)耗水量。按40 t每小时产汽量，根据目前金益公司锅炉房用水(水处理耗水量)估算，每小时耗水量按50吨估算。

3)燃料热值。天然气热值35.59 MJ/m3，柴油(锅炉燃料)热值 42.71 MJ/kg，重油(锅炉燃料)热值40.6 MJ/kg。

4)燃料价格。天然气3.005元/m3，柴油7500元/t(不包含运费)，重油5400元/吨(不包含运费)。

5)水电价格。水费 4.5元/m3，电费 0.6元/度(110 kV)。

二、燃料和燃烧产物

(一)燃料组成成分与热值

表1、表2列出了柴油、重油和天然气的组成成分和热值。

表1 燃油组成(ω，%)

(二)燃烧反应方程式

天然气中CH4含量96%，如认为天然气成分均为甲烷，则天然气的完全燃烧化学反应方程式为

式中，α为燃料燃烧空气消耗系数;φ为水蒸气冷凝率，φ=1－(9.52α －1)/2(Pg/PS－1)，Pg为烟气压力，PS为水蒸气饱和压力。

烟气中水蒸气冷凝是一个复杂的传热传质过程，烟气主流的水蒸气需穿过浓厚的不凝性气体层，才能到达液膜表面冷凝，因此，实际冷凝率低于理论值。

重油和柴油按其所含元素主要有下列燃烧反应方程式:

(三)燃烧产物

燃烧天然气 α=1.1，燃烧重油 α=1.2，空气含湿量d0=0.012 kg水/kg，从天然气和重油柴油燃烧反应方程式可以得出表3、表4燃烧产物。

从表3、表4烟气组成部分可以看出每GJ(103MJ)燃料燃烧热所发生的烟气中，天然气燃烧产物的水分份额最大，为61.53 m3/GJ，占烟气体积 18.72%，随 α 增加而递减;柴油次之，分别为41.44 m3/GJ和12.22%;重油分别为40.39 m3/GJ和11.88%。可以看出，天然气燃料锅炉SO2排放量很少，CO2排量减少30%，而重油燃料锅炉SO2排放浓度比较高，需要考虑脱硫二次处理烟气。

表2 天然气组成(ψ，%)和工业分析

表3 天然气燃烧产物

表4 燃油燃烧产物

(四)产汽成本

我们按每小时产汽40吨(饱和蒸汽压力为1.25 MPa)产汽量进行估算。

1.燃料成本

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

1)天然气作为燃料

天然气作为燃料时，按天然气锅炉热效率90%计算，所需要天然气量为

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

天然气价格按公网工业价格计算，3.005元/m3，每小时所需要用气成本为10045.2元，每立方米天然气产生蒸汽为12 kg，单吨蒸汽成本为251.1元，

2)重油作为燃料

重油作为燃料时，按燃油锅炉热效率88%计算，所需要重油量为

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

重油价格按5400元/吨(不含运费)计算，每小时所需要用油成本为为16183.2元，每千克重油产蒸汽13.35 kg，单吨蒸汽成本为404.58元。

3)柴油作为燃料

柴油作为燃料时，按燃油锅炉热效率89%计算，所需要重油量为

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

柴油价格按7500元/吨(不含运费)计算，每小时所需要用油成本为为21126.7元，每千克重油产蒸汽14.2 kg，单吨蒸汽成本为528.17元。

2.脱硫及脱硫成本

由于天然气锅炉含硫量几乎为零，也就不存在SO2的脱硫问题，这里重点分析柴油和重油的脱硫成本。

按柴油平均含硫率 Sy=0.25%，SO2密度ρ=2.93，根据表4柴油燃烧后的产物，每立方米烟气中SO2的质量为0.0018(m3/kg)× 2.93(kg/m3)/14.48(m3/kg)=0.36 mg/m3，因此，每立方米烟气中SO2浓度极低，不需要考虑烟气二次脱硫处理。

按重油平均含硫率 Sy=2.5%，SO2密度 ρ=2.93，根据表4重油燃烧后的产物，每立方米烟气中SO2的质量为0.0175(m3/kg)× 2.93(kg/m3)/13.81(m3/kg)=3713 mg/m3，根据国家局行业规定SO2排放浓度≤400 mg/m3，每立方米的最小脱硫量为3713－400=3313 mg，最低脱硫效率89.3%。

根据表4重油燃烧后的产物中，每吨重油燃烧后产生SO2的质量为51 kg，脱硫设备为目前金益公司使用的脱硫效率较高的涡轮增压脱硫装置，根据目前金益公司运行成本估算，每燃烧一吨重油的脱硫剂(NaOH)成本为228元，每吨蒸汽脱硫成本为16.7元。涡轮增压脱硫装置设备投资比较大，至少100万元，而且还存在每年运行维护费用、污水处理费用、人工运行费用等。综合考虑每吨蒸汽脱硫运行成本20元。

3.综合产汽成本分析

燃气锅炉和燃油锅炉的自来水消耗一致，燃油锅炉电力消耗略微稍高一点(燃烧器有雾化装置)，在此这两项的消耗估算没有差距，设备投资基本一致。综合以上分析，直接燃料成本(含脱硫二次处理烟气)，每吨蒸汽成本为:天然气为251.1 元;柴油为528.17 元;重油为 424.58 元［1－2］。

四、小结

1)天然气在重庆地区具有较为丰富的资源优势，是重庆地区工业锅炉的主要燃料，如果不考虑工厂界外管线投资(主供气管网进工厂)，仅仅是厂区管网投资，那投资资金比较小;而且没有环境污染问题，属于完全清洁能源。

2)柴油和重油需要汽车运输至工厂，工厂需要自建油库，安全隐患比较大，而且国内石油供应日趋紧张，市场价格波动比较大，不可控制的因素较多(价格和供应)。而重油作为燃料，由于SO2初始排放比较高，将是我们仍然面对的难题，柴油运行成本最高。附表列出三种燃料锅炉综合比较。

综上所述，考虑到天然气管网检修及受供气紧张影响，建议使用以天然气为主，燃油(柴油)为辅的燃油燃气锅炉。

［1］锅炉房实用设计手册编写组.锅炉房实用设计手册［M］.北京:机械工业出版社，2001.

［2］赵钦新，惠世恩.燃油燃气锅炉［M］.西安:西安交通大学出版社，2000.

附表 燃油、燃气锅炉综合比较