邵帥,曹有為,李欣,奚嘉強(qiáng)
(東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱150040)
摘要:開發(fā)利用現(xiàn)有的生物質(zhì)資源,既是能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迫切需要,也是實(shí)施可持續(xù)發(fā)展的需要。介紹了生物質(zhì)鍋爐的分類,生物質(zhì)燃料同傳統(tǒng)化石燃料在熱值上的差別,通過對燃生物質(zhì)鍋爐與燃傳統(tǒng)化石燃料(煤、重油、柴油、天然氣等)鍋爐的熱效率與經(jīng)濟(jì)性對比分析,生物質(zhì)鍋爐經(jīng)濟(jì)性僅次于燃煤鍋爐,但節(jié)能減排效益巨大,并對燃生物質(zhì)鍋爐在經(jīng)濟(jì)性方面的優(yōu)勢做出了總結(jié)。
鍋爐是一種重要的以燃料燃燒為核心的能源轉(zhuǎn)化裝置,以煤、油、氣為代表的傳統(tǒng)化石燃料一直是鍋爐燃燒的主要燃料[1]。據(jù)統(tǒng)計,燃煤鍋爐占工業(yè)鍋爐的65.7%,燃油(氣)鍋爐占工業(yè)鍋爐的26.7%,而其他燃料鍋爐則僅占7.6%。隨著我國目前對污染治理和環(huán)境保護(hù)工作的日益重視,以及城市環(huán)保政策的不斷實(shí)施,在城市中心區(qū)和一些對環(huán)境要求比較嚴(yán)格的地區(qū)燃煤、燃油、燃?xì)忮仩t的數(shù)量正在不斷減少,電加熱鍋爐的數(shù)量在不斷提升,且上述幾種鍋爐還伴隨有燃料運(yùn)行成本高、設(shè)備投資較大等問題。于是在此背景下,既滿足環(huán)保排放,不對環(huán)境保護(hù)治理造成過大壓力,運(yùn)行成本又相對較低的燃生物質(zhì)油鍋爐,在鍋爐行業(yè)中所占的比重越來越大。本文主要對燃生物質(zhì)鍋爐和生物質(zhì)燃料的特性做了簡要介紹,并分析了燃生物質(zhì)鍋爐對比燃傳統(tǒng)化石燃料鍋爐在經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)勢。
1生物質(zhì)鍋爐及分類
生物質(zhì)鍋爐是以生物質(zhì)燃料為燃料的鍋爐。生物質(zhì)鍋爐可以分為臥式生物質(zhì)鍋爐、立式生物質(zhì)鍋爐、生物質(zhì)燃?xì)鈱?dǎo)熱油爐、生物質(zhì)蒸汽鍋爐、生物質(zhì)熱水鍋爐、生物質(zhì)導(dǎo)熱油爐等幾種[2]。按照其用途,生物質(zhì)鍋爐又可以分為生物質(zhì)熱能鍋爐和生物質(zhì)電能鍋爐兩大類,其中前者又可以分為小型、中型以及大型三種類型。生物質(zhì)熱能鍋爐和生物質(zhì)電能鍋爐的工作原理基本上相同,都是通過燃燒生物質(zhì)燃料來獲取能量,不同的是生物質(zhì)熱能鍋爐是直接獲取熱能,而生物質(zhì)電能鍋爐則是將獲得的熱能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成了電能。
2生物質(zhì)燃料與傳統(tǒng)化石燃料的熱值
生物質(zhì)燃料是以生物質(zhì)材料作為燃燒燃料,主要包括秸稈、鋸末、樹皮、果殼等農(nóng)林廢棄物,一般是顆粒狀、塊狀或者棒狀等類型[3]。
2.1生物質(zhì)燃料的熱值
以秸稈、木材剩余物、果殼等幾種典型農(nóng)林廢棄物為代表的生物質(zhì)燃料的熱值見表1。

經(jīng)計算,上表所列典型生物質(zhì)燃料熱值的平均值為17.35MJ/kg。
知1卡(cal)約為4.2焦耳(J),故本文用于計算的生物質(zhì)燃料熱值為:17.35×1000÷4.2=4131Kcal/kg
2.2煤、重油、天然氣等燃料的熱值
由國家標(biāo)準(zhǔn)總局公布的全國主要能源折算表可知原煤、重油、柴油、天然氣、等幾種傳統(tǒng)化石燃料以及電力的熱值,幾種主要能源的熱值見表2。

3燃生物質(zhì)鍋爐與燃傳統(tǒng)化石燃料爐的經(jīng)濟(jì)性對比
3.1不同鍋爐的熱效率
國家市場監(jiān)督管理局、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會在2020年5月29發(fā)布,將在2021年6月1日實(shí)施的《工業(yè)鍋爐能效限定值及能效等級》(GB24500-2020)中有規(guī)定鍋爐的能效等級分為1、2、3級,其中1級能效最高,在滿足工業(yè)鍋爐初始排放濃度要求的前提下,各等級工業(yè)鍋爐在額定工況下的熱效率值均應(yīng)不低于規(guī)定值[4]。
本文計算以能效等級為3級(工業(yè)鍋爐最低能效等級)、蒸發(fā)量在20t/h以下的鍋爐為例來進(jìn)行不同燃料鍋爐的經(jīng)濟(jì)性對比分析。不同燃料鍋爐熱效率見表3。

3.2經(jīng)濟(jì)性對比
(1)以20t/h的熱水鍋爐為例,計算20t熱水從0℃加熱到60℃(升溫60℃)所需的燃料成本。1kg水升溫1℃所需熱量:
Q=cmΔt=4.2×103J/Kg·℃×1kg×1℃=4.2×103J
1卡(cal)約為4.2焦耳(J),故1kg水升溫1℃需要1000卡(cal)即1大卡(Kcal)熱量。20t水升溫60℃所需熱量:
20×1000×60×1=1200000Kcal
(2)生物質(zhì)燃料的熱值為4131Kcal/kg,燃生物質(zhì)鍋爐的熱效率是80%,所以1kg生物質(zhì)燃料燃燒實(shí)際提供的熱量是4131×80%=3304.8Kcal。目前生物質(zhì)固體成型燃料的平均價格是800元/噸,故用燃生物質(zhì)鍋爐將20t水從0℃加熱到60℃需要:1200000÷3304.8×0.8=290元。
3.2.1與燃煤鍋爐相比
煤的熱值為5000Kcal/kg,燃煤鍋爐的熱效率為80%,所以1kg煤燃燒實(shí)際提供的熱量是5000×80%=4000Kcal。目前煤燃料的平均價格是650元/噸,故用燃煤鍋爐將20t熱水從0℃加熱到60℃需:
1200000÷4000×0.8=195元
燃煤鍋爐較燃生物質(zhì)鍋爐節(jié)省了95元。
3.2.2與燃重油鍋爐相比
重油的熱值是10000Kcal/kg,燃重油鍋爐的熱效率是90%,所以1kg重油實(shí)際燃燒提供的熱量是10000×90%=9000Kcal。目前重油燃料的平均價格是4000元/噸,故用燃重油鍋爐將20t熱水從0℃加熱到60℃需:
1200000÷9000×4=533元
燃生物質(zhì)鍋爐較燃重油鍋爐節(jié)省了243元。
3.2.3與燃柴油鍋爐相比
柴油的熱值為10100Kcal/kg,燃煤鍋爐的熱效率為90%,所以1kg柴油燃燒實(shí)際提供的熱量是10100×90%=9090Kcal。目前煤燃料的平均價格是6500元/噸,故用燃柴油鍋爐將20t熱水從0℃加熱到60℃需:
1200000÷9090×6.5=858元
燃生物質(zhì)鍋爐較燃柴油鍋爐節(jié)省了568元。
3.2.4與燃天然氣鍋爐相比
天然氣的熱值為8500Kcal/m³,燃天然氣鍋爐的熱效率為92%,所以1m³天然氣燃燒實(shí)際提供的熱量是8500×92%=7820Kcal。目前天然氣的平均價格是3.6元/平方米,故用燃天然氣鍋爐將20t熱水從0℃加熱到60℃需:
1200000÷7820×3.6=552元
燃生物質(zhì)鍋爐較燃天然氣鍋爐節(jié)省了262元。
3.2.5與燃液化石油氣鍋爐相比
液化石油氣的熱值為12000Kcal/kg,燃液化石油氣鍋爐的熱效率為92%,所以1kg液化石油氣燃燒實(shí)際提供的熱量是12000×92%=11040Kcal。
目前液化石油氣燃料的平均價格是4200元/噸,故用燃液化石油氣鍋爐將20t熱水從0℃加熱到60℃需:
1200000÷11040×4.2=457元
燃生物質(zhì)鍋爐較燃液化石油氣鍋爐節(jié)省了167元。
3.2.6與電加熱爐相比
電的熱值為860大卡/度,電加熱爐的熱效率為97%,所以消耗1度電實(shí)際提供的熱量是860×97%=834.2Kcal。目前電的平均價格是1元/度,故用電加熱鍋爐將20t熱水從0℃加熱到60℃需:
1200000÷834.2×1=1439元
燃生物質(zhì)鍋爐較電加熱鍋爐節(jié)省了1149元。
4結(jié)束語
從上述分析可以看出:在提供相同熱量的情況下,除了燃煤鍋爐耗費(fèi)的燃料費(fèi)比燃生物質(zhì)鍋爐低,其余燃重油、燃柴油、燃天然氣、燃液化石油氣以及電加熱爐的燃料費(fèi)用都比燃生物質(zhì)鍋爐高,其中又以電加熱爐燃料費(fèi)最高。
長期以來,由于電力、燃油燃料的成本過高、天然氣供應(yīng)短缺以及管道建設(shè)不完全等原因,限制了燃油、燃?xì)庖约半娂訜釥t的發(fā)展,使得燃煤鍋爐在工業(yè)鍋爐的使用中一直占有較大的比重,但隨著我國對環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排等方面的愈加重視,燃煤鍋爐越來越不能適應(yīng)環(huán)保的要求。因此,綠色環(huán)保且具有顯著的節(jié)能減排效益和經(jīng)濟(jì)效益的生物質(zhì)鍋爐必然會有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
參考文獻(xiàn):
[1]趙欽新,王云剛,梁志遠(yuǎn),等.工業(yè)鍋爐行業(yè)應(yīng)對變局的創(chuàng)新思維和實(shí)踐[J].工業(yè)鍋爐,2021(1):1-14.
[2]武文璇,李寒松,李青,等.生物質(zhì)鍋爐的發(fā)展現(xiàn)狀及農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程,2018,56(3):81-84.
[3]張百良,任天寶,徐桂轉(zhuǎn),等.中國固體生物質(zhì)成型燃料標(biāo)準(zhǔn)體系[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2010,26(2):257-262.
[4]GB24500-2020,工業(yè)鍋爐能效限定值及能效等級[S]. |