瞿 立，蘇小林，徐志強(qiáng)，何新建

（湖北大峪口化工有限責(zé)任公司，湖北荊門(mén) 431910）

0 引言

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，各地在積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召進(jìn)行能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，“煤改氣”成為熱門(mén)發(fā)展方向[1]。但是，目前絕大多數(shù)復(fù)合肥裝置干燥系統(tǒng)仍然采用燃煤熱風(fēng)爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔獠⒘鞲稍锕に?，僅有少數(shù)企業(yè)進(jìn)行了燃?xì)鉅t改造。燃煤熱風(fēng)爐技改燃?xì)鉅t的技術(shù)非常成熟，運(yùn)行也更加穩(wěn)定，制約企業(yè)改造進(jìn)展的主要因素是經(jīng)濟(jì)性影響。

1 煤改氣的優(yōu)勢(shì)概述

復(fù)合肥裝置干燥系統(tǒng)采用接觸式并流干燥，其燃煤熱風(fēng)爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔獠豢杀苊獾貛胍欢w灰、二氧化硫和氮氧化物。雖然后續(xù)除塵和濕法洗滌會(huì)去除掉絕大部分污染物，但隨著國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的趨于嚴(yán)格，企業(yè)的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)增加，倒逼制造企業(yè)不得不進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，從源頭上控制熱風(fēng)爐大氣污染物的排放[1]。玉白色復(fù)合肥產(chǎn)品對(duì)外觀(guān)顏色要求非常高，燃煤熱風(fēng)爐產(chǎn)生的煤灰（由于含有殘?zhí)?，呈灰白色）隨著高溫?zé)煔膺M(jìn)入干燥系統(tǒng)，既影響產(chǎn)品顏色，又對(duì)產(chǎn)品總養(yǎng)分有一定的影響。另外，隨著“水肥一體化”的推進(jìn)，對(duì)復(fù)合肥的水溶性要求也越來(lái)越高，而燃煤飛灰不僅增加了復(fù)合肥的水不溶物含量，還增加了滴灌噴頭堵塞的概率。所以，技改燃?xì)鉅t除了清潔環(huán)保、排放尾氣大氣污染物含量低以外，還具以下特點(diǎn)：①操作方便，節(jié)省熱風(fēng)爐操作人工和維修費(fèi)用；②杜絕飛灰，對(duì)淺色磷復(fù)肥產(chǎn)品的顏色和水溶性有改善作用；③能效高，減少溫室氣體排放。

2 投資分析

某磷復(fù)肥公司能源消耗結(jié)構(gòu)中，除了電力主要是使用燃煤和柴油。其中，使用燃煤的主要是3 套磷復(fù)肥裝置的3 臺(tái)燃煤熱風(fēng)爐和公用工程的3 臺(tái)備用燃煤鍋爐；使用柴油的主要是3 套硫酸裝置系統(tǒng)預(yù)熱和熱吹。經(jīng)核計(jì)，可以進(jìn)行天然氣改造的加熱設(shè)備共計(jì)有5 個(gè)類(lèi)型、11 處用氣點(diǎn)，其中最有技改潛力的為一期復(fù)合肥裝置熱風(fēng)爐。本文以燃煤熱風(fēng)爐技改燃?xì)鉅t進(jìn)行相關(guān)經(jīng)濟(jì)性分析。

2.1 建設(shè)方案

按相關(guān)規(guī)定及行業(yè)一般做法，廠(chǎng)區(qū)內(nèi)燃?xì)庠O(shè)施投資由該磷復(fù)肥公司負(fù)責(zé)，燃?xì)夤矩?fù)責(zé)設(shè)計(jì)、建設(shè)，產(chǎn)權(quán)歸磷復(fù)肥公司；廠(chǎng)區(qū)外（圍墻外）由燃?xì)夤矩?fù)責(zé)投資建設(shè)。經(jīng)過(guò)多次優(yōu)化路線(xiàn)及設(shè)計(jì)，管線(xiàn)接入點(diǎn)為公司東側(cè)院墻外。主管線(xiàn)采用De315、PE100的PE 管，可以滿(mǎn)足后續(xù)其他天然氣技改的增加需求。

一期復(fù)合肥裝置設(shè)計(jì)為350 kt/a 傳統(tǒng)法磷酸二銨或500 kt/a氨酸法復(fù)合肥，熱風(fēng)爐系統(tǒng)采用鏈排式燃煤熱風(fēng)爐，有附屬鼓風(fēng)機(jī)、上煤機(jī)、配風(fēng)室、重力沉降室、配風(fēng)機(jī)、除渣機(jī)等。建設(shè)方案為拆除現(xiàn)燃煤熱風(fēng)爐及附屬設(shè)備，原址新增燃?xì)鉄犸L(fēng)爐。該裝置實(shí)際磷酸二銨產(chǎn)能超過(guò)400 kt/a，而復(fù)合肥產(chǎn)品由于批量少、轉(zhuǎn)產(chǎn)頻繁，實(shí)際生產(chǎn)負(fù)荷與磷酸二銨相當(dāng)，所以新增燃?xì)鉄犸L(fēng)爐按400 kt/a 磷復(fù)肥產(chǎn)品計(jì)算，設(shè)備選型增加15%富余量。

2.2 投資情況

根據(jù)初步方案，一期復(fù)合肥裝置燃?xì)鉅t改造管道安裝工程（包括廠(chǎng)區(qū)燃?xì)夤艿?、?jì)量調(diào)壓設(shè)施等）預(yù)算為66.86 萬(wàn)元，具體預(yù)算明細(xì)見(jiàn)表1。

表1 改造管道安裝工程預(yù)算

根據(jù)裝置工藝特點(diǎn)核算所需供熱量并選擇合適的燃?xì)鉅t，具體計(jì)算過(guò)程和選擇參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 供熱量計(jì)算

表2 中燃煤熱風(fēng)爐熱效率是一個(gè)重要參數(shù)。參考國(guó)標(biāo)GB/T 15317—2009《燃煤工業(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)測(cè)》、JB/T 6672—2011《燃煤熱風(fēng)爐》、JB/T 6672.1—2001《燃煤熱風(fēng)爐技術(shù)條件》相關(guān)要求，并結(jié)合裝置熱風(fēng)爐的燃燒殘?zhí)悸蕦?shí)測(cè)值、爐體外墻溫度等情況，取60%。按照等價(jià)熱值的方法進(jìn)行計(jì)算[2]，年供熱量為1.272×1010kcal/a（1 kcal=4.184 kJ），折合小時(shí)供熱量為177×104kcal/h，設(shè)備選型增加15%富余量，并根據(jù)市場(chǎng)供貨標(biāo)準(zhǔn)，選擇供熱量為220×104kcal/h 的燃?xì)鉅t。通過(guò)市場(chǎng)詢(xún)價(jià)，該設(shè)備占地面積為3 m×2.5 m×2.8 m，設(shè)備購(gòu)置16.8 萬(wàn)元，設(shè)備安裝工程15 萬(wàn)元。加上前述管道安裝工程66.86 萬(wàn)元，合計(jì)投資98.66 萬(wàn)元。

3 經(jīng)濟(jì)性分析

3.1 運(yùn)行成本增加

一期復(fù)合肥裝置按400 kt/a 磷復(fù)肥進(jìn)行測(cè)算，燃煤熱風(fēng)爐年運(yùn)行費(fèi)用（燃煤成本）320 萬(wàn)元，燃?xì)鉅t年運(yùn)行費(fèi)用（天然氣成本）613 萬(wàn)元，技改燃?xì)鉅t后年增加燃料費(fèi)用293 萬(wàn)元。技改燃?xì)鉅t后，取消連續(xù)運(yùn)行的燃燒風(fēng)機(jī)（額定功率15 kW）、除渣機(jī)（額定功率2.2 kW）、爐排電機(jī)（額定功率1.1 kW）和間歇運(yùn)行的上煤機(jī)（額定功率2.2 kW）等，按實(shí)際運(yùn)行功率18 kW、電價(jià)0.72 元/（kW·h）、年運(yùn)行300 d 計(jì)算，年節(jié)電效益9.33 萬(wàn)元。合計(jì)增加運(yùn)行費(fèi)用283.7 萬(wàn)元。

3.2 節(jié)約人工成本和維保成本

燃?xì)鉅t運(yùn)行平穩(wěn)、操作方便、開(kāi)停車(chē)迅速、智能化程度高，相關(guān)監(jiān)控和操作均引入DCS 集散控制系統(tǒng)，由中控崗位負(fù)責(zé)操作，固料崗位負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)巡檢；燃煤熱風(fēng)爐需要設(shè)置熱風(fēng)爐崗位，負(fù)責(zé)上煤、除渣、清灰、破焦、記錄和巡檢等司爐操作。技改燃?xì)鉅t后取消熱風(fēng)崗位，按四班三運(yùn)行和5 萬(wàn)元/（人·年）計(jì)算，裝置年節(jié)約人工成本20 萬(wàn)元。

由于復(fù)合肥生產(chǎn)批量較小、裝置轉(zhuǎn)產(chǎn)頻繁，燃煤熱風(fēng)爐頻繁開(kāi)停車(chē)、烘爐、升溫、壓火等操作，且運(yùn)轉(zhuǎn)部件多、溫差大、燃煤品質(zhì)不穩(wěn)定，造成熱風(fēng)爐維保費(fèi)用居高不下。據(jù)統(tǒng)計(jì)，裝置熱風(fēng)爐平均年維修費(fèi)用（包括機(jī)械維修費(fèi)、電儀維修費(fèi)、外委維修費(fèi)等）10 萬(wàn)元，還不包括因設(shè)備故障造成的裝置停產(chǎn)間接損失。裝置技改燃?xì)鉅t節(jié)約維修費(fèi)用10 萬(wàn)元以上。

3.3 節(jié)能低碳效益

按400 kt/a 磷復(fù)肥產(chǎn)量進(jìn)行測(cè)算，燃煤熱風(fēng)爐年耗煤4000 t，折標(biāo)煤4000×0.714 3=2857 tce（tce 表示噸標(biāo)準(zhǔn)煤）；燃?xì)鉅t年耗氣1.61×106Nm3，折標(biāo)煤1.61×106×12.143×10-4=1959 tce。所以技改后年節(jié)能898 t 標(biāo)準(zhǔn)煤，為企業(yè)完成地方政府下發(fā)的節(jié)能雙控目標(biāo)作出較大貢獻(xiàn)[3]。

裝置燃煤熱風(fēng)爐年耗煤4000 t，按照《湖北省工業(yè)企業(yè)溫室氣體排放監(jiān)測(cè)量化和報(bào)告指南（試行）》中排放因子法計(jì)算碳排放量：

碳排放量=燃料量×凈熱值×排放因子×氧化因子=4000×5300×4.187×100 467×10-9×90%=8026.1 t 二氧化碳（CO2）。其中，5300 kcal/kg 為燃煤低位發(fā)熱量實(shí)測(cè)值，90%為碳氧化因子，排放因子為《湖北省工業(yè)企業(yè)溫室氣體排放監(jiān)測(cè)量化和報(bào)告指南（試行）》附表推薦值。

燃?xì)鉅t年耗天然氣1.61×106Nm3，計(jì)算碳排放量=1.61×106×8300×4.187×56 100×10-9×10-3×99%=3113.6 t 二氧化碳。其中，8300 kcal/Nm3為天然氣的低位發(fā)熱量，排放因子和氧化因子為《湖北省工業(yè)企業(yè)溫室氣體排放監(jiān)測(cè)量化和報(bào)告指南（試行）》附表推薦值。

所以，技改后每年可以減少二氧化碳排放量8026.1-3113.6=4912.5 t，按目前湖北碳排放權(quán)交易市場(chǎng)最低30 元/t 二氧化碳市價(jià)計(jì)算，年減碳效益為14.74 萬(wàn)元。

3.4 其他效益

由于燃煤燃燒不完全，造成飛灰隨著接觸式干燥進(jìn)入化肥顆粒，在玉白色的復(fù)合肥顆粒表面形成小黑點(diǎn)，既影響產(chǎn)品外觀(guān)顏色，也影響產(chǎn)品內(nèi)在養(yǎng)分。飛灰進(jìn)入化肥顆粒還會(huì)增加產(chǎn)品的水不溶物含量，對(duì)采用滴灌、噴灌和漫灌等水肥一體化施肥的溶解槽、毛細(xì)管、噴頭會(huì)造成一定負(fù)面影響[4]。技改燃?xì)鉅t，可以杜絕燃煤飛灰進(jìn)入化肥顆粒，改善產(chǎn)品外觀(guān)顏色和降低水不溶物含量，質(zhì)量效益顯著。另外，將傳統(tǒng)燃煤熱風(fēng)爐技改為燃?xì)鉅t，可以有效減少顆粒物、二氧化硫、氮氧化物等排放，環(huán)保效益較好。

4 結(jié)論

將400 kt/a 磷復(fù)肥裝置燃煤熱風(fēng)爐技改燃?xì)鉅t，增加資本性投資98.66 萬(wàn)元，增加運(yùn)行成本283.7 萬(wàn)元，減少人工、維修費(fèi)和產(chǎn)生低碳效益44.7 萬(wàn)元，整體直接效益為-239萬(wàn)元，折噸產(chǎn)品效益-5.98 元。但是由于能夠改善產(chǎn)品外觀(guān)質(zhì)量、降低水不溶物含量、減少污染物排放，有較好的質(zhì)量效益和環(huán)保效益，如果企業(yè)評(píng)估認(rèn)為間接效益大于6 元/t，則可以大膽推行實(shí)施將復(fù)合肥裝置燃煤熱風(fēng)爐技改為燃?xì)鉅t的方案。