生物质锅炉技术经济评价与分析

2022.06.01

刘圣勇青春耀黄黎陶红歌张舒晴

摘要：采用技术经济的动态分析法，对1 t/h生物质打捆燃料锅炉与生物质成型燃料锅炉进行评价。生物质打捆燃料锅炉投资回收期TP为2.8 a，净现值NPV为23 401元，效益-费用比B/C为1.22，内部收益率IRR为40.13%，在技术经济上是可行的，产业化前景较好。

关键词：生物质燃料锅炉;技术与经济;动态评价

文章编号：1004-7026（2019）24-0019-03 ? ? ? ? 中国图书分类号：TK229.92? ? ? ?文献标志码：A

农村能源资源的生产和利用过程，实质上是一个将生产目的、手段和投入的人力、物力、财力恰当结合与合理运用的过程。这一过程不是一个简单的经济过程，而是一个技术与经济相结合，技术因素与经济因素相互协调、相互综合的过程。技术经济是从经济的角度研究某技术或设备实现的可行性，或寻找相同条件下，不同技术方案的优化，是技术与经济的接口[1-3]。分析一种技术或设备，不仅要分析它的技术可行性还要研究它的经济性。一般来说，技术越先进，经济效益也越高，但也不是绝对的。要作全面、具体分析，还要考虑社会效益、环境效益，把经济、社会、生态效益结合起来。采用技术经济的动态分析法，对研制的生物质打捆燃料锅炉进行技术经济评价，以预测该技术产业化的可行性前景。

1 ?评价方法

1.1 ?技术评价方法

研究对象为生物质打捆燃料锅炉，评价方法主要采用与燃煤锅炉、生物质成型燃料锅炉的各种性能指标相比较，对比分析各自的优劣。评价指标有热效率、燃烧效率、出水量和污染物排放量，并与国家有关锅炉性能及大气污染物排放标准相比较。

1.2 ?经济性评价方法

1.2.1 ?投资回收期

投资回收期Tp（Pay Back Period）是用投资方案所产生的净现金收入回收全部投资所需的时间。投资回收期指标较直观，尤其是静态投资回收期，表明投资需要多少年才能回收，便于投资者衡量风险。投资回收期越小越好，说明能收回成本的时间越短。

1.2.2 ?净现值

净现值NPV（Net Present Value）是方案在寿命期内各年净现金流量按照一定的折现率折现到期初的现值之和。NPV说明最后的收益折合成现值的大小，其值越大越好。

1.2.3 ?效益-费用比

效益-费用比为B/C（Benefit-Cost Ratio），如果方案净效益大于费用，即B/C比大于1，则这个方案在经济上是可以接受的，反之则是不可取的。

1.2.4 ?内部收益率

内部收益率IRR（Internal Rate of Return）是净现值为零时的折现率。设基准收益率为i0，用内部收益率进行技术经济的评价基本准则是：若IRR≥i0时，则项目在经济效果上可以接受;若IRR<i0时，则项目在经济效果上给予否定。

2 ?技术经济评价

2.1 ?技术评价

生物质打捆燃料锅炉设计热负荷为87 kW，进水温度为20 ℃，热水温度为95 ℃，热效率为70%，排烟温度为150 ℃，燃料品种为玉米秸秆打捆燃料。在同等条件下，与原有同容量的生物质成型燃料锅炉、燃煤锅炉，依据国家标准进行热性能及环保指标对比试验[4-9]，试验结果见表1。

从表1可以看出，生物质打捆燃料锅炉在技术性能上有一定优势，不仅热效率和燃烧效率大大增加，排烟中NOx、SO2和烟尘含量符合国家有关锅炉大气物排放环保标准，实现了环境的清洁化。

2.2 ?经济评价

2.2.1 ?效益和费用

本锅炉设计为洗浴用途，每天供200人洗浴，每人1次用水50 kg[10]，共需热水为10 000 kg，但有部分会因蒸发或浪费等造成事实损失，有80%被利用，则共需热水为12 500 kg。每人每次一般为2元，因其中成本与效益较复杂，收益中有员工服务、其他设施因素。经综合分析，从锅炉中收益，每人收益保守估算为0.35元，故每天收益为70元，年收益为21 000元。用水为45 ℃左右时，适合洗澡。燃料产生的热量把水从20 ℃加热到45 ℃，即需把12 500 kg的20 ℃水加热到45 ℃，所需热量为1 312 500 kJ。

（1）燃烧生物質打捆燃料锅炉时，其热效率最高为74.4%，秸秆打捆燃料的热值为15 658 kJ·kg-1，市场价格为200元·t-1，每天需要生物质打捆燃料为113 kg，每天原料费（燃料费）为22.6元，每年费用为6 780元。

（2）燃烧生物质成型燃料锅炉，其热效率为62.78%，每天需要生物质成型燃料的量为134 kg，每天原料费（燃料费）为26.8元，每年费用为8 040元。

（3）燃煤锅炉，其热效率为60%，煤为鹤壁无烟煤，热值为25 200 kJ·kg-1，市场价格为250元·t-1，每天需煤87 kg，每天需要原料费（燃料费）为21.75元，每年所需费用为6 525元。

2.2.2 ?经济评价

经济评价的成本主要包括固定资产投入和运行费。固定资产投入费用主要包括设备及建设费用。该锅炉成本为10 000元，安装与土建费为5 000元。运行费用包括原料费、电费、工人工资和设备维修费。该设备结构简单，一人就可以操作，年工资为6 000元，年维修费为200元。电机功率为1 500 W，每天工作8 h，电价为0.5元·（kW·h）-1，每年按300 d工作，每年电费为1 800元，其费用见表2，企业年现金流量见表3。

运用技术经济的动态分析法可得以上3种锅炉的经济分析结果如下。

（1）生物质打捆燃料锅炉B/C=1.22>1，净现值NPV=23 401元，投资回收期T=2.8 a，内部收益率IRR为40.13%。综合以上4个指标分析，在经济上是可行的。

（2）生物质成型燃料锅炉B/C=1.14，净现值NPV=15 632元，回收期T=3.6 a，IRR=31.08%。虽在经济上是可行的，但劣于生物质打捆燃料锅炉。

（3）燃煤锅炉B/C=1.24，净现值NPV=26 762元，回收期T=2.63 a，IRR=44.27%。虽在经济上是可行的，但污染环境严重。

2.2.3 ?敏感性分析

分析该锅炉的费用效益可以发现，锅炉价格、燃料费、电费、劳动力费用、安装与土建费是主要的变动因素。因此，在敏感性分析中，把这几个主要因素作为不确定因素，以内部收益率为分析指标进行敏感性分析。对以上5个变量分别按±20%的变动幅度，计算出成本效益和内部收益率的相应变化，从中找出敏感性因素。

以生物质打捆燃料锅炉为主要研究对象，生物质成型燃料锅炉、燃煤锅炉的分析方法与生物质打捆燃料锅炉一样。由生物质打捆燃料锅炉敏感性分析结果可见，影响敏感性主要因素依次为打捆燃料的价格、劳动力价格、锅炉价格、电费、安装与土建费。生物质打捆燃料价格是主要影响因素。要降低成本，必须对生物质打捆技术和设备开展进一步研究。

3 ?结论

（1）这种生物质打捆锅炉在技术上取得一定的进展。从表1可以看出，热效率最高为74.4%，燃烧效率为98.16%，各种污染排放物符合国家环保标准要求，工质参数达到了设计要求。随着化石燃料能源价格上涨和科研人员对生物质打捆燃料锅炉技术的进一步研究，这种锅炉将会占有一定的市场。

（2）运用技术经济学对锅炉分析得出：这种生物质打捆锅炉总投资为15 000元，投资回收期为2.8 a;净现值为23 401元，符合投资要求;效益-费用比为1.22，大于1，内部收益率为40.13%，远大于当前社会贴现率，该设备在经济上是可行的。与燃煤锅炉相比，燃煤在價格上具有一定优势。随着化石能源价格上涨和国家环保要求提高，生物质打捆燃料锅炉的优势将越来越明显。

（3）从表1可知，生物质打捆锅炉烟尘含量低于生物质成型燃料锅炉，排烟中烟尘含量、SO2和NOx符合锅炉大气污染物排放标准。生物质打捆锅炉可实现烟尘、SO2和NOx减排，减少环境污染，符合使用清洁能源的要求。

参考文献：

[1]全国农村能源规划编写组.全国农村能源区域规划[M].北京：中国计量出版社，1990.

[2]吴添祖，虞晓分，恭建立，等.技术经济学概论[M].北京：高等教育出版社，1998.

[3]张百良.农村能源技术经济及管理[M].北京：中国农业出版社，1995.

[4]锅炉大气污染物排放标准：GB/T 13271—2014[S].北京：国家标准出版社，2014.

[5]燃煤工业锅炉节能监测：GB/T 15317—2009[S].北京：国家标准出版社，2009.

[6]刘圣勇.生物质成型燃料燃烧设备研制及试验研究[D].郑州：河南农业大学，2003.

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[8]Lu J， Liu S Y， Zhang p， et al. Experiment and simulation of biomass suspended combustion boiler [C]// Proceedings of International Conference on Computers and Industrial Engineering （CIE48）， Auckland， New Zealand， December 2-5，2018.

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