在转变经济发展方式，推动清洁能源和绿色发展的大趋势下，社会各界极力倡导治污降霾、节能减排，而天然气作为经济、高效、清洁的能源，走在低碳经济道路的前端，社会地位日益突出。与此同时，煤炭作为我国目前主供能源，占一次能源消费比重达70%，而燃煤锅炉的数量约占锅炉总数的83%[1]，但其热炉效率较低，资源浪费严重，排放的大量烟尘、灰分、SO2 和NOx 等正是大气污染的主要源头。为此，在全国范围内开展集中治理燃煤污染的排放，大力限制燃煤锅炉的使用，甚至淘汰20 蒸吨以下小型燃煤锅炉，鼓励并支持企业将燃煤锅炉更换为燃气锅炉，或进行“煤改气”技术改造升级。在燃煤锅炉拆改过程中，合理利用合同能源管理(EMC)模式有效地改变了我国传统的燃煤锅炉能源管理方法和使用模式，以其减少的耗能费用来支付节能项目的全部成本，用能单位和节能服务公司也可从中分享效益，由此产生的环保效益、社会效益更是不可小觑。
1、锅炉煤改气市场展望
我国是一个产煤大国，煤炭在我国的一次能源消费结构中所占的比重达70%左右，而燃煤锅炉约占锅炉总数的83%，煤烟污染严重。从环保的角度出发，为持续改善空气质量，保障人民群众身心健康，坚持走可持续发展的道路，煤烟污染的防治刻不容缓。锅炉“煤改气”项目是我国“十二五”规划的重点工程之一，也是治理煤烟污染最为便捷有效的途径。
以陕西省西安市为例，据初步统计，西安市共有燃煤锅炉862 台，其中主城区20 蒸吨以下的小型锅炉248 台，其工艺设施落后，造成的污染极其严重。按照陕西省“治污降霾˙ 保卫蓝天”行动计划(2013 年)，全面推进二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、挥发性有机物(VOCS)等多种污染物的协同控制，计划2013 年关中城市PM10 年均浓度同比下降6.5%、NO2 年均浓度同比下降5%、SO2 年均浓度零增长、降尘年均强度同比下降4.2%，西安市PM2.5 年均浓度同比下降5 g/m3;陕北城市PM10 年均浓度同比下降1%、NO2 年均浓度同比下降10%、SO2 年均浓度同比下降3.5%、降尘年均强度零增长;陕南地区所有指标继续保持达到国家二级新标准要求[2]。西安市委、市政府印发的〔西安市“治污降霾”工作实施方案(2013 年)〕，要求全市范围内除集中供热设施外禁止新建任何燃煤锅炉，并要求2013 年10 月底前，完成350 台20 蒸吨以下燃煤锅炉的拆改，完成主城区100 台驻军单位燃煤锅炉拆改等;2014 年年底前，完成主城区所有20 蒸吨以下燃煤锅炉的拆改，并对西郊热电厂热力公司等33 台20 蒸吨以上污染物排放量较大的燃煤锅炉完成改造。
在国家利好政策指引下，无论是对于用能单位、能源供给企业，还是对能源服务公司，以及相关设备供应商，锅炉“煤改气”市场前景良好。通过各企业的相互配合，密切协作达到利益共享的同时，又能够创造出更多的社会价值，为环境保护做出贡献。
2、燃煤锅炉与燃气锅炉的差异
由于燃烧介质的不同，两者在燃烧方式、燃烧产物、通风方式、锅炉的热惯性及自动化程度等方面有明显区别[3-5]。通常，燃煤锅炉采用层燃燃烧，而燃气锅炉采用室燃燃烧，炉膛温度高于层燃火床温度。由于煤炭不能够充分燃烧且炉渣常常附带有较高余温而浪费热量，导致燃煤锅炉的热炉效率较低。煤炭在燃烧后放出热量的同时又排放出大量的烟尘、SO2 和NOx等有害物质，严重污染大气环境。天然气燃烧产物中SO2 等污染物的排放量极少。天然气燃烧排放的CO2量仅为标煤产生量的44%左右。
通常情况下，燃煤锅炉在燃烧过程中需要大量空气而采用负压通风，炉墙和烟道漏风问题严重，使得烟气出口的过量空气系数高达2.1~2.5，热炉效率仅55%。燃气锅炉采用内燃结构微正压燃烧，在燃烧器内空气能较好的与天然气混合，充分燃烧，无漏风现象，过量空气系数仅为1.05~1.2，热炉效率高达93%。由于燃烧方式不同，燃煤锅炉炉膛内常常存在大量未燃尽的燃料，热能利用不充分，锅炉负荷调节滞后，自控难度较大，而燃气锅炉受热惯性影响较小，实现自控相对容易，节约管理成本，提高燃料利用率。
以西安市某高校的3 台额定蒸发量为10 t 的锅炉系统改造为例，将其每年4 个月采暖期内的主要技术指标进行对比。对于用能单位而言，额定蒸发量相同的两种类型的锅炉，燃气锅炉的热炉效率明显高于燃煤锅炉，且燃料热值大(表1)。在每年相同供热需求的前提下，燃煤锅炉排放大量的CO2、SO2 以及有害烟尘，造成严重的大气污染，为此用能单位需要支付高昂的环保费，并且用于锅炉日常清理保养的费用较高，人力成本的投入更是燃气锅炉的4 倍，而燃料费用过高是造成锅炉“煤改气”项目整体费用较大的主要原因。然而，通过多途径、多渠道、多手段，合理规避分担费用，可以使“煤改气”项目全面快速开展。
3、燃煤锅炉拆改过程中常见问题
3.1 手续繁琐，投资大，施工周期长
对于用能单位而言，锅炉“煤改气”项目的实施需要多方支持，需要办理政府有关部门的审批手续，寻求设备成套商的技术支持，协调燃料供应企业的气量指标等。大量的前期准备工作常常需要用能单位承担，项目前期投资大，风险高，并且项目施工进展缓慢，由于种种原因使得施工效率较低，施工周期长，无形中增加了项目的时间和资金投入。
3.2 相关技术保障滞后
目前大多数用能单位在管理制度和供热设备及技术上还普遍存在弊端[6-7]。①管理体制落后，锅炉“煤改气”之后许多企业仍沿用原来的粗放型管理模式，锅炉运行人员素质参差不齐，节能环保意识淡薄，缺乏科学、专业的能源管理经验。②配套管网设备陈旧，对于部分企业而言，节能改造仅仅是拆改锅炉主体，并未考虑其附属设施的升级改造，从而造成整个系统热效率低下，跑冒滴漏频发，能源浪费现象严重。③控制系统落后，虽进行了锅炉系统改造，却忽视了日常运行的科学化管理，没有能够把管网节能纳入前期的改造工作中，未能有效进行合理放热和有控放热。
3.3燃料成本大，运行费用高
从以前的改造经验来看，在燃煤锅炉拆改过程中，用能单位面临的首要问题就是燃料成本过大。由于燃烧介质的不同，造成锅炉“煤改气”之后燃料费用、运行费用大幅增加，供热费用几乎成为用能单位的主要支出[8]。燃煤锅炉的年耗燃料费用约占其总费用的70%左右，燃气锅炉则约占95%以上( 表1)。寻求科学的手段降低燃气锅炉的燃料成本，是用能单位在“煤改气”过程中的唯一出路。
4、EMC 在锅炉拆改中的应用与分析
4.1 合同能源管理模式对比分析
合同能源管理(EMC)是一种新型的市场化节能管理机制(图1)，其实质是：一种以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的节能投资方式。允许客户用未来的节能收益为工厂和设备升级，以及降低其目前的运行成本。由节能服务公司和用能单位签订能源管理合同，用以承诺节能项目的节能效益，或以承包整体能源费用的方式为用能单位提供节能服务。
在传统的节能改造项目中，所有风险和收益均由实施节能投资的单位来承担，然而在合同能源管理模式下，通常不要求用能单位自身对节能项目进行前期的大笔投资。一般情况下，根据节能效益分享方式的不同，EMC 模式主要分为4 种类型。
节能效益分享型：节能改造项目的前期投入由节能服务公司支付，用能单位无需投入资金，项目完成后，用能单位在一定的合同期内，按比例(一般3：7)与节能服务公司分享项目产生的节能效益。但是在推广过程中遇到较多问题，常常是项目改造完成后，节能服务公司无法依据合同分享节能效益，资金回收困难。
节能量保证型：节能改造项目的全部投入由节能服务先期提供，用能单位无需投入资金，待项目完成后，经过双方验收达到合同规定的节能量后，用能单位支付节能改造项目的工程费用，若未能达到承诺的效益，则节能服务公司向用户进行补偿。但由于此类合同中还涉及节能服务公司的服务费，通常服务费是工程费的25%~40%左右，部分用能单位因费用过高而无法接受该部分费用。
运行服务型：在项目前期，用能单位无需投入资金，待项目完成后，在一定的合同期内，节能服务公司全面负责节能项目的运行和管理，用能单位需支付一定的运行服务费用，合同期结束后，项目移交给用能单位。在这种情况下，合同期相对较长，由于用能单位不能及时从改造项目中获得节能效益，使其与节能服务公司难以长期达成共识。
节能效益支付型：用能单位委托节能服务公司进行节能项目改造，并先期支付一定比例的节能项目工程投资，待项目完成后，经过双方验收并达到合同规定的节能量时，用能单位支付尾款，或采用节能效益支付，通过对节能项目进行能源费用的托管，来收回节能服务公司的前期节能投资。此类合同模型可以合理规避双方风险及业务冲突，并且能够有效地回收资金，具有一定的推广价值。
4.2合同能源管理的应用与分析
为解决在锅炉煤改气过程中用能单位遇到的诸多问题，引进合同能源管理模式，借助节能服务公司优质的资源、专业的节能技术、良好的管理团队，进行锅炉相关系统的升级改造，实现多方共赢。
从锅炉节能改造特点来看，虽然“煤改气”节能潜力大，但前期投资也较大，且涉及面较广，不宜仅考虑锅炉热效率，还需要核算整个能源系统的能效，以整体系统节能的思路来完善煤改气过程中的薄弱环节。为减轻用能单位的前期投资压力，并且能够使节能服务公司有效地回收资金，规避两者的风险及业务冲突，选择节能效益支付型模式，由用能单位定期支付能源费用，节能服务公司通过广泛的渠道签订多方战略合作协议，建立良好的专业化融资平台，项目建设工期比用户自建可缩短50%，尽快实现效益转换，并负责运行和维护整套能源系统。
节能服务公司通过对改造的各个能耗环节进行专业化审核，查找监管盲点，指出能耗漏洞，优化系统配置，为系统的稳定、安全和经济运行奠定基础，充分挖掘节能潜力，并结合国家和地方政策，按照用能单位的实际需求进行专业化能源整体规划改造。在改造初期，将配套管网节能纳入到改造之中，摒弃陈旧的管网设计理念，采用自动化控制系统，按照不同区域、不同用户、不同温度的原则，采用分区供热、分温供热、分时段供热的形式，有效进行合理放热和有控放热。通过专业化团队的技术支持以及科学合理的管理，锅炉“煤改气”的长远经济效益和环保效益将日益显见。
4.3经济可行性分析
选择合同能源管理中的节能效益支付模式，与节能服务公司签订合同，由其前期垫资，并借助其优质资源，与设备制造商、能源供应单位等多方达成协议，启动“煤改气”项目。
从改造效果来看：①项目建设周期比用户自建可缩短50%，能较快实现效益转化;②相比粗放型管理模式，采用良好运行管理模式，可提高节能效率5%以上;③采用成套匹配的管网设施及控制系统，科学合理调配管网热能，能源费用可降低20%~30%。
以燃煤0.5 元/kg，燃气2.2 元/m3 粗略计算，通过合同能源管理模式的介入，用能单位锅炉“煤改气”项目每年支出由367×104 元降为259×104 元，节约成本约108×104 元，相比于燃煤锅炉每年311×104 元支出，节约资金约53×104 元，节能效益明显。
用能单位在创造环保效益，享有节能经济效益的同时，还可以享受相应的政府财政补贴、政策扶持等，创造更大经济收益的同时也获得更好的社会效益，从而实现利益最大化。
5、结论
对于用能单位、节能服务公司及设备供应商、能源供给企业等相关行业而言，锅炉“煤改气”项目市场前景广阔，虽然该项目在技术层面要求高，前期投资较大，但是仍然具有较大的市场开发潜力。通过分析比较可以看出，项目短期内唯一的不足之处是燃料费用较高致使改造成本加大，但是从长远利益出发，在国家利好政策引导下，通过采用合理的合同能源管理模式，借助节能服务公司的优质资源，一定程度上解决了改造过程中的难题，能够实现经济效益、社会效益和环保效益等多方共赢。
（本文作者郝晓晨、蔡鑫磊、张东明、侯晓莉，陕西燃气集团有限公司）
