煤、天然气燃烧的污染物产生系数与住宅区采暖方式的选择

煤 天然气燃烧的污染物产生系数与住宅区采暖方式的选煤 天然气燃烧的污染物产生系数与住宅区采暖方式的选 择择 李先瑞 韩有朋 赵振农 一 背景和目的一 背景和目的 北京某住宅区是新建住宅小区 位于四环路外 该地区已有一燃煤集中供 热锅炉房 但容量不能满足新建住宅的需要 根据有关规定 新建锅炉房一律 不允许烧煤 只能燃气 当前有多种采暖方式 主要特点如下 表 1 采暖方式及特点 采暖方式采暖设备特 点 集中供热大型锅炉 管网 热力站 用户设备节能 分户调节 按户计量比较困难 分散采暖 每栋楼或几栋楼设燃气锅炉 用户设备 热效率高 设计时应考虑分户调节 按户计量问题 分户采暖燃气两用炉管理方便 室温可调 实现了分户计量 电采暖热泵具有调节控制方便等优点 运行费较高 本文通过优化计算 从以上几种采暖方式中 选择一种技术上先进 经济上合理 便 于管理 适用于住宅的采暖方式 研究对象是某住宅小区的能源模式 即能源的选择 目 标值 1 经济性 包括投资 成本 热价和总费用年值法 2 环境保护 3 节能性 比较一次能源的消耗量 确定节能效益 通过经济性分析 节能性分析 环境效益分析后 给出方案的各项指标 由于角度不同 结论是不同的 因此 最后必须 进行综合性分析 根据综合评价指标 提出报荐方案 二 住宅区概况二 住宅区概况 住宅分 二区 区由 A B C D E F 六区组成 区由 A B C D E 五区组成 区住宅设计按面积分为高 中 低三个档 设计以高层为主 辅以多层住宅 多层住宅以北京 九五 住宅标准为依据 采用了 新四合院 式 可达到较高的容积率和较好的环境 空间过渡符合人 的心理需要 高层住宅以单塔式为主 辅以联塔 设计标准略高于 九五 住 宅标准 主要技术经济指标见表 2 表 2 区主要技术经济指标 分 类 新建总建筑面积 m2 住宅建筑面积 m2 总居住户数 户 36102361 平均每户面积 m2 户 118 6118 6 三 采暖方式的比较三 采暖方式的比较 1 比较方案 1 方案 1 集中供热 在已建供热厂新建一台 40t h 燃气锅炉 热水从 锅炉房经过一次管网送至位于住宅区内的热力站 换热后 通过二次管网送至 户内散热器 2 方案 2 分散供热 分别在 区的 A B C D E F 六区内新建 七座燃气锅炉房 在 区的 A B C D E 五区内新建五座燃气锅炉房 通过管网将热水送至户内散热器 3 方案 3 分散供热 分别在 区的 35 栋楼内 区的 26 栋楼内新 建 54 座燃气锅炉房 直接将热水送至户内散热器 4 方案 4 分户供热 在 区的 3610 户和 区的 2361 户内共安装燃 气两用炉 5971 台 并在 区的 A10 A11 B1 E4 E8 F3 和 区的 A4 B5 C4 新建 13 座燃气锅炉房 直接供用户采暖 5 方案 5 集中供热 热源 管网 热力站与方案 1 相同 不同之处 新建一台燃煤炉 6 方案 6 电采暖 分别在 区的 35 栋楼内 区的 26 栋楼内新建 61 个水源热泵供热系统 通过每户热泵机组将热 冷 风送至各房间内 2 初投资比较 见表 3 表 3 初投资比较 锅炉房投资 万元 一次网投资 万元 热力站投资 万元 二次网投资 万元 户内系统投资 万元 天然气增容费 万元 单位建筑面积投资 元 m2 合 计 万元 方案 111082029 27507505250450137 810337 2 方案 21429 24 188 76525045097 577318 方案 31639 525045091 87339 方案 44702 65 2400450100 37552 65 方案 5587 62029 27507505250 124 99366 8 方案 6 250 018750 计算时的几点说明 1 方案 1 锅炉房初投资 由于在已建供热厂内新建一台 40t h 燃气锅炉 有些设备 厂地可以利用 只需增加一台锅炉 部分仪表 土建及工程费 合计投资约为 1108 万元 2 方案 2 方案 3 锅炉类型选择原则 区属高层住宅区 故首先是安全性 即 应选择结构紧凑 体积小 可置于地下室或楼顶及各层的高效锅炉 其次是环保性 要求 排放值 噪音均应符合国家规定 通过调研 我们认为热水机组能满足上述要求 为了解决热水机组承受高层建筑水位 压力的问题 拟采用外置板式换热器的间接加热方式 板式换热器可承受 1 6MPa 的压力 可拆卸 清洗 增减 更换 3 天然气增容费 北京市规定 增容费为 1200 元 Nm3 故 区总计 450 万元 4 分户燃气两用炉 目前进口 国产燃气炉型号只有 18kW 23kW 和 29kW 三种 区每户需要的 约为 14kW 故存在容量偏大的问题 燃气两用炉具有采暖 供生活热水的功能 在方案 比较时 应扣除生活热水部分的投资 5971 户 0 75 万元 台 4478 25 万元 3 运行费用比较 1 年需热量的计算 kWh Q 24 Z qH 24 125 39 9 119 7 2 与计算运行费用相关的数据 燃煤锅炉 0 75 燃气锅炉 0 85 燃气两用炉 0 85 煤价为 300 元 吨标准 煤 天然气家用为 1 4 元 Nm3 锅炉房为 1 8 元 Nm3 电价为 0 5 元 kWh 3 计算结果 见表 4 表 4 运行费的比较 元 m2 a 耗能量燃料费 维修费 人工费 合计 方案 1 14 42Nm325 963 29130 25 方案 2 14 42Nm325 962 420 528 88 方案 3 14 42Nm325 962 670 729 33 方案 4 14 42Nm320 182 45 22 63 方案 5 19 61kg5 93 12110 02 方案 6 39 9kWh19 952 5 22 45 4 节能性比较 见表 5 表 5 节能性比较 方案耗能量一次能耗量 标准煤 方案 1 4 14 42Nm317 3 方案 519 61kg19 61 方案 639 9kWh16 39 5 环境效益的比较 1 各种燃料燃烧时产生的污染物 见表 6 表 6 各种燃料燃烧时产生的污染物 二氧化氮 二氧化硫 烟 尘 煤 kg t917s8A 1 油 kg kL2 864 2s0 29 1 天然气 kg 万 m36 31 02 4 煤 kg Mkcal1 442 74s1 22A 1 油 kg Mkcal1 241 89s0 13 天然气 kg Mkcal0 670 0110 025 注 s 含硫量 以 计 A 灰分 以 计 燃烧效率 以小数点计 从表 6 可知 燃煤时产生的 NOx SO2 烟尘远远高于燃气 燃油 北京年用煤量达 3000 万吨 是世界上烧煤最多的首都 进入采暖期 空气呈现为典型的煤烟型污染的特征 二氧化硫浓度从非采暖期的 30 40 微克 m3 猛增至标准的 3 5 倍 采暖期总悬浮颗粒 物 2 3 来源于烟尘 1 3 来源于地面扬尘 这说明燃煤的污染是恶化城市环境的主要原因 2 燃烧天然气的特点 气体燃料特点 见表 7 表 7 天然气的构成 CH4C2H6C3H8CO2N2H2SCO H2O2 低发热值 kcal Nm3 北京焦炉煤气25 22 0 2 06 8 8 6 59 2 1 24074 华北油田天然气 80 843 9 7326 5 7538 0 9288 0 32 10473 5 陕甘宁天然气95 95 0 9675 0 13673 0 0 0002 8397 88 天然气中不含尘和 SO2 只含微量 H2S 是洁净能源 燃烧天然气 可减少大气中 SO2含量 减少酸雨的发生 降低粉尘浓度 天然气中绝大部分为碳氢化合物 以甲烷占绝大多数 甲烷属非稳定性气体 略为 加热即易分解 而且燃烧着的甲烷发光火焰其辐射强度约为一氧化碳火焰的 2 倍 是氢火 焰的 5 倍 从上述分析可知 燃烧天然气具有提高燃烧设备效率 保障安全运行和改善环境的功 能 3 燃烧天然气时产生的污染物 见表 8 表 8 天然气燃烧时产生的污染物 kg Mm3 设备类型 有害物质名称 电厂工业锅炉民用采暖设备 颗粒物80 24080 24080 240 硫氧化物 9 69 69 6 一氧化碳272272320 碳氢化合物 以 CH4计 1648128 氮氧化物 以 NO2计 112001920 3680 1280 1290 天然气平均含硫量以 4 6kg Mm3计 家用取暖设备 1280 民用取暖设备取 1290 4 燃煤时产生的污染物 见表 9 表 9 燃烧 1 吨煤炭排放的污染物量 kg t 炉 型 污染物 电站锅炉 工业锅炉 采暖炉及家用炉 一氧化碳 CO 0 231 3622 7 碳氢化合物 CnHm 0 0910 454 5 氮氧化物 以 NO2 9 089 083 62 二氧化硫 SO2 16 0S 资料来源于美国 S 煤的含硫量 以 计 5 污染物排放量比较 见表 10 size 3 表 10 污染物排放量 g m2 a 的比较 方案NOx SO2CO CmHn 烟尘 方案 1 27 68 0 14 3 920 781 44 方案 2 27 68 0 14 3 920 691 44 方案 3 27 68 0 14 3 920 691 44 方案 4 18 45 0 14 4 611 851 44 方案 5 178 1 314 26 68 829 4 注 煤含硫量为 1 天然气含硫量为 4 6kg Mm3计 发电厂所处位置会产生污染物 烟尘排放量 B A dfh 1 锅炉房 A 30 dfh 0 2 0 75 size 3 6 燃气两用炉布置在每户 燃烧时产生的 NO2排至户外 户与户之间相互有影响 分散燃气锅炉房将污染 源集中处理 对小区环境特别是邻居关系的影响较小 6 各方案的综合比较 见表 11 和表 12 表 11 综合比较 初投资运行费耗能量综合比较 方案 元 m2排名 元 m2排名 kg 标煤 m2 a 排名 环境效益 总分排名 方案 1 137 8530 25417 322134 方案 2 97 57128 88317 32281 方案 3 91 8229 33317 32292 方案 4 100 3322 63217 323103 方案 5 124 9410 02119 6136145 方案 6 250 0622 45216 3911103 表 12 综合性比较 综合比较 方案 初投资 元 m2 排名 总分 排名 方案 193 84124 方案 259 6181 方案 359 9292 方案 4 100 75124 方案 5 86 883135 方案 6 250 006103 表 11 中 方案 1 2 3 和 5 指的是每户都安装热量计 每组散热器都安装恒温调节 阀 具有分户调节 按户计量功能时的投资 方案 4 6 为分户燃气两用炉和热泵机组 具 有调节和计量功能 表 12 指的是方案 1 2 3 和 5 的户内系统不设恒温调节阀和每户入口处不安装热量计 但为了今后适应计量的需要 户内系统为双管系统时的投资 从表 12 可知 分散燃气锅炉 房采暖方式的投资最好 从表 11 12 的综合比较排名可知 方案 2 分散燃气锅炉采暖方式最优 方案 1 5 最 差 四 结论四 结论 方案 2 为此次研究报告的推荐方案 1 方案 2 为最优的原因 1 随着技术的进步 分散燃气锅炉的热效率达到了 85 以上 具有方 案 1 方案 5 集中锅炉房供热节能的优点 2 从表 8 不同容量锅炉单位容量造价比中可知 随着单台容量的增加 单位容量价格降低 故方案 2 的初投资低于方案 3 3 方案 2 的初投资主要是分散锅炉房的投资 二次管网的投资很少 而 方案 1 方案 5 的初投资分别由锅炉 一次网 热力站 二次网及户内设备组 成 其投资比方案 2 大得多 4 方案 2 适应性好 与小区建设配合得好 而方案 1 一次投入大 见效慢 2 方案 4 具有热效率高 调节简单 运行方便等特点 但以下原因使该方 案居于第二位 1 目前进口 合资两用炉的规格为 18kW 23kW 29kW 且 18kW 性能 不够稳定 大部分用户采用 2