煤,天然气燃烧的污染物产生系数

煤、天然气燃烧的污染物产生系数

---------------------------------------

住宅区采暖方式的选择

李先瑞韩有朋赵振农

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

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

住宅分Ⅰ、Ⅱ二区，Ⅰ区由A、B、C、D、E、F六区组成；Ⅱ区由A、B、C、D、E五区组成。Ⅰ、Ⅱ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 Ⅰ、Ⅱ区主要技术经济指标

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Ⅰ区的A、B、C、D、E、F六区内新建七座燃气锅炉房，在Ⅱ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Ⅰ区的35栋楼内，Ⅱ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Ⅰ区的3610户和Ⅱ区的2361户内共安装燃气两用炉5971台，并在Ⅰ区的A10、A11、B1、E4～E8、

F3和Ⅱ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Ⅰ区的35栋楼内，Ⅱ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

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：Ⅰ、Ⅱ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Ⅰ、Ⅱ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，Ⅰ、Ⅱ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.q H=24×125×39.9=119．7

(2)与计算运行费用相关的数据：

燃煤锅炉η=0.75，燃气锅炉η=0．85，燃气两用炉η=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

4.节能性比较(见表5)

表5 节能性比较

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

注：s—含硫量，以%计；A—灰分，以%计；η—燃烧效率，以小数点计。

从表6可知，燃煤时产生的NO x、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

①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。

②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

①天然气平均含硫量以4.6kg/Mm3计。

②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)①

①资料来源于美国。

②S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

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×d fh×(1-η)锅炉房A=30%,d fh=0.2,η=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

表12 综合性比较

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

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23kW，供热能力大于需求，这种型号的单价，国产约为8000元/台，进口约为10000～11000元/台。从而使方案4的投资增

大。

(2)每户安装两用炉，使用方便，但烟气中的污染物对邻居的环境有些影响。

(3)对于豪华住宅，冬天有些住宅长期无人居住。此时，燃气两用炉本身和户内给排水设备是否安全；也是物业管理关心的问题之一。

3.方案6除投资较高外，运行费、节能性、环保性均较好。从K6、K7的实际情况来看，此次不推荐该方案。