煤、天然气燃烧的污染物产生系数

1、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

2、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 、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

3、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)471660280000住宅建筑面积(m2)428360251340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 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

4、、 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、 E4E8、 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

5、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21429.24188.76525045097.577318方案31639525045091.87339方案44702.652400450100.37552.65方案5587.62029.27507505250124.99366.8方案6250.018750计算时的几点

6、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40th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、

7、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=2412539.9=1197(2)与计算运行费用相关的数据：燃煤锅炉 =0.75，燃气锅炉 =085，燃气两用炉 =085，煤价为300元吨标准煤，天然气家用为1.4元Nm3，锅炉房为18元Nm3，电价为0.5元kWh。(3)计算结果(见表4) 表4运

8、行费的比较元/m2.a耗能量燃料费维修费人工费合计方案114.42Nm325.963.29130.25方案214.42Nm325.962.420.528.88方案314.42Nm325.962.670.729.33方案414.42Nm320.182.45/22.63方案519.61kg5.93.12110.02方案639.9kWh19.952.5/22.454.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1414.42Nm317.3方案519.61kg19.61方案639.9kWh16.395.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

9、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3040微克m3，猛增至标准的35倍，采暖期总悬浮颗粒物2/

10、3来源于烟尘， 13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CH4C2H6C3H8CO2N2H2SCOH2O2低发热值kcal/Nm3北京焦炉煤气25.22.02.06.88.659.21.24074华北油田天然气80.8439.73265.75380.92880.3210473.5陕甘宁天然气95.950.96750.13673.00.00028397.88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

11、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有害物质名称设备类型电厂工业锅炉民用采暖设备颗粒物802408024080240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)112001920368012801290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12

12、90。(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)污染物炉型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NOxSO2COCmHn烟尘方案127.680.143.920.781.44方案227.680.143.920.691.44方案327.680.143.920.691.44方案418.4

13、50.144.611.851.44方案5178.131426.68.829.4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=BAdfh(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综合比较方案初投资运行费耗能量环境效益综合比较元/m2排名元/m2排名kg标煤/m2.a排名总分排名方案1137.8530.25417.322134方案297

14、.57128.88317.32281方案391.8229.33317.32292方案4100.3322.63217.323103方案5124.9410.02119.6136145方案6250.0622.45216.3911103表12综合性比较方案初投资元/m2排名综合比较总分排名方案193.84124方案259.6181方案359.9292方案4100.75124方案586.883135方案6250.006103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

15、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 18