煤天然气燃烧的污染物产生系数.docx
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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
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
住宅分I、U二区，I区由A、B、C、D、E、F六区组成；U区由A、B、C、D、E五区组成。
I、U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2I、U区主要技术经济指标
分类
1
n
新建总建筑面积（m2）
47166
0
28000
0
住宅建筑面积（m2）
42836
0
25134
0
总居住户数（户）
3610
2361
平均每户面积（m2/户）
118.6
118.6
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。
⑵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U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，U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。
⑷方案4:
分户供热，在I区的3610户和U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U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，U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1
1108
2029.2
750
750
5250
450
137.8
10337.
2
方案2
1429.24
188.76
5250
450
97.57
7318
方案3
1639
5250
450
91.8
7339
方案4
4702.65
2400
450
100.3
7552.6
5
方案5
587.6
2029.2
750
750
5250
124.9
9366.8
方案6
250.0
18750
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、U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）
II区总
天然气增容费，北京市规定，增容费为1200元/Nm3。
故I、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、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X0.75万元/台=4478.25万元。
3.运行费用比较
（1）年需热量的计算（kWh）
Q=24ZqH=24X125X39.9=119.7
（2）与计算运行费用相关的数据：
燃煤锅炉n=0.75，燃气锅炉n=0.85，燃气两用炉n=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
14.42N
m3
25.96
3.29
1
30.2
5
方案2
14.42Nm3
25.96
2.42
0.5
28.8
8
方案3
14.42N
m3
25.96
2.67
0.7
29.3
3
方案4
14.42N
m3
20.18
2.45
/
22.6
3
方案5
19.61kg
5.9
3.12
1
10.0
2
方案6
39.9kW
h
19.95
2.5
/
22.4
5
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
14.42N
m3
17.3
方案5
19茫
19.61
方案6
39.9kW
h
16.39
5.环境效益的比较
⑴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/t
9
17s
8A（1-n
油kg/kL
2.86
4.2s
0.29（1-n
天然气kg/万
m3
6.3
1.0
2.4
煤kg/Mkcal
1.44
2.74s
1.22A（1-n
油kg/Mkcal
1.24
1.89s
0.13
天然气
kg/Mkcal
0.67
0.011
0.025
注：
s—含硫量，以%计；A—灰分，以%计；n—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。
⑵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
CH4
C2H6
C3H8
CO2
N2
H2S
CO
H2
O2
低发热值
kcal/Nm3
北京焦炉煤气
25.2
2.0
2.0
6.8
8.6
59.21
.2
4074
华北油田天然气
80.84
3
9.732
6
5.753
8
0.928
8
0.32
10473.5
陕甘宁天然气
95.95
0.967
5
0.136
7
3.0
0.000
2
8397.88
①天然气中不含尘和S02，只含微量H2S，是洁净能源。
燃烧天然气，可
减少大气中
S02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。
⑶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/Mm
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
80〜
240
80〜240
80〜240
硫氧化物①
9.6
9.6
9.6
一氧化碳
272
272
320
碳氢化合物（以CH4
计）
16
48
128
氮氧化物（以NO2计）
11200
1920〜
3680
1280〜1290
②
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
⑷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
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）
0.23
1.36
22.7
碳氢化合物
（CnHm）
0.091
0.45
4.5
氮氧化物（以NO2）
9.08
9.08
3.62
二氧化硫（SO2）
16.0S②
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
方案
NOx
SO2
CO
Cm
Hn
烟尘
方案1
27.6
8
0.14
3.920
.781.
44
方案2
27.6
8
0.14
3.920
.691.
44
方案3
27.6
8
0.14
3.920
.691.
44
方案4
18.4
5
0.14
4.611
.851.
44
方案5
178.
1
314
26.6
8.8
29.4
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=BXAXdfhx（1-n锅炉房A=30%,dfh=0.2,n=0.75。
分散燃气
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,
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1
137.
8
5
30.2
5
4
17.3
2
2
1
3
4
方案2
97.5
7
1
28.8
8
3
17.3
2
2
8
1
方案3
91.8
2
29.3
3
3
17.3
2
2
9
2
方案4
100.
3
22.6
2
17.3
2
3
1
3
3
3
0
方案5
124.
9
4
10.0
2
1
19.61
3
6
1
4
5
方案6
250.
0
6
22.4
5
2
16.39
1
1
1
0
3
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1
93.8
4
12
4
方案2
59.6
1
8
1
方案3
59.9
2
9
2
方案4
100.7
5
12
4
方案5
86.88
3
13
5
方案6
250.0
0
6
10
3
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。
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