煤、天然氣燃燒的污染物產(chǎn)生系數(shù)

1、煤、天然氣燃燒的污染物產(chǎn)生系數(shù)-住宅區(qū)采暖方式的選擇先瑞有朋振農(nóng)一、背景和目的某住宅區(qū)是新建住宅小區(qū)， 位于四環(huán)路外， 該地區(qū)已有一燃煤集中供熱鍋爐房，但容量不能滿足新建住宅的需要。 根據(jù)有關(guān)規(guī)定， 新建鍋爐房一律不允許燒煤，只能燃?xì)?。?dāng)前有多種采暖方式，主要特點如下：表 1采暖方式及特點采暖方式采暖設(shè)備特點集中供熱大型鍋爐、管網(wǎng)、熱力站、用戶設(shè)備節(jié)能，分戶調(diào)節(jié)、按戶計量比較困難分散采暖每棟樓或幾棟樓設(shè)燃?xì)忮仩t，用戶設(shè)備熱效率高，設(shè)計時應(yīng)考慮分戶調(diào)節(jié)，按戶計量問題分戶采暖燃?xì)鈨捎脿t管理方便，室溫可調(diào)，實現(xiàn)了分戶計量電采暖熱泵具有調(diào)節(jié)控制方便等優(yōu)點，運行費較高本文通過優(yōu)化計算， 從以上幾種采暖方

2、式中， 選擇一種技術(shù)上先進(jìn)， 經(jīng)濟(jì)上合理，便于管理，適用于住宅的采暖方式。研究對象是某住宅小區(qū)的能源模式，即能源的選擇。目標(biāo)值：1. 經(jīng)濟(jì)性，包括投資、成本、熱價和總費用年值法。2. 環(huán)境保護(hù)。3. 節(jié)能性，比較一次能源的消耗量，確定節(jié)能效益。通過經(jīng)濟(jì)性分析，節(jié)能性分析、環(huán)境效益分析后， 給出方案的各項指標(biāo)。 由于角度不同， 結(jié)論是不同的。因此，最后必須進(jìn)行綜合性分析，根據(jù)綜合評價指標(biāo)，提出報薦方案。二、住宅區(qū)概況住宅分 、二區(qū)， 區(qū)由 A 、 B 、 C、 D 、 E 、F 六區(qū)組成；區(qū)由 A 、B、 C 、 D、 E五區(qū)組成。、區(qū)住宅設(shè)計按面積分為高、中、低三個檔；設(shè)計以高層為主，輔以多層

3、住宅；多層住宅以“九五”住宅標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)， 采用了“新四合院”式，可達(dá)到較高的容積率和較好的環(huán)境，空間過渡符合人的心理需要。高層住宅以單塔式為主， 輔以聯(lián)塔。設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)略高于“九五”住宅標(biāo)準(zhǔn)。 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表 2。表 2、區(qū)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分類新建總建筑面積(m2) 471660280000住宅建筑面積 (m2)428360 251340總居住戶數(shù) ( 戶 )36102361平均每戶面積 (m2/ 戶) 118.6118.6三、采暖方式的比較1. 比較方案(1) 方案 1：集中供熱，在已建供熱廠新建一臺 40t/h 燃?xì)忮仩t，熱水從鍋爐房經(jīng)過一次管網(wǎng)送至位于住宅區(qū)的熱力站。 換熱后，通過二次

4、管網(wǎng)送至戶散熱器。(2) 方案 2：分散供熱，分別在 區(qū)的 A 、 B 、C、 D、 E 、 F 六區(qū)新建七座燃?xì)忮仩t房，在 區(qū)的 A 、 B 、 C 、 D、 E 五區(qū)新建五座燃?xì)忮仩t房，通過管網(wǎng)將熱水送至戶散熱器。(3) 方案 3：分散供熱，分別在 區(qū)的 35 棟樓，區(qū)的 26 棟樓新建 54 座燃?xì)忮仩t房，直接將熱水送至戶散熱器。(4) 方案 4：分戶供熱，在 區(qū)的 3610 戶和 區(qū)的 2361 戶共安裝燃?xì)鈨捎脿t 5971 臺，并在 區(qū)的 A10 、 A11 、 B1 、 E4 E8、F3 和 區(qū)的 A4 、 B5 、 C4 新建 13 座燃?xì)忮仩t房，直接供用戶采暖。(5) 方案 5

5、：集中供熱，熱源、管網(wǎng)、熱力站與方案 1 相同，不同之處，新建一臺燃煤爐。(6) 方案 6：電采暖，分別在 區(qū)的 35 棟樓，區(qū)的 26 棟樓新建 61 個水源熱泵供熱系統(tǒng)，通過每戶熱泵機(jī)組將熱 ( 冷) 風(fēng)送至各房間。2. 初投資比較 ( 見表 3)表 3 初投資比較鍋爐房投資一次網(wǎng)投資熱力站投資二次網(wǎng)投資戶系統(tǒng)投資天然氣增容費單位建筑面積投資合計萬元萬元萬元萬元萬元萬元元 /m2萬元方案 111082029.27507505250450137.810337.2方案 21429.24188.76525045097.577318方案 31639525045091.87339方案 44702.6

6、52400450100.37552.65方案 5587.62029.27507505250124.99366.8方案 6250.018750計算時的幾點說明：(1) 方案 1 鍋爐房初投資。 由于在已建供熱廠新建一臺 40t h 燃?xì)忮仩t，有些設(shè)備、廠地可以利用。只需增加一臺鍋爐、部分儀表、土建及工程費。合計投資約為 1108 萬元。(2) 方案 2、方案 3 鍋爐類型選擇原則： 、區(qū)屬高層住宅區(qū)，故首先是安全性，即應(yīng)選擇結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、可置于地下室或樓頂及各層的高效鍋爐。其次是環(huán)保性，要求排放值、噪音均應(yīng)符合國家規(guī)定。通過調(diào)研，我們認(rèn)為熱水機(jī)組能滿足上述要求。 為了解決熱水機(jī)組承受高層建筑

7、水位壓力的問題， 擬采用外置板式換熱器的間接加熱方式， 板式換熱器可承受 1.6MPa的壓力，可拆卸、清洗、增減、更換。(3)天然氣增容費，市規(guī)定，增容費為31200 元 Nm。故、 區(qū)總計 450萬元。(4)分戶燃?xì)鈨捎脿t：目前進(jìn)口、國產(chǎn)燃?xì)鉅t型號只有 18kW、23kW和 29kW三種， 、 區(qū)每戶需要的約為 14kW，故存在容量偏大的問題。燃?xì)鈨捎脿t具有采暖、供生活熱水的功能。在方案比較時，應(yīng)扣除生活熱水部分的投資。5971 戶× 0.75 萬元臺 =4478.25 萬元。3. 運行費用比較(1) 年需熱量的計算 (kWh).Q=24Z qH=24×125×

8、39.9=119 7(2) 與計算運行費用相關(guān)的數(shù)據(jù)：燃煤鍋爐 =0.75 ，燃?xì)忮仩t =0 85，燃?xì)鈨捎脿t=0 85，煤價為300元噸標(biāo)準(zhǔn)煤，天然氣家用為331.4 元 Nm，鍋爐房為18 元 Nm，電價為0.5元 kWh。(3) 計算結(jié)果 ( 見表 4)表 4運行費的比較元/m2 . a耗能量燃料費 維修費 人工費合計方案 1 14.42Nm3 25.963.29130.25方案 2 14.42Nm3 25.962.420.528.88方案 3 14.42Nm3 25.962.670.729.33方案 4 14.42Nm3 20.182.45/22.63方案 519.61kg5.93.1

9、2110.02方案 639.9kWh19.952.5/22.454. 節(jié)能性比較 ( 見表 5)表 5節(jié)能性比較方案耗能量一次能耗量 ( 標(biāo)準(zhǔn)煤 )方案 14 14.42Nm317.3方案 519.61kg19.61方案 639.9kWh16.395. 環(huán)境效益的比較(1) 各種燃料燃燒時產(chǎn)生的污染物 ( 見表 6)表 6 各種燃料燃燒時產(chǎn)生的污染物二氧化氮二氧化硫煙塵煤kg/t917s8A(1- )油kg/kL2.864.2s0.29(1-)天然氣36.31.02.4kg/ 萬 m煤kg/Mkcal1.442.74s1.22A(1-)油kg/Mkcal1.241.89s0.13天然氣kg/M

10、kcal0.670.0110.025注： s含硫量，以 %計； A灰分，以 %計；燃燒效率，以小數(shù)點計。從表 6 可知，燃煤時產(chǎn)生的 NOx 、SO2、煙塵遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于燃?xì)狻⑷加?，年用煤量達(dá) 3000 萬噸，是世界上燒煤最多的首都。進(jìn)入采暖期，空氣呈現(xiàn)為典型的煤煙3型污染的特征，二氧化硫濃度從非采暖期的 30 40 微克 m，猛增至標(biāo)準(zhǔn)的 35倍，采暖期總懸浮顆粒物 2/3 來源于煙塵，13 來源于地面揚塵。這說明燃煤的污染是惡化城市環(huán)境的主要原因。(2) 燃燒天然氣的特點氣體燃料特點 ( 見表 7) 。表 7天然氣的構(gòu)成CH4C2H6C3H8CO2N2H2S CO H2O2低發(fā)熱值kcal/Nm

11、 3焦?fàn)t煤氣25.22.02.06.88.659.21.24074華北油田天然氣80.8439.73265.75380.92880.3210473.5陜甘寧天然氣95.95 0.96750.13673.00.00028397.88天然氣中不含塵和 SO2，只含微量 H2S，是潔凈能源。燃燒天然氣，可減少大氣中SO2含量，減少酸雨的發(fā)生，降低粉塵濃度。天然氣中絕大部分為碳?xì)浠衔铮?以甲烷占絕大多數(shù)。 甲烷屬非穩(wěn)定性氣體，略為加熱即易分解， 而且燃燒著的甲烷發(fā)光火焰其輻射強(qiáng)度約為一氧化碳火焰的 2 倍，是氫火焰的 5 倍。從上述分析可知， 燃燒天然氣具有提高燃燒設(shè)備效率， 保障安全運行和改善環(huán)境

12、的功能。(3) 燃燒天然氣時產(chǎn)生的污染物 ( 見表 8)表 8天然氣燃燒時產(chǎn)生的污染物3kg/Mm有害物質(zhì)名稱設(shè)備類型電廠工業(yè)鍋爐民用采暖設(shè)備顆粒物80 2408024080240硫氧化物9.69.69.6一氧化碳272272320碳?xì)浠衔?( 以 CH 計)16481284氮氧化物 ( 以 NO計)112001920 3680 128012902天然氣平均含硫量以4.6kg/Mm3 計。家用取暖設(shè)備 1280，民用取暖設(shè)備取1290。(4) 燃煤時產(chǎn)生的污染物 ( 見表 9)表 9 燃燒 1 噸煤炭排放的污染物量 (kg/t) 爐型污染物電站鍋爐工業(yè)鍋爐采暖爐及家用爐一氧化碳 (CO)0.

13、231.3622.7碳?xì)浠衔?(CnHm)0.0910.454.5氮氧化物 ( 以 NO)9.089.083.622二氧化硫 (SO2)16.0S資料來源于美國。S煤的含硫量，以 %計。(5) 污染物排放量比較 ( 見表 10) 。size=3> 表 10污染物排放量 (g/m 2 . a) 的比較方案NOxSO2CO CmHn煙塵方案 1 27.68 0.14 3.92 0.78 1.44方案 2 27.68 0.14 3.92 0.69 1.44方案 3 27.68 0.14 3.92 0.69 1.44方案 4 18.45 0.14 4.61 1.85 1.44方案 5 178.

14、1 314 26.6 8.8 29.4注：煤含硫量為 1%。天然氣含硫量為4.6kg/Mm3 計發(fā)電廠所處位置會產(chǎn)生污染物* 煙塵排放量 =B×A×dfh ×(1 - ) 鍋爐房 A=30%,dfh =0.2, =0.75 。size=3>(6) 燃?xì)鈨捎脿t布置在每戶，燃燒時產(chǎn)生的NO2排至戶外， 戶與戶之間相互有影響，分散燃?xì)忮仩t房將污染源集中處理，對小區(qū)環(huán)境特別是鄰居關(guān)系的影響較小。6. 各方案的綜合比較 ( 見表 11 和表 12)表 11 綜合比較方案初投資運行費耗能量環(huán)境效益綜合比較元 /m2 排名 元/m2排名 kg 標(biāo)煤 /m2. a 排名總分

15、排名方案 1137.8530.25417.322134方案 297.57128.88317.32281方案 3 91.8229.33317.32292方案 4100.3322.63217.323103方案 5124.9410.02119.6136145方案 6250.0622.45216.3911103表 12綜合性比較方案初投資排名綜合比較元/m2總分 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，指的是每戶都安裝熱量計，每組散熱器都安裝

16、恒溫調(diào)節(jié)閥，具有分戶調(diào)節(jié)、按戶計量功能時的投資。方案 4、6 為分戶燃?xì)鈨捎脿t和熱泵機(jī)組，具有調(diào)節(jié)和計量功能。表 12 指的是方案 1、2、3 和 5 的戶系統(tǒng)不設(shè)恒溫調(diào)節(jié)閥和每戶入口處不安裝熱量計，但為了今后適應(yīng)計量的需要，戶系統(tǒng)為雙管系統(tǒng)時的投資。從表 12 可知，分散燃?xì)忮仩t房采暖方式的投資最好。從表 11、12 的綜合比較排名可知，方案 2 分散燃?xì)忮仩t采暖方式最優(yōu)，方案 1、5 最差。四、結(jié)論方案 2 為此次研究報告的推薦方案。1. 方案 2 為最優(yōu)的原因：(1) 隨著技術(shù)的進(jìn)步，分散燃?xì)忮仩t的熱效率達(dá)到了 85以上，具有方案 1、方案 5 集中鍋爐房供熱節(jié)能的優(yōu)點。(2) 從表 8 不同容量鍋爐單位容量造價比中可知， 隨著單臺容量的增加， 單位容量價格降低，故方案 2 的初投資低于方案 3。(3) 方案 2 的初投資主要是分散鍋爐房的投資， 二次管網(wǎng)的投資很少， 而方案 1、方案 5 的初投資分別由鍋爐、一次網(wǎng)、熱力站、二次網(wǎng)及戶設(shè)備組成，其投資比方案 2 大得多。(4) 方案 2 適應(yīng)性好，與小區(qū)建設(shè)配合得好， 而方案 1 一次投入大， 見效慢。2. 方案 4 具有熱效率高， 調(diào)節(jié)簡單， 運行方便等特點， 但以下原因使該方案居于第二位。(1) 目前進(jìn)口、合資兩用爐的規(guī)格為