天然氣鍋爐采暖方式的比較分析

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　　一、概述

　　隨城市能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，天然氣已經(jīng)成為采暖的一種重要能源燃?xì)忮仩t采暖。分為以下三種形式：家用燃?xì)忮仩t單戶采暖、分散燃?xì)忮仩t采暖、集中區(qū)域燃?xì)忮仩t采暖，一般都采用熱水采暖。

　　二、單戶然氣采暖

　　家用燃?xì)忮仩t采暖就是以每個(gè)住戶為單位，采用家用燃?xì)忮仩t采暖。家用燃?xì)忮仩t可用于取暖、洗澡和生活用水，屬于多功能型燃?xì)庥镁摺?br />
　　1 特點(diǎn)
　　優(yōu)點(diǎn)：家用燃?xì)忮仩t效率高、功能多。一家一戶自成系統(tǒng)，同時(shí)解決采暖和熱水供應(yīng)問(wèn)題。單戶燃?xì)鉄崴膳哂泻艽蟮恼{(diào)節(jié)靈活性，使用完全獨(dú)立，采暖溫度可以自主調(diào)節(jié)，采暖時(shí)間可自行控制，各個(gè)房間溫度可自如的控制，無(wú)鍋爐房和外熱網(wǎng)熱損失，節(jié)省外網(wǎng)建設(shè)投資。符合按熱量收費(fèi)的原則，可準(zhǔn)確計(jì)量耗氣量，用氣量可由用戶自主控制，加上這種供熱系統(tǒng)的效率高（一般在90%以上），避免了集中供熱按面積收費(fèi)造成的能源過(guò)渡浪費(fèi)，因而能促進(jìn)節(jié)約燃?xì)?，從而為推廣使用優(yōu)質(zhì)潔凈燃料創(chuàng)造了條件。同時(shí)采暖循環(huán)的動(dòng)力消耗低，節(jié)省電能，提高燃?xì)夤芫€的利用率和使用經(jīng)濟(jì)效益。

　　存在問(wèn)題：目前家用燃?xì)鉅t在推廣使用中，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，售后服務(wù)不完善，影響用戶的正常使用；煙氣一般是無(wú)組織排放，產(chǎn)生局部污染；部分燃?xì)鉅t的運(yùn)行噪音大；在寒冷北方地區(qū)用戶長(zhǎng)期外出防凍比較麻煩；人們還對(duì)其安全性有擔(dān)心。

　　2 耗熱量
　　家用燃?xì)忮仩t單戶采暖效率主，無(wú)熱浪費(fèi)現(xiàn)象。根據(jù)對(duì)北京、天津的抽樣調(diào)查統(tǒng)計(jì)，單戶采暖的耗氣指標(biāo)為7～8m3/m2。建筑耗氣指標(biāo)的主要影響原因有室內(nèi)溫度、維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能和密封性、建筑的外墻面積大小、采暖系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)方式以及鍋爐的熱效率等，耗氣量低于其他兩種燃?xì)獠膳绞健?br />
　　3 用途
　　這種采暖方式對(duì)宅區(qū)非常適合。在運(yùn)行過(guò)程中，用戶根據(jù)自己的要求控制采暖溫度和運(yùn)行時(shí)間，能進(jìn)行分戶計(jì)量，節(jié)約燃?xì)?，同時(shí)可提供衛(wèi)生熱水，減少污染物排放量，降低運(yùn)行費(fèi)用。

　　三、分散燃?xì)忮仩t采暖

　　分散燃?xì)忮仩t采暖分為模塊化采暖和分散集中采暖，一個(gè)建筑單元、一個(gè)建筑使用一個(gè)燃?xì)忮仩t房采暖稱為模塊采暖（也稱為單元式燃?xì)獠膳?。多個(gè)相鄰室的使用性質(zhì)相同建筑使用一個(gè)燃?xì)忮仩t房采暖稱為分散式集中采暖，特點(diǎn)是有一次熱網(wǎng)直供。

　　1 特點(diǎn)
　　優(yōu)點(diǎn)：建設(shè)靈活，燃?xì)忮仩t集中管理，方便維修。每個(gè)系統(tǒng)供熱面積小，便于調(diào)節(jié)和控制。對(duì)于使用性質(zhì)相同的建筑，特別是學(xué)校、辦公樓等公用建筑，采用這種采暖方式根據(jù)建筑的使用特點(diǎn)，來(lái)調(diào)節(jié)控制采暖溫度和采暖時(shí)間，特別是不需防凍或防凍時(shí)間短的地區(qū)，根據(jù)作息時(shí)間控制采暖時(shí)間非常有效。在節(jié)假日或無(wú)人的夜間可降低采暖溫度或停止采暖，節(jié)約燃?xì)夂瓦\(yùn)行費(fèi)用。外網(wǎng)規(guī)模小，無(wú)中間換熱站，熱損失或動(dòng)力消耗小，易克服水力失調(diào)，節(jié)約能源，綜合采暖效率一般在80%～90%間，屬于分散采暖，在歐、美是一種廣為流行的采暖方式。煙氣可集中排放。

　　缺點(diǎn)：占用單獨(dú)的鍋爐房，鍋爐及鍋爐房散熱損失不能利用。對(duì)住宅樓不能直接實(shí)現(xiàn)分戶計(jì)量，末端無(wú)調(diào)節(jié)裝置，當(dāng)室內(nèi)過(guò)熱時(shí)，用戶開(kāi)窗散熱面不是關(guān)小暖氣，有部分熱量損失，一般8%～15%，但低于區(qū)域燃?xì)忮仩t采暖，供熱效率低于單戶采
暖，高于區(qū)域鍋爐采暖。鍋爐數(shù)量多，管理分散。NOX的排放總量高于家用燃?xì)忮仩t采暖。

　　2 耗熱量
　　由于有外網(wǎng)的熱損失，平均的采暖溫度也高于家用燃?xì)忮仩t單戶采暖，目前一般不設(shè)有末端控制裝置，產(chǎn)生一定的熱量損失。根據(jù)抽樣調(diào)查北京是分散采暖的耗氣指標(biāo)為9-12m3/m2。建筑耗氣指標(biāo)的主要影響原因有室內(nèi)溫度、維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能和密封性、建筑的外墻面積大小、外網(wǎng)的熱損失、采暖系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)方式以及鍋爐的熱效率等。

　　3 用途
　　這種采暖方式對(duì)公共建筑、商用建筑采暖和集中住宅區(qū)非常適合。在運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)建筑的使用情況控制采暖溫度和采暖時(shí)間，節(jié)約燃?xì)?，減少污染排放量，降低運(yùn)行費(fèi)用。

　　四、區(qū)域采暖

　　1 區(qū)域供熱
　　一個(gè)小區(qū)或幾個(gè)小區(qū)的多個(gè)建筑共用一個(gè)燃?xì)忮仩t房采暖，采用二次熱網(wǎng)，設(shè)有中間換熱站，外熱網(wǎng)規(guī)模較大。采暖面積可達(dá)數(shù)百萬(wàn)平方米，煙氣高空排放。

　　2 特點(diǎn)
　　優(yōu)點(diǎn)：鍋爐投資較分散采暖省，可實(shí)現(xiàn)集中管理，方便維修和用戶，對(duì)污染物可實(shí)現(xiàn)高空排放。對(duì)煤改氣項(xiàng)目，可利用直接原有的供熱管網(wǎng)系統(tǒng)和鍋爐房附屬設(shè)備，節(jié)省初投資。

　　缺點(diǎn)：鍋爐熱效率相對(duì)較低，外網(wǎng)和換熱站熱損失和熱媒輸送動(dòng)力消耗大，污染物排放總量大，系統(tǒng)調(diào)節(jié)不靈活，外網(wǎng)投資大，不能直接解決熱計(jì)量問(wèn)題。在建設(shè)初期系統(tǒng)利用率低。集中供熱系統(tǒng)末端無(wú)計(jì)量和調(diào)節(jié)手段。統(tǒng)一按照供熱面積收費(fèi)。因水力失調(diào)造成部分用戶采暖溫度過(guò)高，當(dāng)室內(nèi)過(guò)熱時(shí)，用戶一般采用開(kāi)窗散熱法調(diào)節(jié)室溫，造成8%～15%的熱損失。特別是不同使用性質(zhì)的建筑混在一起，按同一水平供熱，由于無(wú)調(diào)節(jié)手段，辦公樓、學(xué)校等夜間和假期照常供熱，賓館有人無(wú)人照常供熱，浪費(fèi)能源。

　　3 耗氣量
　　由于外網(wǎng)的熱損失大于分散燃?xì)忮仩t采暖，平均的采暖溫度也高于家用燃?xì)忮仩t單戶采暖，北京地區(qū)采暖的耗氣指標(biāo)10-14 m3/m2。耗氣量比其他兩種方式高的原因主要因外網(wǎng)和換熱站的熱損失大，水力失調(diào)嚴(yán)重，不同使用性質(zhì)的建筑混在一起供熱造成的。

　　4 用途
　　在污染物落地濃度要求較嚴(yán)格時(shí)，分散采暖排放污染物暖落地濃度超標(biāo)時(shí)，可采用集中采暖。但對(duì)煙囪高度有要求，須經(jīng)過(guò)計(jì)算確定。在歐美地區(qū)很少采用燃?xì)忮仩t進(jìn)行區(qū)域集中供熱，一般都是熱電或冷電聯(lián)供。前蘇聯(lián)地區(qū)也逐步的把燃?xì)膺^(guò)度集中供熱，改為分散供熱，以節(jié)約能源。

　　五、各種采暖方式的比較

　　1 投資
　　本投資分析是根據(jù)北京市部分燃?xì)鉅t采暖的調(diào)研結(jié)果得出的，以100m2的采暖建筑面積作為分析單位。分析過(guò)程中鍋爐及附屬設(shè)備考慮備用，表1為投資分析結(jié)果。

　　　　　　　　　　　　　　　　　表1 　　三種天然氣鍋爐采暖方式的投資分析 單位：元

項(xiàng)目

家用鍋爐

分散鍋爐

區(qū)域鍋爐

面積（m2）

100/戶

100

100

鍋爐房

1000-2000

1000-1500

鍋爐　

3500-6500

1500-2000

1000-1500

設(shè)備

1000-1500

500-1000

外管網(wǎng)

1000-1500

1500-2500

合計(jì)

3500-6500

4500-7000

4000-6500

平均

5000

5750

5250

　　注：不包括室內(nèi)客網(wǎng)投資，本文認(rèn)為三種方式的室內(nèi)投資基本相同。

　　2 運(yùn)行費(fèi)用
　　本運(yùn)行費(fèi)用分析是根據(jù)對(duì)北京市的部分燃?xì)忮仩t采暖調(diào)研結(jié)果得出的，以100 m2的采暖建筑面積作為分析單位。分析過(guò)程中天然氣的熱值按8500Kcal/m3，表2為運(yùn)行費(fèi)用分析結(jié)果。

　　　　　　　　　　　　　表2 　　三種天然氣鍋爐采暖方式的運(yùn)行費(fèi)用分析 單位：元

項(xiàng)目

家用鍋爐

分散鍋爐

區(qū)域鍋爐

面積（m2）

100/戶

100/戶

100/戶

燃?xì)赓M(fèi)

1368元/760 m3

1638元/90m3

1980元/1100 m3

電耗

78.3元/150度

104.4元/200度

156.6元/300度

水耗

32元/10 m3

192元/ 60m3

256元/80 m3

鹽費(fèi)

3.4元/10kg

5.1元/15kg

維修費(fèi)

150元

100元

150元

人工費(fèi)

200元

130元

合計(jì)

1628.3元

2133.4元

2397.7元

　　注：不包括折舊費(fèi)、利潤(rùn)和稅收。

　　3　投資與運(yùn)行費(fèi)用分析
　　三種采暖方式的投資相差不大，家用鍋爐略低。家用鍋爐可是實(shí)現(xiàn)分戶熱計(jì)量和室溫自動(dòng)控制，每戶節(jié)省分戶計(jì)量表及溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)閥2000元左右。家用鍋爐可是實(shí)現(xiàn)供衛(wèi)生水，節(jié)約電熱水器或煤氣熱水器投資1000-1500元/戶。綜合比較家用鍋爐采暖投資比其他兩種方式低得多，分析結(jié)果適用于京津地區(qū)。家用燃?xì)鉅t采暖費(fèi)用最底，分散鍋爐采暖居中，區(qū)域鍋爐最高，且各種采暖方式相差較大。

　　4　污染物分析
　　利用天然氣采暖的目的就是解決燃煤鍋爐采暖的污染問(wèn)題，排放的大氣污染物只有NOX，SO2、煙塵、CO和CO2，沒(méi)有煤灰、煤渣和運(yùn)煤造成的污染物。煙塵濃度主要來(lái)自空氣和燃燒過(guò)程中產(chǎn)生微量細(xì)塵，三種方式燃燒單位體積/產(chǎn)生的煙塵基本相同，總量區(qū)域采暖最多，分散鍋爐次之，家用鍋爐最少。煙氣中SO2濃度取決于天然氣中的硫量，一般天然氣的經(jīng)過(guò)脫硫，含硫量很低，三種方式燃燒單位體積燃?xì)猱a(chǎn)生的SO2相同，排放總量是區(qū)域采暖最多，模塊鍋爐次之，家用鍋爐最少。CO2的排放量是主要取決于于各種采暖方式的單位面積耗氣量，三種采暖方式的排放量家庭采暖：分散采暖：區(qū)域采暖之比為：
1：1.25：1.45。

　　NOX排放量主要受燃燒方式影響，目前燃?xì)忮仩t采用的燃燒器都不是專門設(shè)計(jì)的低NOX燃燒器。在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的NOX量主要與爐膛燃燒溫度有關(guān)，燃燒溫度高，產(chǎn)生的NOX量越大，燃燒溫度越小，產(chǎn)生的NOX量越小。表3為抽樣測(cè)試的三種采暖方式燃?xì)忮仩t的NOX排放量，由表可以看出NOX排放量主要受燃燒方式和過(guò)?？諝饬康挠绊?。鼓風(fēng)式燃燒由于火焰集中，燃燒溫度高，所以NOX生成量比燃燒溫度低的大氣式燃燒大，對(duì)同一種燃燒方式，過(guò)?？諝庀禂?shù)越大，燃燒溫度越低，NOX生成量就越
少。

　　　　　　　　　　　　　　　表3　　　　　 三種采暖方式燃?xì)忮仩t的NOX排放量

燃?xì)忮仩t類型

燃燒方式

過(guò)?？諝庀禂?shù)

爐膛最高溫度（℃）

NOX（PPm）

壁掛家用鍋爐

大氣式

1.5～2.5

800～950

5～35

容積式家用鍋爐

鼓風(fēng)式

1.4～3.6

900～1100

21～70

模塊化鍋爐

鼓風(fēng)式

1.3～2.1

1000～1200

45～110

區(qū)域鍋爐

鼓風(fēng)式

1.2～1.8

1100～1300

60～130

本研究以一個(gè)1500m×1500m的居民小區(qū)為研究對(duì)象，總建筑面積為450萬(wàn)m2，總建筑面與總占地面積之比為2：1。用面源模型根據(jù)測(cè)試結(jié)果[3]，對(duì)單戶采暖、分散鍋爐采暖和區(qū)域集中采暖多排放點(diǎn)和無(wú)組織低空排放進(jìn)行估算，結(jié)果見(jiàn)圖1。從圖中可以看出，單戶采暖排放的NOX在大氣中所產(chǎn)生的濃度最低，分散采暖排放的NOX在大氣中產(chǎn)生的濃度高于單戶采暖，區(qū)域采暖排放NOX在大氣中產(chǎn)生的濃度取決于排放高度，當(dāng)排放高度低于30米，在大氣中產(chǎn)生的NOX濃度高于單戶采暖和分散采暖，當(dāng)排放高度低于50米，在大氣中產(chǎn)生的NOX濃度低于分散采暖，與單戶采暖基本相同。

　　　　　　　　　　　　　　　
　　六　結(jié)論

　　1　采用分戶小型燃?xì)鉄崴疇t，可一家一戶自成系統(tǒng)，同時(shí)解決了采暖和熱水供應(yīng)問(wèn)題。這一方式在歐、美、日本是一種流行的采暖方式。從節(jié)能、降低采暖費(fèi)用和減少大氣污染的觀點(diǎn)看，高效壁掛燃?xì)鉅t單戶采暖是居民用戶直接采暖的最佳方式。由于天然氣質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，采用單戶分散采暖的平均運(yùn)行費(fèi)用與集中營(yíng)供暖的費(fèi)用相關(guān)不太多，是居民家庭能夠承受的。存在的問(wèn)題隨技術(shù)發(fā)展，都會(huì)被解決。

　　2　公共建筑和商業(yè)建筑的使用性質(zhì)相同，采用燃?xì)獠膳瘧?yīng)優(yōu)先采用模塊采暖，根據(jù)建筑的使用特點(diǎn)來(lái)調(diào)節(jié)控制采暖溫度和采暖時(shí)間，節(jié)約燃?xì)夂瓦\(yùn)行費(fèi)用，減少污染物排放量。

　　3　由于采用區(qū)域燃?xì)忮仩t采暖由規(guī)模較大的外網(wǎng)，熱損失大，不便于調(diào)節(jié)。投資、運(yùn)行費(fèi)用和耗氣量都高，污染物排放量大，符合可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略，不宜推廣。對(duì)已具有較大熱網(wǎng)的區(qū)域，對(duì)污染物排放要求高的區(qū)域，經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)論證，才能可采用區(qū)域采暖，但應(yīng)逐步向分散采暖過(guò)度。

　　4　在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)冷風(fēng)滲透量對(duì)燃?xì)饬坑绊懞艽螅捎谌細(xì)獠膳杀靖?，減少采暖燃?xì)夂牧渴墙档筒膳P(guān)鍵。對(duì)密封不嚴(yán)和保溫效果不好的窗戶應(yīng)更換，最好采用密封和保溫效果好都好的雙層塑鋼玻璃窗，可節(jié)省10%到20%的燃?xì)夂牧俊?br />

　　主要參考文獻(xiàn)

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