天然气锅炉采暖方式比较分析
提交人:dnzx
提交时间:2007-12-4 11:42:35
一、概述
随城市能源结构的调整，天然气已经成为采暖的一种重要能源燃气锅炉采暖。分为以下三种形式：家用燃气锅炉单户采暖、分散燃气锅炉采暖、集中区域燃气锅炉采暖，一般都采用热水采暖。
二、单户然气采暖
家用燃气锅炉采暖就是以每个住户为单位，采用家用燃气锅炉采暖。家用燃气锅炉可用于取暖、洗澡和生活用水，属于多功能型燃气用具。
1 特点
优点：家用燃气锅炉效率高、功能多。一家一户自成系统，同时解决采暖和热水供应问题。单户燃气热水采暖具有很大的调节灵活性，使用完全独立，采暖温度可以自主调节，采暖时间可自行控制，各个房间温度可自如的控制，无锅炉房和外热网热损失，节省外网建设投资。符合按热量收费的原则，可准确计量耗气量，用气量可由用户自主控制，加上这种供热系统的效率高（一般在90％以上），避免了集中供热按面积收费造成的能源过渡浪费，因而能促进节约燃气，从而为推广使用优质洁净燃料创造了条件。同时采暖循环的动力消耗低，节省电能，提高燃气管线的利用率和使用经济效益。
存在问题：目前家用燃气炉在推广使用中，质量标准不统一，售后服务不完善，
影响用户的正常使用；烟气一般是无组织排放，产生局部污染；部分燃气炉的运行噪音大；在寒冷北方地区用户长期外出防冻比较麻烦；人们还对其安全性有担心。
2 耗热量
家用燃气锅炉单户采暖效率主，无热浪费现象。根据对北京、天津的抽样调查统计，单户采暖的耗气指标为7 ～8m3/m2。建筑耗气指标的主要影响原因有室内温度、维护结构的保温性能和密封性、建筑的外墙面积大小、采暖系统运行调节方式以及锅炉的热效率等，耗气量低于其他两种燃气采暖方式。
3 用途
这种采暖方式对宅区非常适合。在运行过程中，用户根据自己的要求控制采暖温度和运行时间，能进行分户计量，节约燃气，同时可提供卫生热水，减少污染物排放量，降低运行费用。
三、分散燃气锅炉采暖
分散燃气锅炉采暖分为模块化采暖和分散集中采暖，一个建筑单元、一个建筑使用一个燃气锅炉房采暖称为模块采暖（也称为单元式燃气采暖）。多个相邻室的使用性质相同建筑使用一个燃气锅炉房采暖称为分散式集中采暖，特点是有一次热网直供。
1特点
优点：建设灵活，燃气锅炉集中管理，方便维修。每个系统供热面积小，便于调节和控制。对于使用性质相同的建筑，特别是学校、办公楼等公用建筑，采用这种采暖方式根据建筑的使用特点，来调节控制采暖温度和采暖时间，特别是不需防冻或防冻时间短的地区，根据作息时间控制采暖时间非常有效。在节假日或无人的
夜间可降低采暖温度或停止采暖，节约燃气和运行费用。外网规模小，无中间换热站，热损失或动力消耗小，易克服水力失调，节约能源，综合采暖效率一般在80％～90％间，属于分散采暖，在欧、美是一种广为流行的采暖方式。烟气可集中排放。
缺点：占用单独的锅炉房，锅炉及锅炉房散热损失不能利用。对住宅楼不能直接实现分户计量，末端无调节装置，当室内过热时，用户开窗散热面不是关小暖气，有部分热量损失，一般8％～15％，但低于区域燃气锅炉采暖，供热效率低于单户采暖，高于区域锅炉采暖。锅炉数量多，管理分散。NOX的排放总量高于家用燃气锅炉采暖。
2 耗热量
由于有外网的热损失，平均的采暖温度也高于家用燃气锅炉单户采暖，目前一般不设有末端控制装置，产生一定的热量损失。根据抽样调查北京是分散采暖的耗气指标为9-12m3/m2。建筑耗气指标的主要影响原因有室内温度、维护结构的保温性能和密封性、建筑的外墙面积大小、外网的热损失、采暖系统运行调节方式以及锅炉的热效率等。
3 用途
这种采暖方式对公共建筑、商用建筑采暖和集中住宅区非常适合。在运行过程中，根据建筑的使用情况控制采暖温度和采暖时间，节约燃气，减少污染排放量，降低运行费用。
四、区域采暖
1 区域供热
一个小区或几个小区的多个建筑共用一个燃气锅炉房采暖，采用二次热网，设
有中间换热站，外热网规模较大。采暖面积可达数百万平方米，烟气高空排放。
2 特点
优点：锅炉投资较分散采暖省，可实现集中管理，方便维修和用户，对污染物可实现高空排放。对煤改气项目，可利用直接原有的供热管网系统和锅炉房附属设备，节省初投资。缺点：锅炉热效率相对较低，外网和换热站热损失和热媒输送动力消耗大，污染物排放总量大，系统调节不灵活，外网投资大，不能直接解决热计量问题。在建设初期系统利用率低。集中供热系统末端无计量和调节手段。统一按照供热面积收费。因水力失调造成部分用户采暖温度过高，当室内过热时，用户一般采用开窗散热法调节室温，造成8％～15％的热损失。特别是不同使用性质的建筑混在一起，按同一水平供热，由于无调节手段，办公楼、学校等夜间和假期照常供热，宾馆有人无人照常供热，浪费能源。
3 耗气量
由于外网的热损失大于分散燃气锅炉采暖，平均的采暖温度也高于家用燃气锅炉单户采暖，北京地区采暖的耗气指标10-14 m3/m2。耗气量比其他两种方式高的原因主要因外网和换热站的热损失大，水力失调严重，不同使用性质的建筑混在一起供热造成的。
4 用途
在污染物落地浓度要求较严格时，分散采暖排放污染物暖落地浓度超标时，可采用集中采暖。但对烟囱高度有要求，须经过计算确定。在欧美地区很少采用燃气锅炉进行区域集中供热，一般都是热电或冷电联供。前苏联地区也逐步的把燃气过度集中供热，改为分散供热，以节约能源。
五、各种采暖方式的比较
1 投资
本投资分析是根据北京市部分燃气炉采暖的调研结果得出的，以100m2的采暖建筑面积作为分析单位。分析过程中锅炉及附属设备考虑备用，表1为投资分析结果。
项目家用锅炉分散锅炉区域锅炉
面积（m2） 100/户 100 100
锅炉房 - 1000-2000 1000-1500
锅炉 3500-6500 1500-2000 1000-1500
设备 - 1000-1500 500-1000
外管网 - 1000-1500 1500-2500
合计 3500-6500 4500-7000 4000-6500
平均 5000 5750 5250
注：不包括室内客网投资，本文认为三种方式的室内投资基本相同。
2 运行费用
本运行费用分析是根据对北京市的部分燃气锅炉采暖调研结果得出的，以
100 m2的采暖建筑面积作为分析单位。分析过程中天然气的热值按8500Kcal/m3，表2为运行费用分析结果。
表2 三种天然气锅炉采暖方式的运行费用分析单位：
元
项目家用锅炉分散锅炉区域锅炉
面积（m2） 100/户 100 100
燃气费 1368元/760m3 1638元/90m3 1980元/1100 m3
电耗 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
盐费 - 3.4元/10kg 5.1元/15kg
维修费 150元 100元 150元
人工费 - 200元 130元
合计 1628.3元 2133.4元 2397.7元
注：不包括折旧费、利润和税收。
3 投资与运行费用分析
三种采暖方式的投资相差不大，家用锅炉略低。家用锅炉可是实现分户热计量和室温自动控制，每户节省分户计量表及温度自动调节阀2000元左右。家用锅炉可是实现供卫生水，节约电热水器或煤气热水器投资1000-1500元/ 户。综合比较家用锅炉采暖投资比其他两种方式低得多，分析结果适用于京津地区。家用燃气炉采暖费用最底，分散锅炉采暖居中，区域锅炉最高，且各种采暖方式相差较大。
4 污染物分析
利用天然气采暖的目的就是解决燃煤锅炉采暖的污染问题，排放的大气污染物只有NOX，SO2、烟尘、CO和 CO2，没有煤灰、煤渣和运煤造成的污染物。烟尘浓度主要来自空气和燃烧过程中产生微量细尘，三种方式燃烧单位体积/产生的烟尘基本相同，总量区域采暖最多，分散锅炉次之，家用锅炉最少。烟气中SO2浓度取决于天然气中的硫量，一般天然气的经过脱硫，含硫量很低，三种方式燃烧单位体积燃气产生的SO2相同，排放总量是区域采暖最多，模块锅炉次之，家用锅炉最少。CO2的排放量是主要取决于于各种采暖方式的单位面积耗气量，三种采暖方式的排放量家庭采暖：分散采暖：区域采暖之比为： 1：1.25：1.45。
NOX排放量主要受燃烧方式影响，目前燃气锅炉采用的燃烧器都不是专门设计的低NOX燃烧器。在燃烧过程中产生的NOX量主要与炉膛燃烧温度有关，燃烧温度高，产生的NOX量越大，燃烧温度越小，产生的NOX量越小。表3为抽样测试的三种采暖方式燃气锅炉的NOX排放量，由表可以看出NOX排放量主要受燃烧方式和过剩空气量的影响。鼓风式燃烧由于火焰集中，燃烧温度高，所以NOX生成量比燃烧温度低的大气式燃烧大，对同一种燃烧方式，过剩空气系数越大，燃烧温度越低，NOX生成量就越少。燃气锅炉类型燃烧方式过剩空气系数炉膛最高温度
（℃） NOX（PPm）壁挂家用锅炉大气式 1.5～2.5 800～950 5～35 容积式家用锅炉鼓风式 1.4～3.6 900～1100 21～70 模块化锅炉鼓风式 1.3～
2.1 1000～1200 45～110 区域锅炉
鼓风式 1.2～1.8 1100～1300 60～130
本研究以一个1500m×1500m的居民小区为研究对象，总建筑面积为450万m2，总建筑面与总占地面积之比为2： 1。用面源模型根据测试结果[3]，对单户采暖、分散锅炉采暖和区域集中采暖多排放点和无组织低空排放进行估算，结果见图1。从图中可以看出，单户采暖排放的NOX在大气中所产生的浓度最低，分散采暖排放的NOX在大气中产生的浓度高于单户采暖，区域采暖排放NOX在大气中产生的浓度取决于排放高度，当排放高度低于30米，在大气中产生的NOX浓度高于单户采暖和分散采暖，当排放高度低于50米，在大气中产生的NOX浓度低于分散采暖，与单户采暖基本相同。
六结论
1 采用分户小型燃气热水炉，可一家一户自成系统，同时解决了采暖和热水供应问题。这一方式在欧、美、日本是一种流行的采暖方式。从节能、降低采暖费用和减少大气污染的观点看，高效壁挂燃气炉单户采暖是居民用户直接采暖的最佳方式。由于天然气质优价廉，采用单户分散采暖的平均运行费用与集中营供暖的费
用相关不太多，是居民家庭能够承受的。存在的问题随技术发展，都会被解决。
2 公共建筑和商业建筑的使用性质相同，采用燃气采暖应优先采用模块采暖，
根据建筑的使用特点来调节控制采暖温度和采暖时间，节约燃气和运行费用，减少
污染物排放量。
3 由于采用区域燃气锅炉采暖由规模较大的外网，热损失大，不便于调节。
投资、运行费用和耗气量都高，污染物排放量大，符合可持续发展的能源战略，不
宜推广。对已具有较大热网的区域，对污染物排放要求高的区域，经过经济技术论
证，才能可采用区域采暖，但应逐步向分散采暖过度。
4 在调查中发现冷风渗透量对燃气量影响很大，由于燃气采暖成本高，减少
采暖燃气耗量是降低采暖关键。对密封不严和保温效果不好的窗户应更换，最好采
用密封和保温效果好都好的双层塑钢玻璃窗，可节省10％到20％的燃气耗
二．生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand，BOD）
地面水体中微生物分解有机物的过程消耗水中的溶解氧的量，称生化需氧量，通常记为BOD，常用单位为毫克/升。一般有机物在微生物作用下，其降解过程可分为两个阶段，第一阶段是有机物转化为二氧化碳、氨和水的过程，第二阶段则是氨进一步在亚硝化细菌和硝化细菌的作用下，转化为亚硝酸盐和硝酸盐，即所谓硝化过程。BOD一般指的是第一阶段生化反应的耗氧量。微生物分解有机物的速度和程度同温度、时间有关、最适宜的温度是15～30℃，从理论上讲，为了完成有机物的生物氧化需要无限长的时间，但是对于实际应用，可以认为反应可以在20天内完成，称为BOD20，根据实际经验发现，经5天培养后测得的BOD约占总BOD的70～80%，能够代表水中有机物的耗氧量。为使BOD值有可比性，因而采用在20℃条件下，培养五天后测定溶解氧消耗量作为标准方法，称五日生化需氧量，以BOD5表示。BOD反映水体中可被微生物分解的有机物总量，以每升水中消耗溶解氧的毫克数来表示。BOD小于1mg/L表示水体清洁；大于3-4mg/l，表示受到有机物的污染。但BOD的测定时间长；对毒性大的废水因微生物活动受到抑制，而难以准确测定。
三．化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）
水体中能被氧化的物质在规定条件下进行化学氧化过程中所消耗氧化剂的量，以每升水样消耗氧的毫克数表示，通常记为COD。在COD测定过程中，有机物被氧化成二氧化碳和水。水中各种有机物进行化学氧化反应的难易程度是不同的，因此化学需氧量只表示在规定条件下，水中可被氧化物质的需氧量的总和。当前测定化学需氧量常用的方法有KMnO4和
K2CrO7法，前者用于测定较清洁的水样，后者用于污染严重的水样和工业废水。同一水样用上述两种方法测定的结果是不同的，因此在报告化学需氧量的测定结果时要注明测定方法。
COD与BOD比较，COD的测定不受水质条件限制，测定的时间短。但是COD不能区分可被生物氧化的和难以被生物氧化的有机物不能表示出微生物所能氧化的有机物量，而且化学氧化剂不仅不能氧化全部有机物，反而会把某些还原性的无机物也氧化了。所以采用BOD 作为有机物污染程度的指标较为合适，在水质条件限制不能做BOD测定时，可用COD代替。水质相对稳定条件下，COD与BOD之间有一定关系：一般重铬酸钾法COD＞B OD5＞高锰酸钾法COD。
天然气成分表
分析项目摩尔百分数分析项目摩尔百分数
甲烷CH4 91.75 二氧化碳CO2 0.07
乙烷C2H6 4.48 氧＋氩O2+Ar 0.04
丙烷C3H8 1.35 氨N2 1.37
异丁烷iC4H10 0.307 氦He 0.036
正丁烷nC4H10 0.363 氢H2 0.000
异戊烷iC5H12 0.096 硫化氢H2S <20mg
正戊烷nC5H12 0.084
已烷以上C6+ 0.057
重烃总重(%) 6.737 相对密度0.6104
压缩因子0.9978 临界温度(k) 199.42
热值(KJ/m3) 39383 临界压力(MPa) 4.5852