本文是一篇高級工程師職稱論文，發表在《城市燃氣》上，雜志創刊于1992年，由住房和城鄉建設部主管，中國城市燃氣協會主辦。以提高城市燃氣技術水平，推動城市燃氣行業管理為宗旨。宣傳黨和國家發展城市燃氣的方針政策和有關法規;交流城市燃氣規劃建設、輸配供應、安全管理、經營服務、設備生產、企業改制的經驗;探討氣源、輸配、燃燒與應用新技術;普及城市燃氣的基本知識;報道各地城市燃氣建設和發展動態;介紹協會活動及會員單位概況;提供國外燃氣發展信息，介紹國外先進技術。本刊自辦發行，歡迎廣大讀者訂閱。

　　1　燃氣供熱發展的現狀

　　隨著我國對環境保護的重視，城市燃料結構以煤為主并采取以熱電廠和區域鍋爐房供熱的集中供熱方式受到了挑戰;熱電廠高空排放有利于改善供熱地區的排放濃度，但其總排放量包括發電用煤將超過采暖用煤的排放總量，因此，必須以清潔能源供替煤炭，以減少污染物的排放量，達到國家要求的環境標準。在此形勢下燃氣供熱得到了迅速發展，主要表現如下。

　　1.1　集中供熱燃煤鍋爐房的改造

　　北京市集中供熱鍋爐房的概況見表1。目前大部分已由燃煤改為燃氣。據1998年統計，北京市已有427戶燃煤鍋爐改為燃氣，容量為2310蒸噸。

　　表1　市區1996年底集中供熱鍋爐房統計表

　　單臺鍋爐容量

　　(t/h) 集中鍋爐房個數 96年底供熱面積

　　(萬m 2 ) 40 8 714 35 6 368 20 38 1436 15 3 108 10 52 902 　 107 3528

　　以方莊供熱廠(10臺29MW熱水鍋爐)和左家莊供熱廠(2臺35t/h中壓蒸汽鍋爐和12臺29MW熱水鍋爐)改造后的測試數據說明燃氣后的環保效益及節能效益。鍋爐熱效率從燃煤75%提高到90.6%，改造后每年可減少粉塵排放量1300噸，SO 2 6400噸，廢渣6萬噸，廢水40萬噸，排放NOx一般在100ppm內。左熱廠供熱成本從燃煤的30.36元/GJ上升到燃氣的74元/GJ，方莊從41.77元/GJ上升到89.5元/GJ,天然氣價格約是煤炭價格的3.5倍是造成成本上升的主要原因。全部改造的投資約8000萬元，其中鍋爐本體改造2800萬元(包括爐底改造);進口燃燒器系統2100萬元(包括進口稅);儀表控制系統910萬元(包括DCS系統改造);風機等附機系統和附屬設施2000萬元。改造后兩廠提高了供熱能力116MW。

　　1.2　壁掛式燃氣兩用爐

　　這種采暖方式的主要優點是潔凈，產生污染物少;節能，約可節省7%左右的熱能;舒適，用戶可根據需要自行調節;簡單，將集中供熱計量問題簡化為燃氣計量。近年來，全國約有250萬m 2 ～300萬m 2 住宅建筑采用了這種采暖方式。其中北京市約100萬m 2 ，秦皇島20萬m 2 ，天津30萬m 2 ，哈爾濱10萬m 2 ，長春10萬m 2 ，廊坊30萬m 2 ，烏魯木齊、石河子約10萬m 2 ，西安、咸陽、寶雞約20萬m 2 ，青島10萬m 2 ，濟南10萬m 2 ，煙臺10萬m 2 等。北京市城建集團為了解壁掛式燃氣兩用爐的采暖效果及經濟性，設備的安全性，系統供熱能力，對燃氣兩用爐進行了一個采暖期的測試。測試結果說明：經濟性，在燃氣維持現行價格的條件下，采暖費用和目前集中供熱比，至少可做到持平;安全性，無人值守自動運行，運行穩定可靠，一旦發生停氣、停水、停電等突發事故，采暖爐的安全保護裝置立即起到保護系統安全的作用;生活熱水的影響，采暖時合理安排使用生活熱水，對室溫產生的影響可以接受。

　　1.3　中央供熱機組和燃氣熱水鍋爐

　　中央供熱機組(采暖、生活熱水)是酒店、餐廳、寫字樓、公寓的供熱設施，單臺容量從0.116MW至4.187MW。燃氣熱水鍋爐(采暖、生活熱水)是樓棟或幾個樓棟的分散供熱設施，單臺容量從0.35MW至10.5MW。由于上述設備以天然氣或油作為能源，熱效率大約等于90%，廢氣、煙塵排放符合國家一類地區標準，采用智能控制系統，無需專人值守，深受用戶歡迎，市場份額逐漸擴大。

　　1.4　燃氣、蒸汽聯合循環熱電冷三聯供系統

　　這種系統的熱效率為50%以上，具有啟停靈活、啟動成功率高、調峰范圍廣等特點，單位千瓦造價可節省投資1/3，建設工期短1/2，占地減少1/2，耗水量減少2/3。今后，我國將會加快發展速度。

　　1.5　新技術、新設備的引進

　　包括天然氣節能及應用技術，其中尤為高效的是低溫燃氣鍋爐、冷凝式鍋爐和密封式廢熱發電供熱設備。控制技術及系統，使平均每產生1kWh的熱量所排放的CO 2 不超過0.23kg，使供熱設備的平均效率達到87%以上。燃燒技術及各種類型燃油和燃氣壓力通風燃燒器，低溫熱交換器等。

　　1.6 　雖然天然氣供熱成本提高了，提高能效要增加投資，但為了使城市的天空變藍，為了可持續發展，國家和一些城市仍采取優惠政策鼓勵使用天然氣等清潔能源。

　　2　燃氣供熱發展的背景

　　從90年代以來，在以下因素的作用下，促進了我國燃氣供熱的發展。

　　2.1　環境保護政策

　　我國城市環境問題主要是燃煤引起的。如北京市年用煤量達2800萬噸，約占總用能量的75%，空氣呈現為典型的煤煙型污染特征，大氣中SO 2 的90%來自于燃煤，采暖期用煤增加，SO 2 濃度從非采暖期的30～40μg/m 3 ，猛增至標準的3.5倍，總懸浮顆粒物2/3來源于煙塵。世界許多大城市的經驗表明，改善大氣污染狀況的根本途徑是改變燃料結構。用天然氣供熱對改善大氣質量有明顯的效益。煤、油和燃氣的燃燒排放量見表2。

　　表2　煤、油和燃氣的燃燒排放量　　　單位：公斤/噸油當量

　　排放量 燃燒1噸油 燃燒(1噸油當量)

　　的煤炭 燃燒(1噸油當量)

　　的天然氣 CO 2 3100 4800 2300 SO 2 20(含8%未脫) 6(煤中含1%硫80%已脫除) 0 NO x 6(工業用) 11(工業用) 4(工業用) CO 6～30 4.52 0.53 未燃烴 0.5 0.3 0.045 灰 0 220 0 飛灰 0 1.4 0

　　從表2可知，燃燒天然氣不排放SO 2 ，并比燃煤減少氮氧化合物45%，減少CO 2 52%;比燃油減少氮氧化合物63%，減少CO 2 26%。按照國際上采用的成本效率分析法，即把大氣污染濃度或總排放量降到指標水平的成本最低分析方法，發展天然氣供熱是一個可選擇的最佳方案。

　　2.2　能源政策

　　能源生產、消費方式對設備耗能和能效有很大的影響。如大、中型燃煤鍋爐房平均運行熱效率約為75%;電廠熱效率約為33%，供熱效率約為83.7%，能源轉換總效率約為38%;燃天然氣鍋爐熱效率一般約為85%以上。由此可見，天然氣供熱方式具有明顯的節能效益。

　　2.3　建筑節能法

　　實施《民用建筑節能設計標準》后，提高了建筑隔熱保溫性能，降低了建筑采暖能耗，結果是大幅度地降低了天然氣供熱方式的年運行費用，增加了天然氣供熱方式與集中燃煤供熱采暖方式的競爭能力。

　　3　天然氣供熱技術發展的展望

　　3.1　燃天然氣鍋爐的發展

　　歐洲，在民用、商業和工業中，經常使用的燃天然氣鍋爐分為三類：標準鍋爐，低溫鍋爐和冷凝鍋爐(見圖1)。主要區別見表3。

　　表3

　　類型 供回水溫度(℃) 排煙溫度(℃) 熱效率(%) 標準鍋爐 90/70 250 88 低溫鍋爐 70/50 180 94 冷凝鍋爐 40/30 80 108

　　圖1　　鍋爐的基本類型

　　根據歐洲標準，最大供熱量為100kW標準鍋爐的熱效率，當供水溫度為70℃時應大于88%;30%部分負荷時的熱效率應為86%，此時相應的供水溫度為50℃。在低溫鍋爐內，設有專門的加熱表面，防止煙氣冷凝。100kW低溫鍋爐，滿負荷且供水溫度為70℃時，熱效率為90.5%;在30%部分負荷且供水溫度為40℃時，效率亦為90.5%。這就說明：在整個采暖期內，鍋爐熱效率維持不變，這是一項重要的經濟指標。在冷凝鍋爐內安裝有由鋁、硅、不銹鋼或其他不腐蝕材料制成的熱交換器，在熱交換器中冷卻燃燒氣體直到冷凝熱釋放出來并被供熱系統利用，由于這種鍋爐能利用煙道中水蒸汽所含的冷凝熱，因此，熱效率能夠提高到105%以上。

　　3.2　燃燒器的發展

　　燃燒器有三種類型(見表4)。燃燒器由外罩或消音罩，帶馬達和葉輪的電動送風裝置，帶整體電路和程序控制器安全保護系統，帶風/氣混合裝置的燃燒器外殼及燃氣管道等組成。許多燃燒器還具有內部廢氣循環系統，以減少NO x 的排放量。

　　表4　燃燒器的分類

　　類型 NO x 排放量(mg/kWh) 備注 普通燃燒器 120 　 低NO_排放的燃燒器 60～80 　 雙料燃燒器 　 燃氣或燃油

　　3.3　燃氣采暖技術及設備的發展

　　包括有熱媒的集中采暖技術和無熱媒的集中采暖技術，現介紹適合于工廠、倉儲、第三產業的輻射采暖技術(熱水爐+加熱地板或輻射板;輻射板、輻射管或多燃燒器輻射管網絡)和熱風采暖技術(熱水爐+加熱器;熱風發生器、加熱器及補給系統)。這種采暖方式具有設備效率高，獨立的加熱器具，可靠性高，舒適和節能等優點。

　　3.4　燃氣兩用爐的發展

　　開發適合于我國住宅建筑需要的單臺容量為9kW、14kW的機組。

　　4　燃氣供熱市場發展的展望

　　4.1　影響燃氣供熱發展趨勢因素的分析

　　影響發展的最主要四個因素：天然氣產量與需要量的矛盾;天然氣供熱成本與用戶承受能力的矛盾;各種天然氣供熱方式的比較;電力供熱的發展及電力、天然氣互補的供熱方式等。

　　4.1.1　天然氣產量與需要量的矛盾

　　表5表示我國天然氣產量和需求預測量，從表5可知，2000年前需求基本平衡，在2010年約有500億m3/年缺口，計劃由周邊國家俄羅斯、中亞三國以及亞太地區或中東地區引進。

　　表5　天然氣產量與需求預測表

　　時間 天然氣需求量

　　(億m 3 /年) 國內天然氣產量

　　(億m 3 /年) 2000年 350/約為總能耗的2.5% 350 2010年 1200/約為總能耗的6～7% 700 　　表6表示1995年世界天然氣的消費構成，從表6可知，居民及商業用天然氣量：西歐約為45%，北美39%，東歐26%，前蘇聯16%。據有關規劃部門預測，至2010年我國將有200多個城市利用天然氣，年用氣量400億m 3 ，約占總量的33%。 表6　1995年世界天然氣消費構成(%)

　　發電 工業 化工原料 居民及商業 西歐 17 24 4 45 北美 13 34 4 39 東歐 16 45 13 26 前蘇聯 36 44 4 16 非洲 42 45 4 9 中東 32 54 9 5 東南亞 38 44 10 8 世界 26 43 5 26 　　表7為北京市1998年天然氣消費構成，從表7可知，燃氣供熱約占總量的26%。 表7　北京市天然氣消費構成

　　采暖 炊事 公服 工業 其他 天然氣量(Nm 3 /a) 0.85 0.9 0.54 0.3 0.65 百分比(%) 26.2 27.7 16.6 9.3 20.2 　　我國建筑市場巨大，1995～2000年，預計每年全國城市新建住宅建筑面積約2.4億m 2 。2000～2010年每年新建住宅建筑面積約3.4億m 2 。至2010年采暖區約有住宅面積21.6億m 2 ，房屋建筑面積為40億m 2 。

　　至2010年，如果有10%的天然氣用于供熱，供熱面積約為9億m 2 ，僅能滿足12%房屋建筑面積的要求。

　　北京市燃氣供熱的發展規劃見表8，從表8可知，至2010年，天然氣供熱面積約為8000萬m 2 ，燃氣供熱熱化率為28%。 表8　北京市燃天然氣供熱規劃

　　全市房屋建筑面積

　　(萬m 3 ) 供熱天然氣量

　　(億m 3 /年) 燃天然氣供熱熱化率(%) 2000年 22547 3.76 11 2010年 30402 12 28

　　4.1.2　天然氣供熱成本和用戶承受能力

　　采用“住宅區采暖方式的選擇”一文中的數據(見表9)，從表9可知，天然氣供熱收費較高，在當前用戶的收入條件下，將會存在收費困難的問題。它是影響天然氣供熱發展的主要原因之一。 表9　供熱收費的比較

　　供熱費用(元/m 2 . a) 方案說明 方案1 30.25 集中燃氣鍋爐房 方案2 28.88 分散燃氣鍋爐房 方案3 29.33 每棟樓設燃氣鍋爐房 方案4 22.63 分戶燃氣兩用爐 方案5 20 集中燃煤鍋爐房 方案6 22.45 熱泵采暖方式

　　4.1.3　各種天然氣供熱方式的比較

　　房屋開發商、用戶對采暖能源方式和采暖方式都有選擇的余地，一般對已建集中燃煤鍋爐房采用煤改氣方式。新建小區可采用分散燃煤鍋爐房方式，或者選擇分戶采暖方式。通過競爭促進生產廠家不斷提高產品的性能，降低價格，從而使燃天然氣供熱走向健康發展的道路。

　　4.1.4　電力供熱的發展及電力、天然氣互補的供熱方式

　　目前，電力生產與需求的矛盾在縮小，電力走向了買方市場，許多地方采用了最理想的清潔能源-電作為采暖的熱源，這符合“因地制宜，多種熱源，多種途徑”的供熱發展方針。為了提高電動熱泵的出力，可利用燃氣改善電力空調的性能，常用的作法是：利用燃氣冬季加熱分體式小型電動熱泵的室外機;或在室內機中附設再熱盤管，利用燃氣加熱的熱水采暖。

　　4.2　環保政策是燃氣供熱發展的保證

　　從以上分析可知，燃天然氣供熱投資較高，供熱成本較高，限制了它的發展。但是治理環境，保護資源和生態環境的國家環保政策保證了這項事業的發展。具體的措施如下：

　　4.2.1　限制燃煤設施的發展，明確規定不準新建燃煤設施的區域。

　　4.2.2　公布了有關的優惠政策，如采暖鍋爐燃煤改造為使用天然氣的，免交城市基礎設施建設費;申請報裝天然氣的，免收城市氣源建設費。由于氣源建設費一般高于工程本身費用，因此，這一優惠政策的出臺，使許多用戶使用燃氣成為可能。

　　4.2.3　明確了實現無燃煤區的時間。

　　4.3　高新技術是減少燃天然氣供熱設備的能耗，擴大供熱面積，降低成本的措施。

　　4.3.1　起步高

　　從歐洲引進了燃天然氣供熱的高科技技術和設備，使我國在中短期內就能實現規定的目標。

　　4.3.2　國產化快

　　采取合資和獨資方式使現代燃天然氣供熱設備國產化。

　　進口的、國產化的設備是能量損失少的熱效率高的設備。對于燃天然氣供熱設備來說，有兩項重要的指標：第一是安全，第二是效率。這些設備是我國發展天然氣供熱的重要措施。

　　據預測，2000～2010年，燃天然氣供熱的房屋建筑面積將以每年約6000萬m 2 ～8000萬m 2 的速度增長。

　　參考文獻

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