本文是一篇高级工程师职称论文，发表在《城市燃气》上，杂志创刊于1992年，由住房和城乡建设部主管，中国城市燃气协会主办。以提高城市燃气技术水平，推动城市燃气行业管理为宗旨。宣传党和国家发展城市燃气的方针政策和有关法规;交流城市燃气规划建设、输配供应、安全管理、经营服务、设备生产、企业改制的经验;探讨气源、输配、燃烧与应用新技术;普及城市燃气的基本知识;报道各地城市燃气建设和发展动态;介绍协会活动及会员单位概况;提供国外燃气发展信息，介绍国外先进技术。本刊自办发行，欢迎广大读者订阅。
1 燃气供热发展的现状
随着我国对环境保护的重视，城市燃料结构以煤为主并采取以热电厂和区域锅炉房供热的集中供热方式受到了挑战;热电厂高空排放有利于改善供热地区的排放浓度，但其总排放量包括发电用煤将超过采暖用煤的排放总量，因此，必须以清洁能源供替煤炭，以减少污染物的排放量，达到国家要求的环境标准。在此形势下燃气供热得到了迅速发展，主要表现如下。
1.1 集中供热燃煤锅炉房的改造
北京市集中供热锅炉房的概况见表1。目前大部分已由燃煤改为燃气。据1998年统计，北京市已有427户燃煤锅炉改为燃气，容量为2310蒸吨。
表1 市区1996年底集中供热锅炉房统计表
单台锅炉容量
(t/h) 集中锅炉房个数 96年底供热面积
(万m 2 ) 40 8 714 35 6 368 20 38 1436 15 3 108 10 52 902 107 3528
以方庄供热厂(10台29MW热水锅炉)和左家庄供热厂(2台35t/h中压蒸汽锅炉和12台29MW热水锅炉)改造后的测试数据说明燃气后的环保效益及节能效益。锅炉热效率从燃煤75%提高到90.6%，改造后每年可减少粉尘排放量1300吨，SO 2 6400吨，废渣6万吨，废水40万吨，排放NOx一般在100ppm内。左热厂供热成本从燃煤的30.36元/GJ上升到燃气的74元/GJ，方庄从41.77元/GJ上升到89.5元/GJ,天然气价格约是煤炭价格的3.5倍是造成成本上升的主要原因。全部改造的投资约8000万元，其中锅炉本体改造2800万元(包括炉底改造);进口燃烧器系统2100万元(包括进口税);仪表控制系统910万元(包括DCS系统改造);风机等附机系统和附属设施2000万元。改造后两厂提高了供热能力116MW。
1.2 壁挂式燃气两用炉
这种采暖方式的主要优点是洁净，产生污染物少;节能，约可节省7%左右的热能;舒适，用户可根据需要自行调节;简单，将集中供热计量问题简化为燃气计量。近年来，全国约有250万m 2 ～300万m 2 住宅建筑采用了这种采暖方式。其中北京市约100万m 2 ，秦皇岛20万m 2 ，天津30万m 2 ，哈尔滨10万m 2 ，长春10万m 2 ，廊坊30万m 2 ，乌鲁木齐、石河子约10万m 2 ，西安、咸阳、宝鸡约20万m 2 ，青岛10万m 2 ，济南10万m 2 ，烟台10万m 2 等。北京市城建集团为了解壁挂式燃气两用炉的采暖效果及经济性，设备的安全性，系统供热能力，对燃气两用炉进行了一个采暖期的测试。测试结果说明：经济性，在燃气维持现行价格的条件下，采暖费用和目前集中供热比，至少可做到持平;安全性，无人值守自动运行，运行稳定可靠，一旦发生停气、停水、停电等突发事故，采暖炉的安全保护装置立即起到保护系统安全的作用;生活热水的影响，采暖时合理安排使用生活热水，对室温产生的影响可以接受。
1.3 中央供热机组和燃气热水锅炉
中央供热机组(采暖、生活热水)是酒店、餐厅、写字楼、公寓的供热设施，单台容量从0.116MW至4.187MW。燃气热水锅炉(采暖、生活热水)是楼栋或几个楼栋的分散供热设施，单台容量从0.35MW至10.5MW。由于上述设备以天然气或油作为能源，热效率大约等于90%，废气、烟尘排放符合国家一类地区标准，采用智能控制系统，无需专人值守，深受用户欢迎，市场份额逐渐扩大。
1.4 燃气、蒸汽联合循环热电冷三联供系统
这种系统的热效率为50%以上，具有启停灵活、启动成功率高、调峰范围广等特点，单位千瓦造价可节省投资1/3，建设工期短1/2，占地减少1/2，耗水量减少2/3。今后，我国将会加快发展速度。
1.5 新技术、新设备的引进
包括天然气节能及应用技术，其中尤为高效的是低温燃气锅炉、冷凝式锅炉和密封式废热发电供热设备。控制技术及系统，使平均每产生1kWh的热量所排放的CO 2 不超过0.23kg，使供热设备的平均效率达到87%以上。燃烧技术及各种类型燃油和燃气压力通风燃烧器，低温热交换器等。
1.6 虽然天然气供热成本提高了，提高能效要增加投资，但为了使城市的天空变蓝，为了可持续发展，国家和一些城市仍采取优惠政策鼓励使用天然气等清洁能源。
2 燃气供热发展的背景
从90年代以来，在以下因素的作用下，促进了我国燃气供热的发展。
2.1 环境保护政策
我国城市环境问题主要是燃煤引起的。如北京市年用煤量达2800万吨，约占总用能量的75%，空气呈现为典型的煤烟型污染特征，大气中SO 2 的90%来自于燃煤，采暖期用煤增加，SO 2 浓度从非采暖期的30～40μg/m 3 ，猛增至标准的3.5倍，总悬浮颗粒物2/3来源于烟尘。世界许多大城市的经验表明，改善大气污染状况的根本途径是改变燃料结构。用天然气供热对改善大气质量有明显的效益。煤、油和燃气的燃烧排放量见表2。
表2 煤、油和燃气的燃烧排放量 单位：公斤/吨油当量
排放量 燃烧1吨油 燃烧(1吨油当量)
的煤炭 燃烧(1吨油当量)
的天然气 CO 2 3100 4800 2300 SO 2 20(含8%未脱) 6(煤中含1%硫80%已脱除) 0 NO x 6(工业用) 11(工业用) 4(工业用) CO 6～30 4.52 0.53 未燃烃 0.5 0.3 0.045 灰 0 220 0 飞灰 0 1.4 0
从表2可知，燃烧天然气不排放SO 2 ，并比燃煤减少氮氧化合物45%，减少CO 2 52%;比燃油减少氮氧化合物63%，减少CO 2 26%。按照国际上采用的成本效率分析法，即把大气污染浓度或总排放量降到指标水平的成本最低分析方法，发展天然气供热是一个可选择的最佳方案。
2.2 能源政策
能源生产、消费方式对设备耗能和能效有很大的影响。如大、中型燃煤锅炉房平均运行热效率约为75%;电厂热效率约为33%，供热效率约为83.7%，能源转换总效率约为38%;燃天然气锅炉热效率一般约为85%以上。由此可见，天然气供热方式具有明显的节能效益。
2.3 建筑节能法
实施《民用建筑节能设计标准》后，提高了建筑隔热保温性能，降低了建筑采暖能耗，结果是大幅度地降低了天然气供热方式的年运行费用，增加了天然气供热方式与集中燃煤供热采暖方式的竞争能力。
3 天然气供热技术发展的展望
3.1 燃天然气锅炉的发展
欧洲，在民用、商业和工业中，经常使用的燃天然气锅炉分为三类：标准锅炉，低温锅炉和冷凝锅炉(见图1)。主要区别见表3。
表3
类型 供回水温度(℃) 排烟温度(℃) 热效率(%) 标准锅炉 90/70 250 88 低温锅炉 70/50 180 94 冷凝锅炉 40/30 80 108
图1 锅炉的基本类型
根据欧洲标准，最大供热量为100kW标准锅炉的热效率，当供水温度为70℃时应大于88%;30%部分负荷时的热效率应为86%，此时相应的供水温度为50℃。在低温锅炉内，设有专门的加热表面，防止烟气冷凝。100kW低温锅炉，满负荷且供水温度为70℃时，热效率为90.5%;在30%部分负荷且供水温度为40℃时，效率亦为90.5%。这就说明：在整个采暖期内，锅炉热效率维持不变，这是一项重要的经济指标。在冷凝锅炉内安装有由铝、硅、不锈钢或其他不腐蚀材料制成的热交换器，在热交换器中冷却燃烧气体直到冷凝热释放出来并被供热系统利用，由于这种锅炉能利用烟道中水蒸汽所含的冷凝热，因此，热效率能够提高到105%以上。
3.2 燃烧器的发展
燃烧器有三种类型(见表4)。燃烧器由外罩或消音罩，带马达和叶轮的电动送风装置，带整体电路和程序控制器安全保护系统，带风/气混合装置的燃烧器外壳及燃气管道等组成。许多燃烧器还具有内部废气循环系统，以减少NO x 的排放量。
表4 燃烧器的分类
类型 NO x 排放量(mg/kWh) 备注 普通燃烧器 120 低NO_排放的燃烧器 60～80 双料燃烧器 燃气或燃油
3.3 燃气采暖技术及设备的发展
包括有热媒的集中采暖技术和无热媒的集中采暖技术，现介绍适合于工厂、仓储、第三产业的辐射采暖技术(热水炉+加热地板或辐射板;辐射板、辐射管或多燃烧器辐射管网络)和热风采暖技术(热水炉+加热器;热风发生器、加热器及补给系统)。这种采暖方式具有设备效率高，独立的加热器具，可靠性高，舒适和节能等优点。
3.4 燃气两用炉的发展
开发适合于我国住宅建筑需要的单台容量为9kW、14kW的机组。
4 燃气供热市场发展的展望
4.1 影响燃气供热发展趋势因素的分析
影响发展的最主要四个因素：天然气产量与需要量的矛盾;天然气供热成本与用户承受能力的矛盾;各种天然气供热方式的比较;电力供热的发展及电力、天然气互补的供热方式等。
4.1.1 天然气产量与需要量的矛盾
表5表示我国天然气产量和需求预测量，从表5可知，2000年前需求基本平衡，在2010年约有500亿m3/年缺口，计划由周边国家俄罗斯、中亚三国以及亚太地区或中东地区引进。
表5 天然气产量与需求预测表
时间 天然气需求量
(亿m 3 /年) 国内天然气产量
(亿m 3 /年) 2000年 350/约为总能耗的2.5% 350 2010年 1200/约为总能耗的6～7% 700 表6表示1995年世界天然气的消费构成，从表6可知，居民及商业用天然气量：西欧约为45%，北美39%，东欧26%，前苏联16%。据有关规划部门预测，至2010年我国将有200多个城市利用天然气，年用气量400亿m 3 ，约占总量的33%。 表6 1995年世界天然气消费构成(%)
发电 工业 化工原料 居民及商业 西欧 17 24 4 45 北美 13 34 4 39 东欧 16 45 13 26 前苏联 36 44 4 16 非洲 42 45 4 9 中东 32 54 9 5 东南亚 38 44 10 8 世界 26 43 5 26 表7为北京市1998年天然气消费构成，从表7可知，燃气供热约占总量的26%。 表7 北京市天然气消费构成
采暖 炊事 公服 工业 其他 天然气量(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 我国建筑市场巨大，1995～2000年，预计每年全国城市新建住宅建筑面积约2.4亿m 2 。2000～2010年每年新建住宅建筑面积约3.4亿m 2 。至2010年采暖区约有住宅面积21.6亿m 2 ，房屋建筑面积为40亿m 2 。
至2010年，如果有10%的天然气用于供热，供热面积约为9亿m 2 ，仅能满足12%房屋建筑面积的要求。
北京市燃气供热的发展规划见表8，从表8可知，至2010年，天然气供热面积约为8000万m 2 ，燃气供热热化率为28%。 表8 北京市燃天然气供热规划
全市房屋建筑面积
(万m 3 ) 供热天然气量
(亿m 3 /年) 燃天然气供热热化率(%) 2000年 22547 3.76 11 2010年 30402 12 28
4.1.2 天然气供热成本和用户承受能力
采用“住宅区采暖方式的选择”一文中的数据(见表9)，从表9可知，天然气供热收费较高，在当前用户的收入条件下，将会存在收费困难的问题。它是影响天然气供热发展的主要原因之一。 表9 供热收费的比较
供热费用(元/m 2 . a) 方案说明 方案1 30.25 集中燃气锅炉房 方案2 28.88 分散燃气锅炉房 方案3 29.33 每栋楼设燃气锅炉房 方案4 22.63 分户燃气两用炉 方案5 20 集中燃煤锅炉房 方案6 22.45 热泵采暖方式
4.1.3 各种天然气供热方式的比较
房屋开发商、用户对采暖能源方式和采暖方式都有选择的余地，一般对已建集中燃煤锅炉房采用煤改气方式。新建小区可采用分散燃煤锅炉房方式，或者选择分户采暖方式。通过竞争促进生产厂家不断提高产品的性能，降低价格，从而使燃天然气供热走向健康发展的道路。
4.1.4 电力供热的发展及电力、天然气互补的供热方式
目前，电力生产与需求的矛盾在缩小，电力走向了买方市场，许多地方采用了最理想的清洁能源-电作为采暖的热源，这符合“因地制宜，多种热源，多种途径”的供热发展方针。为了提高电动热泵的出力，可利用燃气改善电力空调的性能，常用的作法是：利用燃气冬季加热分体式小型电动热泵的室外机;或在室内机中附设再热盘管，利用燃气加热的热水采暖。
4.2 环保政策是燃气供热发展的保证
从以上分析可知，燃天然气供热投资较高，供热成本较高，限制了它的发展。但是治理环境，保护资源和生态环境的国家环保政策保证了这项事业的发展。具体的措施如下：
4.2.1 限制燃煤设施的发展，明确规定不准新建燃煤设施的区域。
4.2.2 公布了有关的优惠政策，如采暖锅炉燃煤改造为使用天然气的，免交城市基础设施建设费;申请报装天然气的，免收城市气源建设费。由于气源建设费一般高于工程本身费用，因此，这一优惠政策的出台，使许多用户使用燃气成为可能。
4.2.3 明确了实现无燃煤区的时间。
4.3 高新技术是减少燃天然气供热设备的能耗，扩大供热面积，降低成本的措施。
4.3.1 起步高
从欧洲引进了燃天然气供热的高科技技术和设备，使我国在中短期内就能实现规定的目标。
4.3.2 国产化快
采取合资和独资方式使现代燃天然气供热设备国产化。
进口的、国产化的设备是能量损失少的热效率高的设备。对于燃天然气供热设备来说，有两项重要的指标：第一是安全，第二是效率。这些设备是我国发展天然气供热的重要措施。
据预测，2000～2010年，燃天然气供热的房屋建筑面积将以每年约6000万m 2 ～8000万m 2 的速度增长。
参考文献
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