4 燃用天然气集中锅炉房供热 4．1概述
以蒸汽或热水为载热介质，由集中热源通过供热管网向整个城镇或其中某一地区的用户供应生产和生活用热，称热，又称集中供热。以锅炉房为热源的集中供热称为集中锅炉房供热。
从七十年代末、八十年代初开始，随着我国国民经济的快速发展及人民生活水平的不断改善，对城市供热质量的
环境保护的要求逐渐提高，使城市供热方式开始向大型集中发展。特别是大量住宅小区的出现，进一步促进了城市集中
据不完全统计，北京市3～6台14MW的锅炉房约35座，3～12台29MW及以上的锅炉房约45座，总安装容量约10000为北京市采暖供热的主力军。
上述集中锅炉房中，基本上是以煤为燃料。在燃煤的条件下，集中供热与分散供热相比，有明显优势：大量减少
量，便于烟气高空排放；大型锅炉热效率高，减少了燃料消耗，具有明显的节能效果；能配用除尘效率较高的除尘设
水膜除尘器为主），锅炉燃煤量的减少，从而直接改善了环境状况。另外，集中供热还减少了锅炉房占地面积，有利的合理使用。
由于上述原因，我国供热事业的发展，有一条基本原则，即将分散供热逐渐向集中供热过渡。就北京市而言，过
期里，仍以分散供热为主，容量4t/h以下锅炉为主的锅炉房占了大多数，近年来通过连片供暖，有了明显改观。据市
2
2
介绍：1999年底，全市锅炉房供暖的建筑面积1.4亿m，其中居民供暖建筑面积1.05亿m，总计锅炉房2700多座，
2
多台（2t/h以上），其中单台热容量10t/h以上锅炉房215座，锅炉约800台，供暖建筑面积0.7亿m，也就是说，
2
尚有0.7亿m的建筑面积仍由10t/h以下的小锅炉供暖。目前，锅炉的燃料在煤改气的发展方针下，这些尚未集中的
和新建的建筑还要不要继续坚持集中的发展方向，将是一个极待解决的问题，本章讨论的内容就是围绕这一目的进行4.2 工程分析 4.2.1 规模
6
为研究对比方便，设定集中锅炉房的总供热负荷为1256.04GJ/h（300³10kcal/h），燃料为天然气。供暖热指（55kcal/mh）。 4.2.2 系统与设备
2
本章所研究的内容是不发电只供热的集中锅炉房，其热负荷只考虑采暖热负荷，不包括生活热水热负荷。由此，热水锅炉容量和供热规模，锅炉房拟采用以下四种方案。 方案一（大型）
锅炉容量 116MW（99.76³l0kcal/h）热水锅炉 锅炉台数 三台
6
住宅小区锅炉房数量 一座
住宅小区锅炉总容量 348MW（299.28³l0kcal/h） 供热方式 间接供热 供热站数量 35座 小时额定燃气量 38820 Nm/h
年燃气量 7891³l0Nm／a 4
3
3
6
占地面积 方案二（中型）
锅炉容量 锅炉台数 住宅小区锅炉房数量 住宅小区锅炉总容量 供热方式 供热站数量 小时额定燃气量 年燃气量 占地面积 方案三（小型）
锅炉容量 每个锅炉房锅炉台数 住宅小区锅炉房数量 住宅小区锅炉房总容量 供热方式 供热站数量 小时额定燃气量 年燃气量 占地面积 方案四（楼栋式）
锅炉容量 2.2hm2
14MW（12.0³l06
kcal/h）热水锅炉 五台 五座
350MW （301³106
kcal/h） 间接供热 35座 39690Nm3
/h
8068³104
Nm3
/a 2.65hm2
4.2MW（3.6³l06
kcal/h）热水锅炉 三台 28座
（3034³l06
kcal/h） 直接供热 0 39690Nm3
/h
8068³104
Nm3
/a 5.6hm2
0.35MW（0.3³l06
kcal/h）热水锅炉 352.8MW
每个锅炉房锅炉台数 3台 住宅小区锅炉房数量 366座 住宅小区锅炉房总容量 384.3MW
供热方式 直接供热 供热站数量 0 小时额定燃气量 40590Nm/h
年燃气量 8251³l0Nm/a 占地面积 安装在每栋住宅楼中
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3
3
为方便论述，将方案一称为大型燃气锅炉房，方案二称为中型燃气锅炉房，方案三称为小型燃气锅炉房，方案四式燃气锅炉房。
对于供热方式，方案一及方案二采用间接供热，即通过一次管网将高温热水送至小区内各换热站将二次水加热，
过二次管网送至采暖用户。方案三及方案四采用直接供热方式，锅炉生产的热水直接送至采暖用户，方案三有热网，没方案四布置在每栋住宅楼中，所以既无热网，也无换热站。 4.2.3 环境影响 4.2.3.1 烟气
根据各方案不同的燃料消耗量和烟气量，计算出的排放量浓度见表4.1。从表可见，各方案排放浓度均达标。大房氮氧化物（NOx）的排放浓度相对较高，是由于相对烟气量较小所致。
锅炉房污染物排放浓度
表4.1 单位
锅炉房规模 （锅炉烟气排放浓度国家标准） 大型燃气锅炉房 中型燃气锅炉房 小型燃气锅炉房 楼栋式燃气锅炉房 SO2 （50） 0.35 0.31 0.31 0.29 烟尘 （50） 4.00 4.00 4.00 3.69 NOx（300812626464.2.3.2 污水
锅炉选用热水锅炉，按照北京的一般水质，对热网补充水的处理采用钠离子交换即可，无酸性及碱性水排放。 4.2.3.3 噪声
选用低噪声设备，采取减振。隔声措施，采用燃烧器消声器、烟道消声器、水泵减震基础、隔声窗。隔声门，达声控制要求。 4.2.4 能源利用效率
燃气热水锅炉的热效率高，除容量极小的锅炉采用大气式燃烧方式致使热效率低于85％以外，锅炉热效率基本
左右。上述四种方案中，在供热量相同的情况下，由于锅炉热效率的不同，方案四（楼栋式燃气锅炉房）燃气量较大，型燃气锅炉房）燃气量最小。
燃气在锅炉中的燃烧温度约1400°C，而产出的供水温度一般在95～130°C之间，由于传热温差过大，从能源角度考虑，上述四种区域锅炉房供热与热电联产供热相比是不经济 的。
4.2.4 技术经济分析
具有间接供热方式的方案一和方案二规模较大，一般由供热公司或房地产开发公司经营，只负责到换热站之前。
资计算时，只计算到换热站前，即工程总投资不含二次管网的投资。方案三和方案四一般由建设单位管理，锅炉房和网投资皆由建设单位筹措。各方案的技术经济指标计算结果见表4.2。
燃气锅炉房主要技术经济指标表
表
4.2
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 数量） 锅炉安装总容量 小时最大热负荷 小时额定燃气量 年燃气量 占地面积（锅炉房/热交换站） 锅炉房总投资 热网总投资 供热工程总投资 年供热总成本 单位面积供热成本 名称 锅炉容量³台数（锅炉房单位 方案一 方案二 方案三 方MW³台（座） 116MW³3（1座） 14MW³5（5座） 4.2MW³（28座） MW MW Nm/h 30.35M座348 348 38820 350 348 39690 8068 2.65 16500 24400 40900 18258 33.51 352.8 348 39690 8068 5.6 18144 11340 29484 17602 32.00 3410Nma hm 243 7891 2.2 22500 44000 66500 19309 35.11 8安装在万元 万元 万元 万元/a 元/m.a 2142134.3 适用条件与适用范围
通过上述四个方案技术性能与经济分析，对于区域锅炉房的供热方式的适用条件与使用范围，可形成以下共识：
（1）由于煤改气，清洁燃料天然气的使用，大型区域锅炉房（方案一）在燃烧效率、环境影响等方面已无明显
型、小型区域锅炉房（方案二、三）则有投资省、运行成本低、规模适中、布局灵活等（特别是方案三）的突出优势于燃气的区域锅炉房供热，其规模在几万至几十万平方米供暖面积的范围内较为适宜。
（2）楼栋式锅炉房（方案四），虽有投资小、运行成本低。占地少（布置在住宅楼内）、便于筹资的优点，但
较低，不易采取低NOx措施，再加上烟气的低空排放等原困，不适合大面积采用，可作为其它区域锅炉房供热方案的调
（3）大型燃气锅炉房主要问题是投资高，但其锅炉燃烧效率高，可采用低NOx措施，运行成本较低，相对占地于已形成市区热网的地方，为充分发挥己有集中供热的潜力，可适当配合采用。 5 燃用天然气常规热电联产供热 5.1 概述 5.1.1 基本原理
同时生产电能和热能（蒸汽或热水）的能量转换生产过程称为热电联产。这种生产过程一般是在装备有蒸汽锅炉电机组的发电厂内实现，因此，称为热电厂。采用这种方式供热亦称为常规热电联产供热。
热电厂因供热方式不同，有多种机组型式：背压机组，是不设置冷凝器，适当提高汽轮机的尾部汽压，用尾部蒸
热或通过换热器交换成热水对外供热。抽汽机组，是保留冷凝器，在汽轮机的中段增设抽汽口，由抽汽口抽出的蒸汽
热水）供热。抽背机组，是背压机组与抽汽机组相结合的一种型式。低温循环水供热，亦称低真空供热，是将冷凝器
（0.005Mpa,饱和温度33℃）适当提高，如0.04Mpa（饱和温度76°C），将冷凝器中交换出的热水（60°C-70°C）或通过外部加热器再次提高供水温度向外供热。
热电厂生产的原则是以热定电，供暖期间，按热定电运行，非采暖季则以生产负荷定电运行，无生产负荷时，也运行但经济性较差，甚至低于同容量的凝汽式机组（两用机组除外）。
热电厂中蒸汽锅炉的燃料为煤、油、燃气等。过去，北京市的热电厂绝大多数以燃煤为主，少量燃油。由于燃料化，今后北京市已建热电厂和新建热电厂都要以燃烧天然气为主，燃油为辅。 5.1.2 技术性能分析
热电联产与热电分产相比较，最大的优点是提高了能源利用率。对于凝汽式火力发电厂，能量总损失约为60-70
炉效率、汽轮机内效率、汽机和发电机损失、冷却水热损失等），发电效率只有30-40％，其中能量损失最多的是凝汽
一般是通过冷却塔将能量发散至大气中，这部分能量，品位低（32℃）数量大，约占燃料总能量的45-55％。热电联
的（不论何种机组型式），是将在汽轮机内膨胀作功后的蒸汽或适当提高汽轮机尾部蒸汽压力，亦即提高冷源的能量温度），满足对外供热的需求。通过这种废热利用，热电厂的总能量利用率可提高至70-85％。
若从热电分产考虑，供热热源（区域锅炉房）的能量利用率主要取决于锅炉热效率，北京市区域锅炉房的锅炉容
以上的只占一部分，相当数量是t/h及以下的小锅炉。若考虑锅炉热效率在60-80％之间变动，则热电分产的综合能
为45-60％，则热电联产比热电分产能量利用率可提高25％左右。这是国家鼓励在条件允许的前提下，发展热电联产的5.2 工程分析 5.2.1 规模
6
设定新建的燃气常规热电厂总供热负荷为1256.04GJ/h(300³10kcal/h）。拟选三炉二机，额定总发电容量115天然气，0轻柴油为备用燃料。 5.2.2 系统与设备
#
电站蒸汽锅炉生产9.8Mpa，540°C的主蒸汽，到汽轮机主汽门前压力为8.83Mpa，温度535°C进入汽轮机发电
发电容量65MW，抽汽机组发电容量50MW。背压机组背压为0.294Mpa，通过1号基本加热器，承担供热的基本热负荷（64
抽汽机组的抽汽经过2号基本加热器加热热网供水，与背压机组共同担负供热的腰部热负荷988.58GJ/h。当室外温度则通过主蒸汽的减压减温，在尖峰加热器中将供水温度加热至设计水温130℃（设计热负荷1256.04GJ/h）。 常规热电厂的主要设备：
燃气锅炉 3台 容量 230t／b 出口压力 9.8MPa 出口温度 540℃ 给水温度 215～235°C 热效率 90％ 燃料 天然气
汽轮机 1台 台
汽轮机型式 B50-8.83/0.294 C50-8.8 功率 额定／经济（MW） 65/60 50/50
进汽压力（MPa） 8.83±0.49 8.83±0.
进汽温度（℃） 535°C 5 进汽量额定/最大（t/h） 370/410 260/310 抽（排）汽压力（MPa） 0.294±0.1 0.118 抽（排）汽量 额定／最大（t/h) 306.1/385.7 180/200
+0.13
-0.05
抽（排）汽温度（℃） 146°C 饱和
给水温度（℃） 225.2 23 发电机 2台 发电机型式 QFS-60-2 功率（MW） 60 出线电压（kV） 10.5 频率（Hz） 50 功率因数 0.8 励磁方式 无刷励磁 水源可选用经处理过的中水，以节约水资源。循环冷却水水量见表5.1。 表5.1 循环冷却水水量表
凝汽量（t/h） 最大供热工况 非供热工况 35.567 143.8 冷却水量（t/h） 凝汽器 2134 8628 冷油器及发电机冷却 590 合计272921 选用2000m2自然通风冷却塔一座。
水工补充水见表5.2。
表5.2 补充水量表
补充水项目 循环水蒸发损失 循环水风吹损失 其他生产用水 化学补充水 生活用水 合计 补水量（t/h） 100 10 90 110 18（厂区）生活区社会供应 中水200t/h,自来水128t/h 备注 中水 中水 中水 自来水 自来水 5.2.3 环境影响 5.2.3.1 烟气
3
3
根据燃料消耗量和产生的烟气量，计算出的排放浓度为：二氧化硫0.34mg/m，烟尘4.3mg/m，氮氧化物79mg/
家二级排放标准之内。 5.2.3.2 污水
冷凝器循环冷却水排至城市雨水管网，其他工业废水集中处理达标后回收利用，生活污水经处理达标后排入城市5.2.3.3 噪音
热电机组产生的噪音，除选择低噪声设备外，应设置隔声罩和消音器。冷却塔机力通风应尽量远离居民集中区。5.2.4 能源利用效率
关于能源利用的热经济指标见表5.3： 5.2.5 技术经济分析
该常规热电联产主要技术经济指标见表5.4。
表5.4 常规热电联产主要技术经济指标
投资（万元） 热源 57000 热网 44000 总投资 101000 运行成本 供热成本（元/GJ） 发电成本（元/kkWh） 65.65 387.16 占地面积表5.3 常规热电联产能源利用热经济指标
运行时段 机组 指标项目 年供热量（GJ/a） 年发电量（KWh/a） 年用气量 供热气耗率（Nm/GJ） 3采暖期 锅炉主汽减压减温 全年 锅炉主汽减压减温 B50 C50 合计 B50 C50 188³10 457.92³10 26.88³10 272.8³10 444188³10 457.92³10 26.88³10 442718698.3 ³10 414520³10 4 1027.31 ³10 433218.3³10 418698.3 ³10 425000³10 4 1027.31 ³10 44368722.4 ³10 45543.7 ³10 415293.41 ³10 48722.4 ³10 48915.5 ³10 4132.07 0.197 206 72.96 32.07 0.227 156 65.52 发电气耗率（Nm/KWh） 3热电比（%） 全厂热效率（%） 5.3 适用条件和使用范围
常规热电联产在全年供热工况的节能和经济效益都相当显著，如果仅用于冬季采暖供热，在供暖季节当然效益尤
采暖季就停机，或纯凝汽运行都是不合适的；如果非采暖季有生活热水负荷或生产性负荷当然可以继续运行。由于本抽汽和排汽压力都是按采暖负荷选用的，最高压力为0.245MPa，仅适用于生活热水负荷和电站附近的制冷工艺。
在燃煤的条件下，常规热电联产供热的节能和经济效益都比热电分产有明显优势。但在燃料为天然气的条件下，
常规热电联产供热方案，除了要与区域锅炉房进行全面的技术经济比较外，还应与联合循环热电联产的供热方案进行比在这种情况下，燃气-蒸汽联合循环热电联产的节能效益可能更加明显。 6 燃气—蒸汽联合循环热电联产供热 6.1 概述 6.1.1 基本原理
这种热电联产供热，是由燃汽轮机与汽轮机共同组成的联合循环。此循环中，天然气与压缩空气在燃烧器内混合
生的高温烟气进入燃气轮机膨胀作功（部分用于带动压缩机），带动发电机发电，燃气轮机排出的高温烟气进入余热
加热产生的过热主蒸汽进入汽轮机，经膨胀作功发电，从中部抽出部分蒸汽向外供热，余汽继续作功发电，尾部排出冷凝器。
燃气-蒸汽联合循环有多种型式：余热锅炉型联合循环是其中的一种，其特点是余热锅炉是燃气轮机和汽轮机之
合点，故此得名。在各种燃气—蒸汽联合循环中，余热锅炉型联合循环是目前应用最多、效率最高已经商业化的实用
余热锅炉型联合循环，其燃气侧可以加间冷、再热；蒸汽侧一般有回热，也可再热。多压余热锅炉，是同时产生
参数的蒸汽，以提高蒸汽侧的工作性能。目前以双压余热锅炉较多。余热锅炉还分有补燃和无补燃两种。有补燃的作热锅炉中新补燃一些燃料，以产生较高参数的蒸汽。 6.1.2 技术性能分析
常规热电联产的能量利用率，只说明了燃料能量在数量上的有效利用程度，并未考虑燃料能量在质量上的利用差蒸汽联合循环热电联产与常规热电联产相比较，前者突出的优点就是提高了燃料能量在质量上的利用程度。
常规热电联产的锅炉中，天然气的燃烧温度接近1400℃，而产生的过热主蒸汽，其最高温度不超过630°C，由
过大，在汽轮机中远没有把高品位的燃料能量充分利用。在燃气轮机中，循环的最高工作温度己超过1250℃，接近燃
明燃气轮机对高品位的燃料能量的利用率远高于汽轮机。但燃气轮机的排气温度过高（约500℃左右），热损失过大
一蒸汽联合循环，就可以使燃气轮机和汽轮机“取长补短”，充分利用高品位的燃料能量。目前燃气-蒸汽联合循环的
都在45％以上，最好的己超过55％，如果再加上供热对低品位燃料能量的利用，燃气-蒸汽联合循环热电联产的总能
达85-95％。因此，燃气-蒸汽联合循环热电联产供热具有全品位充分利用燃料能量的技术性能。但是，燃气-蒸汽联联产也存在热电比较小的缺陷，如果供热是主要目标，可采取补燃或外置热水锅炉等手段给于补充。
6.2 工程分析
为便于课题研究，选用热化系数为0.66、0.33的燃气-蒸汽联合循环热电厂和设定的区域热电厂（热化系数为工程实例进行分析。燃料为天然气。 6.2.1 规模
6.2.1.1 燃气-蒸汽联合循环热电联产（I）
该方案以北京热力集团公司拟建的某燃气-蒸汽联合循环热电厂为原型。热电厂最终规模为配置两套109E型联合
6
机组，供热总热负荷为1256.04GJ/h（300³10kca/h）；发电总出力在凝汽工况时为561MW，在供热工况时为486MW，用5000小时。热化系数为0.66。该方案简称联合循环热电联产（I）。 6.2.1.2 燃气-蒸汽联合循环热电联产（II）
6
供热总热负荷仍为1256.04GJ／h；选用一套109E型联合循环热电机组和二台116.28MW （ 100³10kcal／h）的热化系数为0.33。该方案简称联合循环热电联产（II）。 6.2.1.3 联合循环区域性热电联产
为与燃气-蒸汽联合循环热电厂作比较，现设计了联合循环域性热电厂。其设计原则是以热定电，总供热负荷亦1256.04GJ/h，与上述两个联合循环热电厂相当。该方案简称区域性热电联产。
该方案需设两个发电站，每个电站拟选二套PG6561B燃气-蒸汽联合循环机组，每套机组承担供热负荷140GJ/h（33.44³10kcal/h),每套机组总发电容量51.6MW。此外，还加设一套热水锅炉，承担尖峰负荷，出力为174GJ/h（41.56³10kcal/h)。总供热能力为628GJ/h（150³10kcal/h),热化系数为0.44 6.2.2 系统与设备
6.2.2.1 联合循环热电联产（I）
6
6
6
联合循环采用余热锅炉型联合循环机组。燃气轮机单台发电容量122MW，额定排气温度544℃，余热锅炉为双压
循环，产出8.75MPa、521°C过热蒸汽进入汽轮机。汽轮机为抽汽机组，单台汽轮机的发电容量：凝汽工况65MW，抽汽
额定抽汽压力0.311MPa，通过换热器，将热网供水加热至设计供水温度130°C，经厂内管网与城市热力网主干线连接
3
冷却水补水拟用中水，需水量约771m/h；余热锅炉的补给水、热网补水、空调、生活用水皆由城市自来水供给，需水 热电厂按200KV一级电压出线。 每套主要设备（共2套）
（1）燃气轮机 型号-PG9161 （E）
额定功率-12
额定排气温度 发电机 额定容量-153MVA
（2）余热蒸汽锅炉 型式一双压、强制循环、立式
高压蒸汽出口度-8.75MPa／521℃
高压蒸汽出口流量-182t/h
低压蒸汽出口度-0.689MPa/248°C
低压蒸汽出口-45.5t/h
（3）蒸汽轮机 额定功率 凝汽工况/抽汽工况-65/40MW
高压缸迸汽压力/温度-8.38MPa/5 高压缸进汽流量-182t/h
低压缸进汽压力/温度-0.689MPa/ 低压缸进汽流量-45.5t/h
额定采暖抽汽压力-0.311MPa/146°C
额定采暖抽汽流量-181.5t/h
排汽压力—5.11k 发电机 额定容量-82MVA 6.2.2.2 联合循环热电联产（II）
联合循环方式同联合循环热电联产（I）。一台109E型联合循环热电机组负责承担供热的基本负荷；两台116.水锅炉分别担负腰部和尖峰供热负荷。
除热水锅炉外，其他设备同联合循环热电联产（I）。 6.2.2.3 区域性热电厂
压缩空气与天然气在燃烧室混合燃烧产生的高温烟气进入燃气轮机膨胀作功，作功后的烟气排出温度532°C，
无补燃烧、自然循环的余热锅炉，产生的3.87MPa、450℃的蒸汽，导入抽汽式汽轮机作功。汽轮机中部有抽汽口，抽汽压抽汽量50t／h，用来向外供热，其余蒸汽继续作功发电，最后排入冷凝器。
本供热系统，有三个热源点：一是来自蒸汽轮机的抽汽，二是来自锅炉尾部烟气余热，另一是来自热水锅炉。
供热系统流程是：热网回水一部分进入锅炉尾部加热器加热，另一部份进热网加热器，由汽轮机中部抽汽加热，热后的热水再进入热水锅炉继续加热至采暖需要的温度，并入热网，供采暖用热。
每套主要设备（共4套）： （1）燃气轮机发电机组2台（套）
型号 PG6561B
型式 重型、单轴、快装式 额定功率 39.6MW 热耗率 11320KT/kWh 排气温度 排气量 转速 发电机出线电压 发电机转速 发电机频率 （2）余热锅炉 型号 型式 额定蒸发量 出口蒸汽压力/温度 低压蒸汽压力/温度 低压蒸汽量 给水温度 出口烟气温度 （3）蒸汽轮机发电机组 型式 额定功率 进汽压力/温度 抽汽压力 抽汽温度 抽汽量 532°C 519t/h 5100r/min 10.5kV 3000r/min 50Hz 2台
Q406/541-67（11）-3.82（0.05）/450 双压、无补燃、自然循环 68t/h 3.82MPa/ 450°C 0.34MPa/ 138℃ 9.75t/h 20～25℃ 105℃ 台
单缸、抽汽凝汽式 无回热抽汽 12MW 3.43MPa／435°C 0.785MPa 290°C 50t/h
2 排汽压力 0.006MPa 转速 3000r/min 发电机出线电压 10.5kV
发电机转速 3000r／min 发电机频率 50Hz （4）热水锅炉 2台
型号 DHL58-2.45/180/110-A 额定容量 58MW 设计供水温度/回收温度 180/110°C
设计压力 2.45MPa 设计热效率 90％
3
联合循环机组共选用4台循环水冷却塔。该方案最大循环水量为9300m/h（含冷凝器冷却循环水、燃气轮机单循总自来水补水量483m/h，总中水补水量158m/h。 6.2.3 环境影响
热电厂运行对环境影响主要是排放的烟气、污水和噪声。 6.2.3.1 烟气
3
3
热电厂因燃用天然气排放的烟气中主要污染物为SO2和N0x。采用低NOx燃烧方式情况下，根据燃料消耗量和烟的主要污染物排放浓度见表6.1。
联合循环热电联产主要污染物排放浓度
表
6.1
位mg/Nm
3
联合循环热电联产（I ） 联合循环热电联产（II） 区域性热电联产 SO2 0.23 0.41 0.36 烟尘 微量 微量 4.54 NOx 63 115 84 6.2.3.2 污水
热电厂工艺系统运行产生的污水，主要有循环冷却水外排水，化学酸碱废水，厂房地面冲洗废水，余热锅炉清洗
他废水。其中除循环冷却水排放城市雨水管网外，其他工业废水经集中处理达标后尽可能回收利用，少部分排至城市生活污水经二级生化处理达标后，也排入城市污水管网。 6.2.3.3 噪声
联合循环热电联产（I）设备运行产生的噪声，在厂房内噪声值在90dB（A）左右，在厂房外噪声值为70-80dB（
噪声值的主要措施是在设备选型和定货时选 用较低噪声设备，对噪声大的设备安装隔声罩或消音器，室外机力通风冷布置在居民集中区同侧，以减少对周围环境的影响。
联合循环热电联产（II）和区域性热电联产的噪声情况及消声措施与联合循环热电联产（I）基本相同。 6.2.4 能源利用效率
经计算，联合循环热电联产（I）在供热工况下联合循环热电联产的综合热效率达76.37％。而同样供热能力、热电分产方式的综合热效率仅为62.1％。热电联产方式比热电分产方式的综合热效率高14.27％。 联合循环热电联产（II）供热方式的全年热能利用率为69.3％，其能源利用热经济指标见表6.2。 表6.2 联合循环热电联产（II）能源利用热经济指标
运行时段 机组 指标项目 年供热量 （GJ/a） 年发电量 （KWh/a） 年用气量（Nm/a） 3采暖期 全年 燃气轮机 蒸汽轮机 热水锅炉 合计 燃气轮机 蒸汽轮机 热水锅炉 35428.8 ³10 4107.2³10 4165.63 ³10 4272.83 ³10 4 61000³10 4107.2 ³10 4165.63 ³10 411616³10 4 5340³10 447044.8 ³10 425240³ 10 4 5340³10 4810734.68 ³10 4 16074.68 ³10 418482.58 ³10 4 供热气耗率 （Nm/GJ） 332.24 0.155 161 78.22 32.24 0.174 87.56 69.3 发电气耗率（Nm/KWh） 3热电比（%） 热效率（%） 区域性热电联产供热方式的全年热能利用率为65.3%，其能源利用率经济指标见表6.3。
表6.3 区域性热电联产能源利用热经济指标
运行时段 采暖期（1个电站） 全年（1个电站） 机组 燃气轮机 指标项目 年供热量 （GJ/a） 年发电量 蒸汽轮机 81.31³ 10 4热水锅炉 55.11³ 10 4合计 136.42³ 10 4燃气轮机 蒸汽轮机 热水锅炉 55.11³ 10 4 22999.68 4 39600³ 10 481.31³10 4116969.6³ 10 4（KWh/a） ³10 年用气量（Nm/a） 3 1741³10 429969.28 ³10 414947.81 ³10 4 1241³10 45³7404.3 ³10 4 9145.3 ³10 412748.44 ³10 4 1³供热气耗率 （Nm/GJ） 331.6 0.161 75.35 75.96 31.6 0.197 57 65.3 发电气耗率（Nm/KWh） 3热电比（%） 热效率（%） 6.2.5 技术经济分析
联合循环热电联产（I）、联合循环热电联产（II）和区域性热电联产的技术经济指标见表6.4。 表6.4 联合循环热电联产技术经济指标
投资（万元） 供热方式 热源 207908.96 99300 100000 热网 44000 44000 44000 总投资 251908.96 143300 144000 运行成本 供热成本（元/GJ） 62.98 63.76 62.72 发电成本（元/kkwh） 295.94 302.54 334.68 占地面积联合循环热电联产（I） 联合循环热电联产（II） 区域性热电联产 6.3 适用条件与使用范围
6.3.l 三个燃气-蒸汽联合循环热电联产供热方式，烟气排放浓度都在国家排放标准以内，能源利用率都比较高，特点品位的梯级利用，具有较高的技术性能。
6.3.2 热化系数为0.66的联合循环热电联产（I）运行成本最低（主要是发电成本），这是因为供热部分充分利用了
所致；但该方案初投资过大，全年用于发电的燃料消耗量（占75％）过多，且年污染物排放量最大，厂址又离市区过制约和国家规定的热电联产中发电比重不宜过大的原则出发，该方案不宜优先考虑。
6.3.3 热电联产应坚持以热定电的原则，联合循环热电联产（II）和区域热电联产的热化系数分别为0.33和0.44，
成本较高，但有利于环保，初投资较低。特别是区域热电联产方式，便于单位自筹资金，在允许上网的条件下，在热中应优先考虑。
7 其它供热方式 7.1 概述
随着采暖供热由社会福利变为商品，各种供热方式纷纷在市场上亮相，竞争趋势日益激烈。目前，属于分散供热的其它供热形式主要有：电采暖、小型天然气采暖等方式。
本章着重研究这些其它供热方式的特点、环境影响、能源效益、应用范围、以及市场预测等问题。 7.2 电采暖
电能是一种清洁能源，用电采暖有显著的环境效益，同时还具有方便。灵活和易于实现自动化等优点。电采暖在国内外有不同程度的应用。 7.2.1 分散式直接用电采暖（电热采暖）
分散式直接用电采暖方式很多，如：电暖气、红外线电加热器、低温辐射电热膜等。目前，北京市只有少量无采暖系统的用户采用了电暖气等分散式直接电热采暖的方式，但由于数量少和较分散，用量不易统计。电热膜采暖方式：电热膜（工作时表面温度40℃-60℃）是一种通电后能发热的半透明聚酯薄膜，由可导电的特制油墨、金属载流条经印刷、热压在两层绝缘聚酯薄膜间制成的，并配以独立的温控装置。电热膜采暖方式是以电力为热源，以电热膜为发热体，大部分热量以辐射方式送入房间。低温辐射电热膜采暖具有以下优点：舒适；节水；节省锅炉房储煤、堆灰等一系列占地；无环境污染；使用寿命长；计量、调节方便；施工简便等优点。但从节能角度看，用电采暖不合理，因为产一度电要耗能3000千卡，而只有860千卡转化为热能，能源利用效率不到30％。
7.2.2 电热锅炉和蓄热式电热锅炉
由于蓄热式电热锅炉采用低谷电蓄热，可削峰填谷，缩小电力供应峰谷差，优化电网结构，得到了华北电管局和北京市供电局推荐，用户可享受低谷电价；但一次投资较高，因此，目前在北京市应用蓄热电锅炉的项目不太多，典型项目有大唐小区，采暖面积约2万m，东四六条电热锅炉，采暖面积约7500m。 蓄热式电热锅炉的特点：
（1）电热锅炉没有燃烧，不排放有害气体，没有废弃物。因此它具有无污染、无噪音、有利于环境保护等特点。
2
2
（2）既能削峰填谷，又可充分利用低谷电价，达到经济运行的目的，使用户和电力部门都得到效益。
（3）自动化程度高，运行安全可靠，实现机电一体化。
（4）锅炉采暖系统热效率较高，但由于是直接用电这种高位能源采暖，所以综合能源效率较低。
7.2.3 电动热泵
以输出冷量为目的的装置叫制冷机，以输出较高温度的热量或同时（交替）输出冷、热量为目的的装置叫热泵。利用同一台设备既可以实现供热又可以供冷，这样的设备就是热泵，所以制冷机都可用作热泵。根据低位热源种类区分，热泵可分为空气源热泵和水源热泵等。 热泵式房间空调器，在我国用得最多的空气-空气热泵是可以进行全年空调的热泵式房间空调器。这种空调器有整体式和分离式两类。这些房间空调器适用于一个房间的全年空调，其中有的产品装有辅助电加热器，可在室外空气温度降低时补充加热。热泵型空调器通过换向阀门的变换，在夏季实现制冷循环，在冬季实现制热循环。当向室内提供同样热量时，热泵型空调器的耗电量只有电热型房间空调器的25％-50％，并且一机两用，提高了设备利用率。除此之外，热泵型房间空调器还具有安装方便、自动化程度高、操作简单等优点。但是，当室外温度低于-5℃时，其供热量减少，节能效益降低。
水源热泵，该系统由室内水源热泵、闭式水循环回路辅助设备和新风与排风系统等组成。制冷运行时，将房间的余热及机组的输入功率一起都转移到水系统中去；供热运行时，从水中提取热量。封闭循环的水系统温度范围为（15℃-35℃），高于上限温度（35℃）时，冷去塔开启，将系统多余的热量排放到大气中去，当水温低于下限温度（15°C）时，由加热设备向系统补充热量。这种系统具有调节方便、单独计价、布置紧凑、简捷灵活，设计方便、施工及运行管理简便等优点。
热泵的主要特点：
（1）合理地利用了高品位能量，综合能源效率较高。 （2）对采暖区域无污染，环保效益好。 （3）一机两用，提高了设备利用率。
（4）具有热回收功能，可以充分利用室外阳光、室内人员、电器办公设备等放出的热量，节能效益明显。
（5）运行灵活、方便、调节简便。 （6）一次性投资高，设备维护较复杂。
（7）热泵噪音较大。 7.3 小型天然气采暖方式
除燃气-蒸汽联合循环和大型区域燃气锅炉集中供热方式之外，其它的天然气采暖方式有壁挂式采暖炉和直燃机等。 7.3.1 壁挂式采暖炉
这种供暖系统是由壁挂供暖炉、室内供暖管道和散热设备组成。壁挂供暖炉一般装在厨房的墙上，燃料采用天然气。散热设备可以是普通散热器，也可以是地面辐射散热板。通常以一户一个供暖系统为主。
壁挂燃气供暖炉，目前以进口设备为主。单台容量有14kW、23kw和30kW几种规格。主要由机壳、热交换器、水气联动阀、水泵、三向阀、总安全阀、水量调节阀、压力表、温度计、排风机、排烟道和总控制盘等组成。具有结构紧凑、体积小巧。操作简便的优点。
该燃气供暖炉，可同时满足用户采暖和生活热水供应的需求。当需要采暖时，先在系统中充满水，接通电源，这时排风机和水泵自动开启，三向阀自动转向供暖位置，总控制盘自动给出点火信号，电脑控制的脉仲打火器开始打火，总安全阀和燃气调节阀自动开启，燃气进入燃烧室燃烧，加热系统水。
在用户室内装有温控器，根据用户的需求，调整温控器至设定值。在供暖过程中，壁挂供暖炉的供热量、供水温度和燃气供气量都是根据温控器的实际测量值进行自动控制，以期达到设定室温。
该供暖炉具有生活热水优先的功能。当需要生活热水供应时（如洗澡、洗衣、洗碗等），用户打开生活热水阀，此时三向阀自动转向，关闭供暖系统，打开生活热水供应系统。当生活热水停用时，三向阀又自动接通供暖系统。
设备具有良好的安全措施。由于排风机的运行，助燃空气和烟气能通过烟道从室外自由吸入和排出，燃气在燃烧室得以充分燃烧。如果排风机出现故障，总安全阀自动及时关闭，切断气源，停止燃烧。同时，还具有过热保护功能。如某个零件失灵，管路堵塞，热水循环不畅，致使供水温度超过90°C或因燃烧不完全，废气过浓时，总安全阀也会及时自动关闭，停止燃烧确保安全。
采用独立燃气壁挂供暖炉供暖，有以下一些优点： （1）与各种燃煤供暖方式比较，减少了大气污染，噪声小。
（2）设备精制，自动调节控制程度高，无谓热损失小，系统的热能利用率可达85％以上。 （3）没有集中的热源、外网建设，与集中供热相比，投资少、容易集资，建设周期快。
但燃气壁挂供暖炉供暖，也存在一些重要问题，值得注意：
（1）由于燃烧室过小，容易出现燃烧不完全，再加无降氮措施，低空排放，氮氧化物、一氧化碳浓度常会超标，特别对于高层建筑，在风力不大的情况下，在建筑的中上部形成氮氧化物的烟气“墙”，据北京市环境保护科学研究院对北京曙光小区高层住宅的测试，最高排放浓度超标二倍。
（2）存在安全、防火问题。在多层和高层住宅中，燃气壁挂供暖炉一般安装于空间不大的厨房或阳台，由于多种原因，爆炸事故时有发生。据1999年3月24日《哈尔滨日报）报道，在道里区北六道街15和17号楼共200多户燃气壁挂供暖炉中，于1998年10月至1999年1月10日止，先后发生了7次爆炸事故。其它地区，也曾发生过类似事故。
这种供暖方式官在分散的别墅住宅采用。在多层和高层住宅中使用，烟气宜集中排放，并注意防火。
7.3.2 直燃式溴化锂冷热机组采暖方式
这种供暖方式是采用溴化锂吸收式制冷机实现供暖。在夏季，制冷机产生7/12℃（冷水温度/回水温度）的冷冻水，满足建筑所需的空调需要；冬季，制冷机提供60-88℃的供水温度（随产品不同而异），用来供暖；当需要时，可全年提供生活用热水（60℃）。
溴化锂制冷机主要由发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器四大部件组成。它的基本原理是以热制冷。热源可以是蒸汽、热水或者是燃气、油。直燃式溴化锂吸收式制冷机其热源就是在制冷机的燃烧室中通过直接燃烧天然气或油而获取热量的。温水型溴化锂吸收式制冷机通常都是采用直燃式进行供暖的。
这种制冷机的制冷剂为水。循环溶液为溴化锂的水溶液。稀溶液在发生器中被加热（由天然气、油、蒸汽和热水提供的热源），溶液中的水（沸点远低于溴化锂）蒸发为蒸汽，稀溶液变为浓溶液。在发生器中生成的蒸汽制冷剂在冷凝器中被冷凝为凝结水，经过节流减压，在蒸发器中吸热重新变为蒸汽。在蒸发器另一侧，因被吸热降温生成冷冻水，即为制冷过程。蒸发器中产生的蒸汽制冷剂，进入吸收器，被浓溶液吸收，重新成为稀溶液，再进入发生器。通 过上述周而复始的循环，完成制冷的全过程。
在冬季，制冷循环停止运行。在直燃式制冷机中，天然气或油通过燃烧室燃烧，其热量加热发生器中的稀溶液，产生的蒸汽制冷剂，进入热交换器，将二次水分别加热成采暖热水或生活热水，借以实现供热和生活用水的目的。
直燃式溴化锂冷热机组，无论进口产品还是国产产品，都己趋于成熟阶段。其容量有多种系列，最小供热量为381kW （328Mcal/h），最大供暖量可达475kW （408 Mcal/h），最大制冷
量3516kw（3024 Mcal/ h）。如采用直燃式溴化锂冷热机组，可实现几干平方米至几万平方米建筑的小区供暖、供冷。
直燃式溴化锂冷热机组供暖，从环境保护考虑不如热电冷三联供和区域锅炉房供暖，但优于独立式壁挂供暖炉供暖。从能源效益分析，不如热电冷三联供和热泵。就年总费用评价，优于热泵，不及其它供暖方式。但如综合考虑，由于冷、热源一体化，不需要建筑独立的锅炉房，资金分散到各用户筹措，自动化程度高等特点，特别适合于小区供热。 7.4 经济比较 7.4.1 基础计算数据
（1）热指标：采暖设计热指标55kcal/m.h（64W/m），采暖天数121大。 （2）燃料热值：天然气8400kca1/Nm。
（3）价格：天然气：锅炉房和直燃机1.8元／Nm。 户用燃气壁挂炉：1.7元／Nm。 水价：2.O元/t。
人工工资：1.2万元/人.年。 电价：居民：0.35元/kwh； 锅炉：0.56元/kwh； 峰值电价：0.92元/kwh； 平价：0.56元/kwh； 低谷电价：0.253元/kwh （4）折旧年限：壁挂采暖炉10年，其它20年。 大修费：折旧³40％。 维修费：固定资产³2％。
（5）年平均热效率：燃气锅炉：0.85 燃气壁挂采暖fP 0．j
空气源热泵：2.5 水源热泵：3.5 电热膜：1.0 电热锅炉：0.95 7.4.2 投资估算
投资估算见表7.1、表7.2。
电采暖方式投资指标汇总表
表7.1 单位： 元/m
2
22
3
3
3
热源 采暖方式 采暖方式 热力部分 户内系统 电力部分 低压配电 总投资 燃气壁挂采暖炉 直燃机 热源 75 195.6 燃气部分 电贴热网及站 户内系统 小区管线 调压装置 燃气户内线 费 热力部分 占地费 总投资 44 44 工程费 4.8 4.8 投资 6.5 3.6 15.4 145.7 248 工程费 投资 投资 工程费 空气源热泵 水源热泵 电热锅炉 蓄热式 电热膜 152.2 175 181.8 200 275 40 100 130 130 130 83.3 83.3 83.3 100 100 100 430 505 352.8 100 72 250 82.8 36.4
小型燃气采暖方式投资指标汇总表
表7.2 单位：元/m
2
由以上数据得出如下结论：
（1）电采暖方式投资普遍比燃气采暖方式高，主要原固是电贴费高；热泵系统复杂， 技术含量高；增加了变配电系统投资。
（2）当电热膜采暖不考虑电贴费时，初投资较少，但电热膜能源利用率低，使其使用受到一定限制。
（3）燃气采暖方式中，直燃机初投资最高，壁挂采暖炉较低。 7．4．3运行成本估算 运行成本估算见表7．3。 由表中数据得出如下结论：
小型燃气采暖方式的运行费均低于电采暖。电采暖方式中，热泵运行费最高，主要是由于其初投资较高，电热膜运行费最低。
不同采暖方式运行成本估算
表7.3 单位：元/m
2
电采暖 小型燃气采暖 电热膜 燃气壁挂采暖炉 直燃机 指标项目 热指标 热泵 空气-空气 64（55） 水源热泵 64（55） 3.5 860 kcal/kwh 2120 38.73 电kwh/m 2电热锅炉 64（55） 0.95 860 kcal/kwh 2120 142.72 电kwh/m 264（55） 1.0 860 kcal/kwh 2120 135.58 电kwh/m 264（55） 64（55） 0.8 8400 2kcal/h.m 2热效率 燃料热值 2.5 860 kcal/kwh 0.85 8400 2kcal/N m kcal/N m 2120 17.35 32最大利用小时数 单位面积能耗 能耗单位 折算能耗kgce/m 22120 54.23 电kwh/m 22120 16.33 32气Nm/m 气Nm/m 20.82 19.59 21.7 15.5 57.1 峰：0.92 0% 54.23 燃料价格 0.56 0.56 平：0.56 20% 谷：0.253 80% 0.35 1.7 1.8 燃料单位 燃料费（元） 电费 电价 （元/kwh） 用电量 （kwh） 用电费用 （元） 水费 单价 （元/t） 元/kwh 30.36 0.56 1.92 1.08 元/kwh 21.7 0.56 1.92 1.08 元/kwh 44.87 元/kwh 47.45 元/m 3元/m 329.5 0.35 29.39 0.56 2.755 1.54 2.0 同上 2.755 0.35 1.22 2.0 1.92 0.67 用水量 （t） 用水费用 （元） 人工费 工资 （元/人） 12000 0.20 0.4 12000 12000 0.20 0.4 12000 用工量 用水费用 （元） 总投资 折旧率 折旧费 大修费 维修费 运行费 0.000045 0.54 430 0.05 21.5 8.6 8.17 70.25 0.000045 0.54 505 0.05 25.25 10.1 9.6 68.27 0.000045 0.54 352.8 0.05 17.64 7.06 6.7 78.74 100 0.05 4.75 145.7 0.1 13.84 5.54 2.77 52.32 0.000045 0.54 248 0.05 11.78 4.71 4.71 53.38 1.90 54.1 7．5环境评价
7．5．1 排放因子的确定
污染物排放因子是指每耗用一定量能源时所产生或排放的污染物的量。由于污染物排放因子的确定过程具有很大的随机性和主观性，为了使确定的污染物排放固子符合北京市的具体情况和获得较为可行的数值，本研究报告中采用了北京市煤气热力工程设计院编制的《北京市多种采暖方式研究》的数据，见表7．4。
表7.4 污染物排前因子
烟尘（kg/t—燃料） TSP 其中：可吸入 尘IP 因子 SO2 NO 料） 2 供热设备 排放（kg/t—燃料） （kg/t—燃城市热网 集中锅炉房 家用燃煤炉 煤油炉 天然气炉 kg/10m 33 1.6 0.6 0.4 0.17 1.12 1.12 0.6 0.4 0.17 15 15 4 2.08 0 5.6 5.6 2.0 2.8 2.5 7.5.2污染物的排放量
采暖季里不同采暖方式污染物的排放量数据见表7.5：
采暖季里污染物的排放量
表7.5 单位：g/m2²采暖季
污染物 排放物 采暖方式 城市热网 水源热泵 蓄热式 电电锅炉 热膜 壁挂式 直燃机 燃气炉 21.73 238.73 2142.72 2135.58 217.35 3216.33 2(kg/m.a) (kwh/m.a) (kwh/m.a) (kwh/m.a) (Nm/m.a) (Nm/m.a) 57.1 54.23 20.82 19.59 单位面积 能耗 折算能耗 （kg标煤/m.a） 2 21.73 15.5 烟尘 SO2 NOX 34.77 326 121.7 2.95 43.37 2.77 40.83 7.6 适用条件与使用范围 不同采暖方式的比较与使用范围
项目 电蓄热锅炉 电热膜 空气—空气热泵 水源热泵 壁挂式采暖炉 直燃机 城市热网 小 小 大 中 单位建筑 污染物 投资及 运行费 大 中 节能建筑、减免电贴费和变配电费，峰、谷电价差大的地方。 节能建筑、尚需进一点试点验证。 高档住宅楼。 使用范围 面积耗能 排放量 大 大 中 大 中、小型公共建筑、办公楼及用地紧张的住宅楼，大 中 同上 三环之外已建燃气网的别墅、多层住宅建筑。 较小 小— 较小 大 三环之外无城市热源，但已建燃气网的公建内。 三环之外，靠近城市热力管网的地区。 大 较小 中— （1）电热锅炉、电热膜采暖属零污染排放，技术成熟可靠，但单位建筑耗能高，电热锅
炉初期投资大，运行费高，直接经济效益不太明显，只有在减免电源电贴费，在变配电工程投资上给予优惠的地方才能使用。在节能建筑上可通过进一步试点，取得较多实测数据后，研究确定推广电热膜采暖方式的可行性。
（2）热泵采暖，从节约能源供热可靠性上看，水源热泵优于空气—空气热泵，但因投资大，运行费较高，限制了它们的发展。在中小型公共建筑和高档住宅楼上可考虑发展热泵空调供热方式。
（3）壁挂式燃气炉采暖方式目前在北京己有约100万m住宅建筑采用这种方式。但应进
2
一步在住宅小区的环保和安全用气等两方面做更多的工作和推出改进的措施。目前，只宣在三环之外，城市热网不能达到的别墅住宅。多层住宅小区中采用。直燃机的投资、能耗和运行成本都较大，可作为其它采暖方式的补充。
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