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热泵采暖比燃煤和电锅炉减少了多少烟尘、SO2排

发布日期:2019-07-05 02:16浏览次数:74

 近年来,我国空气雾霾天气频发,空气污染严重,这已经成为了我国最严重、最亟需解决的环境问题之一。为了减轻北方城镇的供热采暖对空气雾霾天气的影响,可采用高效环保的采暖方式替代传统的燃煤采暖。空气源热泵的出现,在节约能源的同时,更避免了污染物的直接排放,它的推广和应用将缓解空气雾霾天气的现状。
 
  我国采暖方式和技术形式种类繁多。其中,按照热源燃料的不同,可以分为燃煤、燃油、燃气及电动采暖方式。本文将对燃煤锅炉、燃气锅炉、电锅炉、太阳能电采暖、空气源热泵等几种采暖方式在制热量相同时消耗的能源以及产生污染物的排放量进行比较。
 
 
 
  图 | 在北京的“清洁空气计划”和“煤改电”推动下,密云某村200多户大量改用空气源热泵采暖。图片由本微记者原创拍照。
 
  单位能源消耗的污染物排放量
 
  供热系统的能源消耗是造成大气污染的主要来源之一,它对环境和大气的污染主要有直接污染和间接污染2种形式。直接污染是指各种燃料燃烧所排放的污染物,主要有烟尘、SO2、NOx 和CO2等。另外,电力采暖虽然没有直接的污染,但由于我国70%以上的电力为燃煤发电,故仍存在着间接污染。
 
  表1  各种燃料消耗时的污染物排放量 
 
  各种燃料消耗时的污染物排放量取值依据:
 
  (1)标煤:以链条炉为例,烟尘占灰分的25%,平均灰分为20%,除尘率按85%计算,烟尘中的可燃物取20%,则1 tce 可排放7.5 kg 烟尘;国家规定标准煤的含硫量为1%,则1 tce 可排放16 kg SO2;氮的含量取1.5%,氮的转化率取25%,则替代1 tce 可排放7.6 kg NOx;1 tce 完全燃烧产生CO2 量为2.62 t。
 
  (2)轻柴油和天然气的粉尘、SO2 和NOx 的排放指标是根据GB13271—2001《中华人民共和国国家标准锅炉大气污染物排放标准》的达标值计算,CO2 排放指标是燃料一般利用技术条件下的统计平均值。
 
  (3)由表1 分析可见,发电厂的污染物排放量远小于直接的煤炭燃烧的排放量。究其原因,则是利用大型和特大型锅炉发电一般都会进行脱尘、脱硫和脱氮等处理后再排放,而这些措施在自备锅炉房和区域锅炉房等中小型锅炉中燃烧就很难做到,或者成本很高。
 
  同时,我国广大农村地区散煤燃烧所造成的污染更为严重。就我国现状而言,电力是最能清洁利用煤炭的部门。因此,将煤炭用于大型、特大型锅炉中燃烧发电,并在工程中推广空气源热泵这种高效的间接电采暖技术的应用,能有效地改善由于冬季燃料燃烧所产生的空气雾霾现状。
 
  供热状态下污染物排放量分析
 
  表2 列出了制备1000 kW 热量时各种热源的能耗情况和环境污染情况。为了方便比较各方案运行能耗,将各能源转换成等价标煤。各方案的能源热值、设备热效率以及各能源的折标煤系数见表2。其中,当量折标系数是按照燃料的当量热值(理论发热量)与标准煤发热量之比;等价折标系数是指二次能源的等价热值与标准热值之比。
 
  表2 各种采暖方式的能耗比较
 
  图2 是各种方案的量化比较结果。由表2、图2 可以看出,在制取相同热量时,6 种采暖方式中空气源热泵方式的能耗最少。若换算成等价标煤,空气源热泵比燃煤锅炉节省标煤69.04 kg,约36.5%。
 
  图2 不同采暖方式能耗对比
 
  根据表2 计算出的制热量下各燃料能耗量以及表1 中单位能耗污染物排放量得出表3,即各种供热方式在制取相同热量是产生的污染物总量。
 
  表3 相同热量污染物排放量
 
  由表3 可以看出,空气源热泵的污染排放总量与燃气锅炉相差不大,但远远小于以电能为能源的其他几个供热方案。同样制取1000 kW 热量,空气源热泵的污染物排放,与燃煤锅炉相比,减少90.6%的烟尘、29.5%的SO2、46.2%的NOx、53.2%的CO2;与电锅炉相比,相当于减少68.3%的烟尘、SO2、NOx、CO2 的排放。
 
  如果电能不采用燃煤电,而采用清洁能源发电,如核电、水力发电、太阳能光伏发电或者风力发电,空气源热泵采暖必定为环保效益最佳的方案。
 

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