陜西西安市天然氣鍋爐供暖應用

隨著人民生活水平的提高，人們對能源的需求量越來越大，由于以往對煤炭的不合理利用。造成了城市環境的污染.“治污減霾”成為我國各大城市的主要任務.因此，大力發展天然氣供暖成為各個城市改善空氣質量的主要政策方向但天然氣作為大自然一種不可再生的生物能源.是優于煤炭的一種優質資源.其首要任務應是替代民用及工業生產燃煤.僅僅簡單地將其拿來作為供熱的能量來源.這是否是對優質資源的一種浪費.是否是治污減霾.改善城市環境的最佳手段.應權衡利弊.再思考斟酌。

1、我國天然氣的儲量及分布

中國是世界上最早發現和利用天然氣的國家之一.并在公元13世紀就開發了世界上第一個氣田——自流井氣田但是天然氣現代化的研究、勘探和開發則比較滯后，近20年才整體啟動根據中國的天然氣地質和經濟發展程度，可以簡要地把中國分為東部區、中部區、西部區和陸架區四大含氣區。分布看.中國天然氣資源在區域上分布具有巨大的不均衡性.天然氣資源集中分布在遠離東部經濟發達區的中、西部區，其天然氣可采資源分別為4.115x102IIl和3.519x10Zrn.兩者合計約全國天然氣資源量的66.15%：其次是海域.中國近海大陸架天然氣可采資源約為2.967~101~a3.占全國的25.71%：東部區天然氣資源相當貧乏.僅占全國的8.14%。

2、天然氣使用情況及西安市能源結構

我國天然氣工業正處在歷史上最好的發展階段，形成了天然氣發展的大好局面。天然氣儲產量快速增長。2007年我國天然氣產量世界排名第九位.首次進入世界前10名.成為世界產氣大國。經過“十五”、“十一五”及“十二五”天然氣管網的快速建設.目前.我國基本形成了東北、環渤海、長江三角洲、中南、西南、東南沿海、西北七大區域不同類型的天然氣消費市場，其中西南地區、長江三角洲、環渤海和西北地區是我國天然氣主要消費區域。約占全國消費量的70%。

2010年中國天然氣產量968億立方米.而消費量為1090億立方米.其中進口氣量122億立方米.占全年天然氣總產量的12.6%2015年.中國天然氣產量1700億立方米.而消費量為2359億立方米.其中約有600億立方米的缺口依賴進口.占我國全年天然氣總產量的38.8%c3~。也就是說“十二五”期間，我國天然氣產量增幅75.6%，消費量增幅116.4%，進口氣量增幅391.8%。由此可以看出.隨著我國天然氣應用的開展，雖然天然氣儲量較多.但由于氣田地質條件、生產能力和開采水平等制約條件.我國天然氣的生產能力增幅較緩.遠遠不及我國整體消費能力，缺El部分完全依賴進口.致使進15氣量逐年大幅度增加。

根據((2015年西安市能源報告》中數據。2014年西安市全社會能源消費總量為2457.94萬噸標準煤.其中煤炭消費總量為1473.29萬噸.石油消費量為4】1.83萬噸.電力消費總量為275.32千瓦時.天然氣消費量為18.85億立方米在主要能源品種終端消費中，電力占38.6%，石油占24.06%，煤占17.31%.天然氣占10.41%.其他各種能源占9.62%。

由此看出.西安市的能源消耗還是以煤炭為主.天然氣的消費排在電力及煤炭的后面.這也是由我市天然氣整體供氣量及應急調峰能力所決定的。

2015年西安市全年城區消耗氣量約為一—16.5億立方米.郊區縣4-3億立方米。非采暖季西安市El用氣量約為220萬立方米而冬季采暖季Et用氣量達1106萬立方米，峰谷比約為1：5。隨著這幾年治污減霾工作深入開展.西安市二環內20噸以下的燃煤鍋爐被天然氣取而代之.西安市冬季“氣荒”情況日益加重西安市進入冬季后天然氣供應緊張的局面如何而來.最主要的原因就是西安市天然氣供應季節調峰能力差.幾乎沒有可用的調峰設施。

目前.西安市的天然氣儲存設施有兩處.一個為位于南郊的4xl04m3的高壓天然氣儲罐運行壓力為0.25MPa～0.95MPa，最大調峰能力為280000Nm3/d第二個為位于西安市北郊2009年建成的液化天然氣應急調峰儲配站.其儲存規模為3500m3，有2臺1750m，LNG子母罐.日供氣規模為300000Nm3/d.高峰小時供氣量為30000Nm3/h可以看出西安市的調峰儲氣能力有限.因此每到冬季.即使兩處調峰儲氣設施滿負荷運行.也會捉襟見肘.難以保證居民正常用氣。

近幾年因二環內20噸以下燃煤鍋爐拆改并網.區域天然氣鍋爐供熱項目的快速上馬.就使得西安市冬季天然氣供應愈發緊張。2015年冬季.日最高供氣量達1106萬立方米.兩處調峰儲氣設施滿負荷運行，且停工業保民用.車用天然氣汽車錯峰加氣等一系列措施.西安市每13供氣缺1：3尚有5O萬立方米～60萬立方米.西安市天然氣管網次高壓末端壓力僅為0.18MPa.中壓末端為5kPa。近200個小區居民生活用氣受到了影響，部分燃氣鍋爐由于氣壓過低無法運行。這種連居民正常生活用氣到了冬季都難以保證的供氣現狀.何談天然氣采暖。

3、天然氣供熱種類

天然氣主要成分為甲烷，根據產地不同成分中也會也包括一定量的乙烷、丙烷和重質碳氫化合物.還有少量的氮氣、氧氣、二氧化碳和硫化物。甲烷的分子結構是由一個碳原子和四個氫原子組成.燃燒產物主要是二氧化碳和水。與其它化石燃料相比，天然氣燃燒時僅排放少量的二氧化碳和極微量的一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物;因此，天然氣是一種清潔的能源我國天然氣開發的快速進展.使得天然氣在供暖領域得到廣泛利用。天然氣供熱大致可分為以下幾種：

3.1燃氣鍋爐

對于燃氣鍋爐.天然氣燃燒產生的熱量直接用于供暖。是最簡單的一種供熱方式。從規模來看.這種供暖方式包括用于一家一戶的家用燃氣爐.一幢樓或一個小區的小型燃氣鍋爐以及用于大片面積供熱的區域性燃氣鍋爐。

3.2燃氣熱電聯產

對于熱電聯產系統.燃料一般只有少部分的能源轉化為電能.發電效率只有30%左右.而大部分燃料的能量形成余熱排到大氣。熱電聯產系統則在發電的同時.利用了這部分余熱用以供熱.從而使得熱電聯產的能源利用效率可以達到80%以上由于實現了能量的梯級利用.因而是比燃氣鍋爐先進的供暖形式評價熱電聯產系統能源利用效率的指標主要有熱電比和發電效率等熱電比是指熱電聯產系統或裝置的供熱量和發電量之比。

3.3燃氣熱泵

燃氣熱泵是由燃氣驅動.利用環境熱量供熱的裝置燃氣熱泵供熱量是燃氣熱量與環境熱量之和，因此它的效率高于燃氣鍋爐。攜帶熱量的環境介質可以是周圍空氣、江河湖海的水.地熱以及其他余熱介質等。常見的工質主要有溴化鋰溶液和氨一水等。對于溴化鋰燃氣熱泵.單效型熱泵供熱效率可達150%～170%.雙效型則可超過200%。由于技術條件的局限.在我國北方地區的嚴寒期因除霜困難和效率低等問題.燃氣熱泵與電動熱泵一樣.直接從環境空氣吸熱的空氣源熱泵受到限制。

4、能耗與成本分析

區域燃氣鍋爐的一次能耗是最大的.燃氣鍋爐汽輪機的能耗是最小的。由此可見.燃氣鍋爐汽輪機組的供熱形式最為優化.若從能耗角度考慮。且在城市優先考慮燃氣鍋爐汽輪機方式而盡量避免建設區域型燃氣鍋爐

4.1燃氣鍋爐氣價

成本供暖形式的經濟性問題比上述能耗總是更為復雜，它取決于系統初投資、各能源轉換環節的效率、設備使用年限、系統維護費以、人工工資、能源價格等等。一般來講。系統效率越高.投資也就越大.兩者對經濟性的影響正好相反。上一節已說明，若是天然氣鍋爐加汽輪機形式供熱，將為最優方案。但實際中由于初投資及上網電價等政策不完善等因素制約。西安市近幾年大力發展的還是一次能耗

較高的天然氣鍋爐供暖.現以16蒸噸的一個燃氣鍋爐為例.對其用氣量及氣費成本簡單核算。從而了解到天然氣供暖成本有多高。

根據以上用氣量測算.天然氣鍋爐每平方米僅天然氣費用約為11.43元/平方米(24小時)和6.68元/平方米(14小時)。很明顯，天然氣鍋爐供熱.單純以供熱價格考慮.毫無推廣優勢可言.采暖熱用戶也不會接受如此高熱費的供熱形式。這也就是因天然氣供熱熱價問題.每年采暖季都是居民投訴和反映的熱點和焦點問題。甚至西安市部分已用一兩個采暖季的天然氣鍋爐用戶積極聯系集中供熱企業，拆爐并網。以降低居民熱費支出。由此.天然氣鍋爐采暖是否有市場.是否適宜全面推廣值得慎重思考

5、結論及建議

近幾年由于治污減霾工作的力度不斷加大，西安市燃煤鍋爐拆并工作快速推進。為解決居民采暖問題.天然氣鍋爐的建設似乎是一個較為行之有效的解決辦法.但筆者認為僅為權宜之計.不宜廣泛推廣此法其原因有以下幾點：

1)西安市天然氣供應峰谷較大.且沒有可靠的儲氣調峰設施.若還是盲目建設天然氣鍋爐供暖，待到冬季采暖時，勢必會引起更大大范圍的“氣荒”.居民正常生活用氣都會受到影響，天然氣鍋爐也會因為壓力過低無法點火啟動。供暖也無從談起

2)天然氣成本過高.上文以16噸的天然氣鍋爐進行估算，不考慮運營利潤、設備折舊、人員工資，水電等因素.僅用氣成本平攤到熱用戶則熱費約為(6.68～11.43)元/平方米。這樣的“貴”氣，讓居民如何消費得起

3)天然氣主要成分為甲烷.根據產地不同成分中也會也包括一定量的乙烷、丙烷和重質碳氫化合物，還有少量的氮氣、氧氣、二氧化碳和硫化物。比起燃煤，天然氣燃燒比煤炭燃燒減少了粉塵、SO的排放，但同時燃氣鍋爐生產運行過程中，也會產生一定的NO。而通過近期對霧霾成因的研究表明，NO是形成霧霾的主要因素之一：因此為減霾而大力推行的燃煤鍋爐改天然氣鍋爐供暖的政策方向應認真商榷。

因此。筆者建議：

1) 應大力發展高效清潔煤燃燒技術的熱電聯產項目，積極推進煤炭清潔利用而天然氣鍋爐供暖應、地源熱泵及太陽能等清潔能源供暖作為輔助供暖措施.應因地制宜地建設和發展

2) 政府應出臺天然氣供熱的價格優惠措施.及燃氣發電的并網電價的補貼政策.鼓勵社會資金投入燃氣熱電項目.降低用氣成本.提高效率.減少能耗。

3) 建設西安市可靠的天然氣調峰設施.消減峰谷差值.建設并完善天然氣多門站項目及管網互補等技術措施，保障冬季供暖用氣。

天然氣鍋爐供暖對城市的治污減霾貢獻極大，但應在氣源保障、氣價及上網電價等各項優惠補貼政策完善的情況下實施并推廣.若各項基礎條件不完善的情況下，貿然大面積推廣天然氣鍋爐供熱.供熱效果實難保證，而其路到底能走多遠，值人深思。

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