熱泵采暖比燃煤和電鍋爐減少了多少煙塵、SO2排

　近年來(lái)，我國空氣霧霾天氣頻發(fā)，空氣污染嚴重，這已經(jīng)成為了我國最嚴重、最亟需解決的環(huán)境問(wèn)題之一。為了減輕北方城鎮的供熱采暖對空氣霧霾天氣的影響，可采用高效環(huán)保的采暖方式替代傳統的燃煤采暖?？諝庠礋岜玫某霈F，在節約能源的同時(shí)，更避免了污染物的直接排放，它的推廣和應用將緩解空氣霧霾天氣的現狀。

 

　　我國采暖方式和技術(shù)形式種類(lèi)繁多。其中，按照熱源燃料的不同，可以分為燃煤、燃油、燃氣及電動(dòng)采暖方式。本文將對燃煤鍋爐、燃氣鍋爐、電鍋爐、太陽(yáng)能電采暖、空氣源熱泵等幾種采暖方式在制熱量相同時(shí)消耗的能源以及產(chǎn)生污染物的排放量進(jìn)行比較。

 

 

 

　　圖 | 在北京的“清潔空氣計劃”和“煤改電”推動(dòng)下，密云某村200多戶(hù)大量改用空氣源熱泵采暖。圖片由本微記者原創(chuàng )拍照。

 

　　單位能源消耗的污染物排放量

 

　　供熱系統的能源消耗是造成大氣污染的主要來(lái)源之一，它對環(huán)境和大氣的污染主要有直接污染和間接污染2種形式。直接污染是指各種燃料燃燒所排放的污染物，主要有煙塵、SO2、NOx 和CO2等。另外，電力采暖雖然沒(méi)有直接的污染，但由于我國70%以上的電力為燃煤發(fā)電，故仍存在著(zhù)間接污染。

 

　　表1  各種燃料消耗時(shí)的污染物排放量 

 

　　各種燃料消耗時(shí)的污染物排放量取值依據：

 

　　(1)標煤：以鏈條爐為例，煙塵占灰分的25%，平均灰分為20%，除塵率按85%計算，煙塵中的可燃物取20%，則1 tce 可排放7.5 kg 煙塵；國家規定標準煤的含硫量為1%，則1 tce 可排放16 kg SO2；氮的含量取1.5%，氮的轉化率取25%，則替代1 tce 可排放7.6 kg NOx；1 tce 完全燃燒產(chǎn)生CO2 量為2.62 t。

 

　　(2)輕柴油和天然氣的粉塵、SO2 和NOx 的排放指標是根據GB13271—2001《中華人民共和國國家標準鍋爐大氣污染物排放標準》的達標值計算，CO2 排放指標是燃料一般利用技術(shù)條件下的統計平均值。

 

　　(3)由表1 分析可見(jiàn)，發(fā)電廠(chǎng)的污染物排放量遠小于直接的煤炭燃燒的排放量。究其原因，則是利用大型和特大型鍋爐發(fā)電一般都會(huì )進(jìn)行脫塵、脫硫和脫氮等處理后再排放，而這些措施在自備鍋爐房和區域鍋爐房等中小型鍋爐中燃燒就很難做到，或者成本很高。

 

　　同時(shí)，我國廣大農村地區散煤燃燒所造成的污染更為嚴重。就我國現狀而言，電力是最能清潔利用煤炭的部門(mén)。因此，將煤炭用于大型、特大型鍋爐中燃燒發(fā)電，并在工程中推廣空氣源熱泵這種高效的間接電采暖技術(shù)的應用，能有效地改善由于冬季燃料燃燒所產(chǎn)生的空氣霧霾現狀。

 

　　供熱狀態(tài)下污染物排放量分析

 

　　表2 列出了制備1000 kW 熱量時(shí)各種熱源的能耗情況和環(huán)境污染情況。為了方便比較各方案運行能耗，將各能源轉換成等價(jià)標煤。各方案的能源熱值、設備熱效率以及各能源的折標煤系數見(jiàn)表2。其中，當量折標系數是按照燃料的當量熱值(理論發(fā)熱量)與標準煤發(fā)熱量之比；等價(jià)折標系數是指二次能源的等價(jià)熱值與標準熱值之比。

 

　　表2 各種采暖方式的能耗比較

 

　　圖2 是各種方案的量化比較結果。由表2、圖2 可以看出，在制取相同熱量時(shí)，6 種采暖方式中空氣源熱泵方式的能耗最少。若換算成等價(jià)標煤，空氣源熱泵比燃煤鍋爐節省標煤69.04 kg，約36.5%。

 

　　圖2 不同采暖方式能耗對比

 

　　根據表2 計算出的制熱量下各燃料能耗量以及表1 中單位能耗污染物排放量得出表3，即各種供熱方式在制取相同熱量是產(chǎn)生的污染物總量。

 

　　表3 相同熱量污染物排放量

 

　　由表3 可以看出，空氣源熱泵的污染排放總量與燃氣鍋爐相差不大，但遠遠小于以電能為能源的其他幾個(gè)供熱方案。同樣制取1000 kW 熱量，空氣源熱泵的污染物排放，與燃煤鍋爐相比，減少90.6%的煙塵、29.5%的SO2、46.2%的NOx、53.2%的CO2；與電鍋爐相比，相當于減少68.3%的煙塵、SO2、NOx、CO2 的排放。

 

　　如果電能不采用燃煤電，而采用清潔能源發(fā)電，如核電、水力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電或者風(fēng)力發(fā)電，空氣源熱泵采暖必定為環(huán)保效益最佳的方案。