PDF《生物质气化燃气和沼气分散供热经济与环境效益分析》

第30 卷第13 期农业工程学报Vol.

30 No.13

2014 年7月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jul.

2014 211 生物质气化燃气和沼气分散供热经济与环境效益分析 夏宗鹏

1 ,杨孟军

2 ,陈冠益 1,3 ,颜蓓蓓 1,4 ,周卫红 1,5 ,田雪2(1. 天津大学环境科学与工程学院,天津 300072;

2. 中新天津生态城能源有限公司,天津 300467;

3. 天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津 300072;

4. 天津大学中低温热能高效利用教育部重点实验室, 天津 300072;

5. 辽宁科技大学土木工程学院,鞍山 114051) 摘要:随着中国新农村建设的推进和供热事业的迅速发展,高效清洁供热在中国农村引起关注.该文以天津市 小塔沽村为供暖对象,对其进行热负荷估算,并采用方案比较法,针对农村

2 种新能源燃气(生物质气化燃气和 户用沼气)分散供热的经济效益(投资、运行费用、投资回收期)和温室气体减排进行对比分析.研究结果发现 户用沼气分散供热初投资高于生物质气化燃气分散供热,前者为后者的 1.86 倍;

户用沼气运行费用也略高于生物 质气化燃气,但生物质气化燃气分散供热后期管理要优于户用沼气分散供热,另外,户用沼气存在副产物经济效 益,每年可高达 29.9 万元.2 种供热方式温室气体减排效益接近,CO2 的减排量都为 561.18 t/a,CH4 减排量约为

1 300~2

200 kg/a.整体而言,生物质气化燃气分散供热优于户用沼气分散供热经济性.特别针对农村的管理水 平落后,生物质气化燃气分散供热的优点更加突出.所以类似天津郊区这样的农村地区,供暖期需要大量燃气的 农村宜采用生物质气化燃气分散供热方式.该文可从经济、环境角度为农村类似情况燃料及供热方式选择提供 参考. 关键词:生物质;

沼气;

农村地区;

生物质气化燃气;

分散供热;

经济分析;

温室气体减排 doi:10.3969/j.issn.1002-6819.2014.13.026 中图分类号:TK6 文献标识码:A 文章编号:1002-6819(2014)-13-0211-08 夏宗鹏,杨孟军,陈冠益,等. 生物质气化燃气和沼气分散供热经济与环境效益分析[J].农业工程学报,2014, 30(13):211-218. Xia Zongpeng, Yang Mengjun, Chen Guanyi, et al. Economic and environmental analysis of decentralized heating using biomass gasification gas and household biogas in rural areas[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(13): 211-218. (in Chinese with English abstract)

0 引言随着中国新农村建设的推进以及供热事业的 发展,农村居民对室内热环境质量的要求越来越 高. 北方农村以传统薪柴或者煤球为原料进行供热 的方式已经无法满足农村居民对室内热环境和便 利性的要求. 由于农村房屋分布分散、 不规则且供 热时间段不统一, 大部分农村地区不满足集中供热 的条件, 分散供热是较适宜的供热方式. 从可再生 能源利用、资金投入、技术水平、后续管理服务角 度考虑, 户用沼气池与生物质气化燃气是提供分散 供热燃料气源的适宜选择.户用沼气建设在中国 和印度这样的发展中亚洲国家已经有几十年的历 收稿日期:2014-04-24 修订日期:2014-05-30 基金项目:国家科技支撑计划课题(2011BAD15B05 ) 和(2012BAA09B02)联合资助 作者简介:夏宗鹏(1987-) ,男,河南信阳人,研究方向为生物质气 化供暖.天津 天津大学环境科学与工程学院,300072. Email:[email protected] 通信作者:颜蓓蓓(1981-) ,女,广西柳州人,博士,研究方向为 生物质气化及燃烧学.天津 天津大学环境科学与工程学院,300072. Email:[email protected] 史[1-4] .文献[5-11]介绍了户用沼气利用的经济或环 境效益分析.农村生物质气化燃气分散供热经济、 环境效益分析研究可参见文献[12-15].天津市小塔 沽村目前采用传统化石燃料分户供热,随着新农村 建设的推进与当地政府的支持,该村拟选择可再生 能源替换传统燃料进行分户供热.本文在此基础 上,以小塔沽村为研究对象,展开农村生物质气化 燃气和户用沼气为气源的分散供热经济环境效益 分析,以期为小沽塔村及农村类似情况燃料及供热 方式选择提供参考.

1 生物质气化燃气和户用沼气分散供热 简述 生物质气化燃气分散供热是指将集中式生物 质气化燃气通过燃气输送管道输送到各个用户进 行供热的方式.相对于集中供热而言,每家每户都 由独立的热源、热网和热用户组成.热源主要是指 燃气壁挂炉,热网为热源到各个房间的管路,热用 户主要指各个供热房间.具体流程如图

1 所示. 户用沼气分散供热是指将户用沼气池产生的 沼气通过输送管道输送到户用燃气壁挂炉(热源) , 农业工程学报

2014 年212 而后通过各个房间的管路(热网) ,将热量送至各 个供热房间(热用户) .具体流程如图

2 所示. 1. 燃气壁挂炉 2. 双层保温储水箱 3. 房间温控 4. 生活热水 5. 沐浴热水 6. 水泵 7. 分水器 8. 板式散热器 9. 自来水补水 10. 阀门11. 生活用水补水12. 卫浴毛巾架13. 地暖管14. 地板采暖 1. Wall-mounted gas boiler 2. Double insulation storage tank 3. Room temperature control 4. Domestic hot water 5. Bath hot water 6. Pump 7. Water segregator 8. Plate type heat radiator 9. Tap water 10. Valve 11. Domestic water replenishment 12. Bathroom towel rack 13. Warm tube 14. Floor heating 图1生物质气化燃气分散供热流程示意图 Fig.1 Schematic flow of biomass gasification gas for rural decentralized heating 1. 沼气灯 2. 沼气灶 3. 压力表 4. 开关 5. 淋浴器 6. 燃气壁挂炉 7. 暖气片 8. 沼气净化器 9. 高效沼气池 10. 畜禽圈 11. 贮肥池 1. Biogas lamp 2. Biogas stove 3. Pressure gauge 4. Switch 5. Shower 6. Wall-mounted gas boiler 7. Radiator 8. Biogas purifier 9. Efficient digesters 10. Livestock circles 11. Manure storage tank 图2户用沼气分散供热流程示意图 Fig.2 Schematic flow of household biogas for rural decentralized heating

2 分散供热经济与环境效益分析方法 生物质气化燃气和户用沼气分散供热的经济 和环境效益分析,是运用科学的方法,对农村地区 不同气源分散供热进行计算、分析、评价,通过比 较选择最佳方案,寻求最低投入获得最大产出,并 且产生的温室气体和污染气体最少. 本文采用方案比较法对这

2 种供热方式进行经 济和环境效益分析,通过一组能从各个方面说明经 济环境效益的指标体系,对实现同一目标的几个不 同技术方案进行计算、分析和比较,然后选用最优 方案. 本文选用天津宝坻区小塔沽村为案例进行研究 分析.生物质气化原料为玉米芯和棉花杆(质量比各 占50%) ,采用较常用的下吸式固定床气化炉(根据 需要设计,并在有相应资质的企业加工而成) ,产气 量为

500 m3 /h;

户用沼气原料为居民粪便和秸秆,采 用常用的沼气池.全村需要清洁供暖用户

75 户.

3 天津宝坻区小塔沽村热负荷估算 农村房子布局的不规则性导致其与城市建筑热 负荷有较大区别,本文采用面积热指标法对小塔沽 村热负荷进行估算.小塔沽村需供暖用户为

75 户, 每户平均

4 个人,一共

300 人.根据现场测算每户 供暖面积约为 120m2 .根据天津市热力网设计规范 采暖热指标推荐值 qh,在未采取节能措施的情况 下,住宅采暖热指标推荐值 qh 为58~64W/m2 (由 于农村房屋密闭性较差,热负荷相对较高,所以该 文qh 取64 W/m2 )[16] .可计算小塔沽村每户供暖热 负荷为 6.96 kW,总热负荷为

522 kW.

4 分散供热经济与环境效益估算分析 4.1 生物质气化燃气和户用沼气分散供热经济 分析 4.1.1 生物质气化燃气分散供热经济分析 1)土建投资 根据现场调研,需在小塔沽村附近建造一间

200 m2 房子用于生物质气化及其净化等工艺流程. 按每平方米建筑面积

1 000 元计算,土建投资为 200*1000=20 万元. 该房子的使用寿命按

20 a 计算, 平均每年投资为

1 万元. 2)气化设备投资 小塔沽村采用的气化炉(下吸式气化炉)及其 净化设备都是根据需要进行设计,再通过具有资质 的企业加工而成,其价格(包括安装费用和一年的 运行管理费用)为35 万元,700 m3 的储气柜采用 湿式储气柜也是根据需要进行设计,再通过有资质 的企业加工而成,价格为

40 万元,折旧年限均为

20 a,平均每年费用为 3.75 万元. 3)燃气壁挂炉........