天然气代煤的环境效益分析.docx

天然气代煤的环境效益分析

姚强
清华大学热能工程系

清华大学煤清洁燃烧国家工程研究中心
1 NERC of Clean Coal Combust.

主要内容

Ø 煤改气的主要反对意见
Ø 燃煤与燃天然气不同使用的氮氧化物排放量状况
Ø 燃煤与燃天然气的其他污染物比较
Ø 关于天然气燃烧产生水份与煤的产生水份的比较 及对环境影响的分析
Ø 天然气与煤的安全的比较
Ø 北京市煤改气的成效分析
Ø 天然气的资源情况

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2

对煤改气的指责无科学依据

《北京治霾不力？“煤改气”弊端已现》
《震惊：雾霾的罪魁祸首竞然是热电厂的“煤改气”》
《实行“煤改气”能否断绝雾霾？弊端已现，污染依旧》
《大规模“煤改气”弊端已现》
《煤改气无助于控制氮氧化物排放》
《大规模“煤改气”弊端已现，洁净煤才是出路》
《中科院教授：“煤改气”加重北京雾霾》
《煤改气是万劫不复的邪路？》
煤改气不是问题，如何改是问题！

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3

反对意见要点

氮氧化物的排放反而上升了。
烧天然气的排放的水汽量增加，加速了雾霾的形 成
清洁煤技术可以实现比天然气更低的排放天然气不安全
天然气资源不足
五个说法都是没有依据的

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4

主要内容

Ø 煤改气的主要反对意见
Ø 燃煤与燃天然气不同使用的氮氧化物排放量状况
Ø 燃煤与燃天然气的其他污染物比较
Ø 关于天然气燃烧产生水份与煤的产生水份的比较 及对环境影响的分析
Ø 天然气与煤的安全的比较
Ø 北京市煤改气的成效分析
Ø 天然气的资源情况

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5

氮氧化物的排放比较（电站）（mg/m3)

发电用煤粉炉
天然气用燃气轮机机
原始排放量
500-800
200
采用低氮燃烧
200-400
50
采用尾部脱硝技术
（SCR）
50
<20

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6

燃机与燃煤的标准比较（按发电量排放强度）

发电
NOx排放限值
基准氧含量

排放强度

mg/m3
%
mg/kwh
燃机国标
50
15
351
燃机北京地标
30
15
210
燃机北京实际排放值
15
15
105
燃煤发改委2093号文
50
6
167
超低排放
35
6
117

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7

燃煤电厂单位综合发电量NOx排放强度

燃 煤 热 电 厂

煤炭消耗
量（吨）

发电量
( 万千
瓦时)

供热量
(万吉
焦 )

综合发电量 (万千瓦时)

NOx排放量
（吨）
排放强度（千克/万千瓦时）
北京京能电力股份有限公司石景山热电厂
552000
90390
444
127456
310
2.43
神华国华国际电力股份
有限公司北京热电分公司

354000

56000

509

98409

199

2.02

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8

燃气电厂单位综合发电量NOx排放强度

燃 气 热 电 中 心
天然气消耗量
（万立
方米）
发电量( 万千瓦时)
综合发电量
（万千
瓦时）
NOx排放量
（吨）
排放强度（千克/万千
瓦时）
北京京桥热电有限责任公司
75964
371900
371900
504
1.36
北京京西燃气热电有限公司
112966
580500
621540
417
0.67
大唐国际发电股份有限公司北京高井热电厂
113599
579000
608810
536
0.88
神华国华(北京)燃气热电有限公
司
34555
123900
123900
84
0.68
北京太阳宫燃气热电有限公司
68996
344600
371288
573
1.54
北京京丰燃气发电有限责任公司
34465
177400
184656
229
1.24
北京京能高安屯燃气热电有限责
任公司
73561
381900
393326
273
0.69
华润协鑫（北京）热电有限公司
15797
61100
71108
69
0.97
华润协鑫（北京）热电有限公司
15797
62800

73034
69
0.95

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北京实际两类电厂的比较

燃煤电厂平均综合发电量的NOX排放强度为2.23千克/万
千瓦时。
燃气电厂平均综合发电量的NOx排放强度为1.00千克/万千瓦时。
结论：燃气电厂NOx排放强度比燃煤电厂下降了55%。

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氮氧化物的排放比较（中小锅炉）（mg/m3)

燃煤炉
燃天然气炉
原始排放量
300-500
200-400
采用低氮燃烧
150-300
50
先进低氮烟气再循环等
——
<30
尾部脱硝(成本高， 一般无法采用）
<50
<20

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清华大学煤清
燃烧国家工
研究中心

供热

NOx排放限值

基准氧含量

单位燃料烟气量

锅炉热效率
单位供热量排放值

mg/m3

%
m3/kg-c
(m3/m3-g)

%

mg/MJ
工业锅炉排放国标(天然气)GB 13271-2014

150

3.5

12.47

93

56
工业锅炉北京地标
（天然气）

30

3.5

12.47

93

11
北京实际排放（天然气）

92

3.5

12.47

93

35
燃煤工业锅炉标准
200
9
13.287
90
100
北京燃煤锅炉实际排放

137

9

13.287 洁

85

程 73

12
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燃煤锅炉与天然气锅炉实际比较（按照排放实际监 测浓度比较）

市环保监测中心监测的燃煤锅炉NOx排放平均浓度
137mg/m3
0．7MW燃煤锅炉1小时的NOx排放量261.9g
市环保监测中心监测的燃气锅炉NOx平均浓度 92mg/m3
0.7MW燃气锅炉1小时的NOx排放量=70.1g

生产相同的热量，根据市环保监测中心实际监测，计算得出燃煤锅炉实际运行NOx排放量是燃气锅炉的3.7倍，或者说燃气锅炉NOx排放量比燃煤锅炉减少73%。

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按照地方排放标准计算NOx理论排放量

在第一轮“煤改气”排放标准约束下，理论上， 燃气锅炉比燃煤锅炉排放NOx减少70%；
在第二轮“煤改气”排放标准约束下，理论上比较燃煤锅炉NOx排放与燃气锅炉的排量：对于新 建燃气锅炉，燃气锅炉比燃煤锅炉减少92%；对于在用燃气锅炉低氮改造后，燃气锅炉比燃煤锅炉减少75.6%。

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主要内容

Ø 煤改气的主要反对意见
Ø 燃煤与燃天然气不同使用的氮氧化物排放量状况
Ø 燃煤与燃天然气的其他污染物比较
Ø 关于天然气燃烧产生水份与煤的产生水份的比较 及对环境影响的分析
Ø 天然气与煤的安全的比较
Ø 北京市煤改气的成效分析
Ø 天然气的资源情况

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其他污染物比较（mg/m3)

燃煤
燃天然气
燃料含硫量
0.5-5%（平均1%）
ppm级
燃料含灰量
10-30%(平圴15%）
ppm级
二氧化硫原始排放
2000
<5
二氧化硫超低排放
35
<5
飞灰排放量（原始）
20000
<5
飞灰排放量（超低）
5-10
<5

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煤炭生产与利用其他问题

开采过程中，煤炭对于生态的污染严重，一个数字，带来
的地下水资源破坏年均112.5亿吨
2013年CO2排放量达到95.24亿吨，占全球的29%。煤炭行业占80%，燃天然气可减少一半
煤炭开采安全每年死亡人数长年超过1000人，近年百万吨煤的死亡率十年来从5.8下降到0.25，下降率95.6%， 但仍有近1000人左右。
脱硝、脱硫和除尘，要采用氨、石灰石等资源，同时还有多种二次污染物，如水污染、氨泄漏和石膏。还有大量的固废的处理。
运输带来的污染，柴油车的污染等

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主要内容

Ø 煤改气的主要反对意见
Ø 燃煤与燃天然气不同使用的氮氧化物排放量状况
Ø 燃煤与燃天然气的其他污染物比较
Ø 关于天然气燃烧产生水份与煤的产生水份的比较 及对环境影响的分析
Ø 天然气与煤的安全的比较
Ø 北京市煤改气的成效分析
Ø 天然气的资源情况

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烧天然气的排放的水汽量

燃煤
燃天然气
燃料含水量
10%
0%
燃料中含氢量
2-3%
25%
每公斤燃料产生的水汽量
0.37kg
2.25kg
相同热值燃料产生
的水汽量
1
3
考虑转化效率后的比值
1
2.25

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u 燃天然气产生的水蒸汽量大约会增加2-3倍，但不足于影响气候和空气中的含湿量，这是因为大气的容量很大。
u 一个简单的概念是每立方米的空气的含湿量为10g/m3,一平方公里的大气在1公里的高度下的含水总量为1万吨。北京1.6万平方公里的面积的大气总储水量约在1.6亿吨。
u 又北京的年蒸发量为1200-2000mm,如果按面积1.6万平方公里计算，每年的蒸发量为200-300亿吨水，每天的蒸发量为6000-8000万吨。
u 燃天然气1亿立方米大约产生水16万吨（北京2016年最大日耗量），占比大约在千分之一的总水量。应该可以认为影响不大。

主要内容

Ø 煤改气的主要反对意见
Ø 燃煤与燃天然气不同使用的氮氧化物排放量状况
Ø 燃煤与燃天然气的其他污染物比较
Ø 关于天然气燃烧产生水份与煤的产生水份的比较 及对环境影响的分析
Ø 天然气与煤的安全的比较
Ø 北京市煤改气的成效分析
Ø 天然气的资源情况

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天然气开采与使用中的安全

2003年12月23日，地处重庆市开县高桥镇的川东北气矿一矿井23日22时左右发生天然气“井喷”。截至25日16 时，事故死亡人数已达163人。
3月25日下午2点左右，内蒙古包头市 土默特右旗向阳小区 发生天然气管道爆炸事故，造成5人死亡，25人受伤。2017年3月我国共发生燃气爆炸事故69起，相比上年同期增长40.8%，共造成58人受伤6人死亡。69起事故中至少有40起为液化气引发，占事故总数的57.8%。

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主要内容

Ø 煤改气的主要反对意见
Ø 燃煤与燃天然气不同使用的氮氧化物排放量状况
Ø 燃煤与燃天然气的其他污染物比较
Ø 关于天然气燃烧产生水份与煤的产生水份的比较 及对环境影响的分析
Ø 天然气与煤的安全的比较
Ø 北京市煤改气的成效分析
Ø 天然气的资源情况

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2016年，NO2浓度比1998年下降了35%

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24

采暖季NO2浓度比非采暖季升高30%（21-49%）

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26

北京市固定源氮氧化物年变化情况（万吨）

年 份
2010
2011
2012
2013
2014
2015
“十二五”
下降比例
全 市
19.77
18.83
17.75
16.63
15.10
13.76
30 %
火电行业
5.03
4.86
4.62
3.79
3.21
0.57
88 %
锅 炉
4.53
3.98
3.92
4.20
3.91
3.68
18 %

下降的主要原因： 1）煤改气等
2） 烟气氮氧化物控制
3） 产业结构调整

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主要内容

Ø 煤改气的主要反对意见
Ø 燃煤与燃天然气不同使用的氮氧化物排放量状况
Ø 燃煤与燃天然气的其他污染物比较
Ø 关于天然气燃烧产生水份与煤的产生水份的比较 及对环境影响的分析
Ø 天然气与煤的安全的比较
Ø 北京市煤改气的成效分析
Ø 天然气的资源情况

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29 清华大学煤清洁燃烧国家工程2研01究7/4中/26心

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全球分布

“可燃冰”碳储量 > 2倍的传统化石能源(煤、石油、天然气、油页岩等)碳储量

清华大学煤清洁燃烧国家工程2研01究7/4中/26心
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30

页岩气

清华大学煤清洁燃烧国家工程2研01究7/4中/26心
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31

清华大学煤清洁燃烧国家工程2研01究7/4中/26心
NERC of Clean Coal Combust.
32

全球页岩气分布


Other


France Poland Norway

Other
Africa
L.America 3% 3%
Brazil 3%
3%
1%
Other
Europe 3%

1% Argentina
United

Algeria 3%
Libya
4%
South Africa
7%
Australia 6%
12%


China 19%
States 13%

Mexico 10%


Canada
6%

Other Asia
2%

中国的分布

清华大学煤清洁燃烧国家工程2研01究7/4中/26心
NERC of Clean Coal Combust.
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十二五时期天然气行业发展成就
（《天然气“十三五”规划》）

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34 NERC of Clean Coal Combust.

十三五天然气行业发展主要指标
（《天然气“十三五”规划》）

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天然气增长情况与在能源中的地位

Duan Zhaofang,outlook of china’s Gas and LNG Markets,2015.6.1
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36

Duan Zhaofang,outlook of china’s Gas and LNG Markets,2015.6.1
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37

未来天然气需求量预测

Duan Zhaofang,outlook of china’s Gas and LNG Markets,2015.6.1
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38

未来天然气供应量的预测

Duan Zhaofang,outlook of china’s Gas and LNG Markets,2015.6.1
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LNG改变了天然气的交易模式

1) LNG体积比同质量的天然气小625倍，所以可用汽车轮船很方便地将LNG运到没有天然气的地方使用。
2) LNG储存效率高，占地少。投资省，10m3LNG储存量就可
供1万户居民1天的生活用气。
3) LNG作为优质燃料，与汽油相比，具有辛烷值高、抗爆性能好、发动机寿命长。环保性能好等优点。汽车尾气中HC减少72%，NOx减少39%， CO减少90%，SOx、Pb降为零。
4) LNG汽化潜热高，液化过程中的冷量可回收利用。
5) 由于LNG汽化后密度很低，只有空气的一半左右，稍有泄漏立即飞散开来，不致引起爆炸。
6) 由于LNG组分较纯，燃烧完全，燃烧后生成二氧化碳和水， 所以它是很好的清洁燃料，有利于保护环境，减少城市污染。
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40
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LNG主要供应商

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NERC of Clean Coal Combust.

Duan Zhaofang,outlook of china’s Gas and LNG Markets,2015.6.1

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天然气的合理使用

目前从全国来讲，在相当的一段时间之内， 天然气仍然是比较紧张的资源，由于供热、发电、民用、化工的使用方式不同，合理地进行规划，有效地进行配置是非常重要的。

煤炭、天然气、核能、石油、可再生能源在未来的能源中各司相职，共同为国家的经济和社会发展而努力。

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结论

Ø 煤改气的主要反对意见均没有依据
Ø 相同技术条件下比较煤改气氮氧化物可以大幅度下 降
Ø 煤改气其他污染物可以大幅度下降
Ø 天然气燃烧比煤产生更多的水份，但没有科学依据 表明这会对雾霾的形成产生重大影响
Ø 天然气在开产和应用中都应注重安全问题，措施得 当是可以实现安全的
Ø 北京市煤改气对改善大气环境已产生了积极的影响
Ø 天然气资源有限，合理使用非常重要

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感谢卓建坤博士参与讨论与计算！
感谢北京市环保局、北京市科委、北京市发改委等在项目、数据等方面的支持！ 谢谢大家！
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