集中供熱系統(tǒng)的節(jié)能措施探討
摘要：結(jié)合青島市集中供熱行業(yè)的能耗現(xiàn)狀，分析了供熱系統(tǒng)能耗偏高的原因以及節(jié)能降耗的潛力，提出了節(jié)能措施。
隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，能源匱乏現(xiàn)象的日益嚴(yán)重，能源形勢不容樂觀。城市供熱既是社會(huì)公益事業(yè)，又是節(jié)能減排的重點(diǎn)行業(yè)。但是，我國大多數(shù)供熱企業(yè)目前仍處于粗放經(jīng)營階段，供熱系統(tǒng)能耗偏高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國城鎮(zhèn)的建筑能耗是氣候條件相近發(fā)達(dá)國家的2～3倍，燃煤鍋爐熱效率比國際先進(jìn)水平低約20%，輔機(jī)效率比國際先進(jìn)水平低5%[1]。節(jié)能潛力巨大。節(jié)能減排是城市供熱擺脫困境、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，通過采用先進(jìn)適用技術(shù)，對現(xiàn)有熱能供應(yīng)模式進(jìn)行改造，提高供熱企業(yè)技術(shù)管理水平和用戶的節(jié)能意識(shí)，實(shí)現(xiàn)能源利用最大化。本文結(jié)合青島市供熱節(jié)能工作，對供熱系統(tǒng)節(jié)能措施進(jìn)行探討。
青島市供熱與節(jié)能現(xiàn)狀
提高供熱系統(tǒng)運(yùn)行效率及提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的絕熱性能是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的主要手段。根據(jù)我國建筑節(jié)能發(fā)展的基本目標(biāo)：新建供暖居住建筑自1986年起，在1980—1981年當(dāng)?shù)赝ㄓ迷O(shè)計(jì)能耗水平基礎(chǔ)上普遍降低30%，為第一階段；1996年起在達(dá)到第一階段要求的基礎(chǔ)上再節(jié)能30%(即總節(jié)能50%)，為第二階段；2005年起在達(dá)到第二階段要求基礎(chǔ)上再節(jié)能30%(即總節(jié)能65%)為第三階段。第三階段是在鍋爐熱效率及熱網(wǎng)輸送效率維持第二階段水平基礎(chǔ)上，主要靠提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的絕熱性能來實(shí)王見。
我國供暖時(shí)間的制定依據(jù)是累年日平均溫度≤5℃的時(shí)間，青島市的供暖時(shí)間應(yīng)為110d，供暖室外計(jì)算溫度為-6℃，供暖室外平均溫度為0.9℃。由于青島受海洋氣候的影響，供暖期前后氣溫偏低，相對濕度較高，幾經(jīng)演變，供暖時(shí)間由110d增加到141d，供暖室外計(jì)算溫度仍然為-6℃，供暖室外平均溫度上升為2.72℃。青島市各階段的節(jié)能目標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)煤耗量、鍋爐熱效率及熱網(wǎng)輸送效率見表1。
表1 青島市各階段的節(jié)能目標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)煤耗量、鍋爐熱效率及熱網(wǎng)輸送效率
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階段 |
節(jié)能目標(biāo)/% |
標(biāo)準(zhǔn)煤耗量/(kg·m-2) |
鍋爐熱效率/% |
熱網(wǎng)輸送效率/% | |
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110d |
141d | ||||
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1980年 |
0 |
21.4 |
24.5 |
55 |
85 |
|
第一階段 |
30 |
15.O |
17.2 |
60 |
90 |
|
第二階段 |
50 |
10.7 |
12.3 |
68 |
90 |
|
第三階段 |
65 |
7.5 |
8.6 |
68 |
90 |
青島市的集中供熱起步較晚，20世紀(jì)80年代以前，居民供暖主要靠家用燃煤爐，僅有幾個(gè)大型國營企業(yè)的職工宿舍、部隊(duì)、療養(yǎng)院、機(jī)關(guān)辦公場所等采用了分散鍋爐房供熱，鍋爐容量為1～4t/h。1984年以后，青島市相繼開工建設(shè)了3個(gè)聯(lián)片熱力站，單臺(tái)鍋爐平均容量為6.5t/h，當(dāng)時(shí)由于無統(tǒng)一的供熱收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致聯(lián)片熱力站經(jīng)營舉步維艱。1990年以后，為了適應(yīng)城市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，青島市開始建設(shè)大型區(qū)域供熱鍋爐房及熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，集中供熱走上了快速發(fā)展的軌道。雖然集中供熱有了快速的發(fā)展，但在技術(shù)管理、裝備等方面相對滯后，在生產(chǎn)運(yùn)行方面沿用了比較粗放的經(jīng)營管理模式，導(dǎo)致供熱節(jié)能工作滯后，建筑節(jié)能及供熱系統(tǒng)節(jié)能效果并不明顯。2006—2007年供暖期青島市8家供熱企業(yè)的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)指標(biāo)見表2。由表1、2可知，青島市的供暖建筑節(jié)能及供熱系統(tǒng)節(jié)能與國家節(jié)能指標(biāo)要求相比仍有較大差距：單位供熱面積標(biāo)準(zhǔn)煤耗量沒有達(dá)到第一階段的節(jié)能目標(biāo)；鍋爐效率：大部分企業(yè)達(dá)到了第一階段的節(jié)能目標(biāo)，但沒達(dá)到第二階段的節(jié)能目標(biāo)，僅有少部分企業(yè)達(dá)到了第二階段的節(jié)能目標(biāo)；熱網(wǎng)輸送效率：有的企業(yè)已經(jīng)達(dá)到第三階段的節(jié)能目標(biāo)，有的企業(yè)仍處于1980年的水平。
表2 2006—2007年供暖期青島市8家供熱企業(yè)的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)指標(biāo)
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企業(yè)代號(hào) |
標(biāo)準(zhǔn)煤耗量/(kg·m-2) |
鍋爐熱效率/% |
熱網(wǎng)輸送效率/% | |
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居住建筑 |
公共建筑 | |||
|
A |
19.83 |
20.96 |
77.35 |
94.53 |
|
B |
22.02 |
23.49 |
59.77 |
92.08 |
|
C |
25.37 |
27.07 |
69.48 |
83.80 |
|
D |
19.32 |
20.61 |
65.21 |
89.54 |
|
E |
18.02 |
19.22 |
82.07 |
84.73 |
|
F |
20.56 |
22.O0 |
62.67 |
86.63 |
|
G |
23.87 |
25.46 |
62.59 |
82.00 |
|
H |
22.77 |
24.29 |
62.25 |
95.54 |
供熱系統(tǒng)能耗分析
目前，城市集中供熱仍屬粗放經(jīng)營，熱源和熱力站的自控、熱網(wǎng)水力平衡技術(shù)、室內(nèi)溫度控制、分戶計(jì)量等仍然不能滿足建筑節(jié)能要求，使建筑節(jié)能與供熱節(jié)能目標(biāo)沒有實(shí)現(xiàn)。青島市供熱系統(tǒng)能耗偏高的主要原因有以下幾點(diǎn)。
① 原因1
最主要的原因是供熱系統(tǒng)水力不平衡造成的用戶冷熱不均[3]，原因有以下幾個(gè)方面：
a. 青島市目前的供熱管網(wǎng)大部分沒有安裝自力式水力平衡裝置，甚至在部分供熱系統(tǒng)中采用蝶閥代替流量調(diào)節(jié)閥。由于熱網(wǎng)沒有良好的調(diào)節(jié)手段，導(dǎo)致水力失調(diào)情況比較普遍，造成用戶冷熱不均，個(gè)別住宅小區(qū)用戶冷熱不均程度達(dá)到了30%以上。
b. 大多數(shù)用戶室內(nèi)供暖系統(tǒng)沒有安裝溫控閥，室內(nèi)溫度無法調(diào)節(jié)，也是導(dǎo)致用戶冷熱不均的原因之一。
c. 受建設(shè)用地限制，熱力站建設(shè)規(guī)模過大，導(dǎo)致供熱系統(tǒng)可調(diào)性下降，加劇了用戶冷熱不均現(xiàn)象。青島市目前5MW以上規(guī)模的熱力站比比皆是，7MW以上的熱力站也大量存在。
② 原因2
供熱設(shè)備陳舊，技術(shù)落后。
a.青島市目前的供熱企業(yè)逾40家，除了幾家大型供熱企業(yè)以外，其余供熱企業(yè)規(guī)模較小，設(shè)備陳舊，技術(shù)落后，設(shè)備自動(dòng)化程度低，供熱系統(tǒng)缺少有效的調(diào)節(jié)手段，主要采用大流量、小溫差運(yùn)行方式保證用戶室內(nèi)供暖溫度，導(dǎo)致供熱系統(tǒng)耗電量增加，增加了供熱系統(tǒng)能耗。
b. 供熱管網(wǎng)陳舊，老化腐蝕、泄漏嚴(yán)重，管道保溫性能差。個(gè)別供熱企業(yè)一直沿用蒸汽管網(wǎng)供熱，蒸汽管網(wǎng)比熱水管網(wǎng)輸送效率低5%以上，而且大部分蒸汽管網(wǎng)的凝結(jié)水不能回收利用。
③ 原因3
供熱節(jié)能技術(shù)推廣應(yīng)用不足。由于部分供熱企業(yè)長期以來節(jié)能意識(shí)不強(qiáng)，管理相對落后，沿用老系統(tǒng)、老設(shè)備、老方法，能耗居高不下，改造資金短缺，導(dǎo)致先進(jìn)的供熱節(jié)能技術(shù)的推廣力度不足，影響了供熱行業(yè)節(jié)能水平的整體提升。由于供熱能耗過高，煤炭價(jià)格上漲，居民供熱價(jià)格又不能隨“煤熱聯(lián)動(dòng)”政策及時(shí)調(diào)整，供熱成本和居民供熱價(jià)格出現(xiàn)倒掛，導(dǎo)致供熱企業(yè)連年虧損，經(jīng)營舉步維艱，嚴(yán)重制約了供熱系統(tǒng)更新改造的步伐以及供熱節(jié)能技術(shù)的推廣應(yīng)用，使供熱企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營陷入困境。近年來，盡管青島市每年由財(cái)政出資通過“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”政策，對市內(nèi)四區(qū)供熱企業(yè)的居民供熱部分進(jìn)行補(bǔ)貼，但仍不能完全彌補(bǔ)虧損。
供熱系統(tǒng)節(jié)能的有效措施
采取有效措施，降低建筑供暖能耗，充分挖掘供熱系統(tǒng)節(jié)能潛力刻不容緩。為推動(dòng)供熱行業(yè)節(jié)能減排，改善供熱企業(yè)經(jīng)營狀況，近年來，青島市在供熱系統(tǒng)節(jié)能方面進(jìn)行了一些有益嘗試。
① 嘗試1
“上大壓小”，提高鍋爐整體熱效率。發(fā)展大型熱電聯(lián)產(chǎn)供熱項(xiàng)目，提高區(qū)域供熱鍋爐房熱水鍋爐的熱功率，是集中供熱的主要發(fā)展方向。目前，青島市熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目的鍋爐容量以75、130、220t/h等為主。但大多數(shù)區(qū)域供熱鍋爐房的鍋爐規(guī)模較小，以7、14、29MW為主，鍋爐熱效率較低，很難達(dá)到節(jié)能目標(biāo)要求。
利用華電青島發(fā)電公司300MW熱電機(jī)組替代現(xiàn)有的小型供熱燃煤鍋爐，是提高鍋爐熱效率的有效途徑。華電青島發(fā)電公司的鍋爐單臺(tái)容量為1025t/h，一般情況下鍋爐熱效率在90%左右，替代小容量鍋爐后，在其他條件不變的情況下，單位供熱面積的標(biāo)準(zhǔn)煤耗量可下降10%～30%，自2007年起累計(jì)替代原有區(qū)域供熱鍋爐房供熱面積近600×104m4，節(jié)能效果顯著。華電青島發(fā)電公司三期擴(kuò)建工程投產(chǎn)后，其供熱范圍內(nèi)的小型燃煤供熱鍋爐將被陸續(xù)替代。
② 嘗試2
改造供熱管網(wǎng)，提高熱網(wǎng)輸送效率。青島市成立較早的供熱企業(yè)，以及個(gè)別熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目的一級管網(wǎng)采用蒸汽管網(wǎng)，導(dǎo)致熱網(wǎng)輸送效率較低，個(gè)別供熱企業(yè)蒸汽管網(wǎng)熱損失達(dá)到了20%～35%。此外，青島市運(yùn)行使用15年以上的供熱管網(wǎng)超過200km，泄漏情況比較嚴(yán)重。因此，推進(jìn)供熱管網(wǎng)升級改造，消除安全隱患，降低管網(wǎng)熱損失尤為重要。2010年，青島市啟動(dòng)了供熱蒸汽管網(wǎng)“汽改水”工程，并開始對運(yùn)行使用年限超過15年及存在泄漏隱患的供熱管網(wǎng)進(jìn)行更新改造。通過這些改造項(xiàng)目的逐步實(shí)施，將進(jìn)一步提高熱網(wǎng)輸送效率，降低供熱能耗。
③ 嘗試3
推廣使用先進(jìn)供熱技術(shù)與設(shè)備。積極開發(fā)、引進(jìn)、應(yīng)用供熱節(jié)能新技術(shù)、新材料、新設(shè)備，加快淘汰高耗能的落后工藝、技術(shù)和設(shè)備，不斷提升供熱行業(yè)的技術(shù)裝備和節(jié)能減排水平。
a. 將汽輪機(jī)排入自然界的熱量回收利用，節(jié)能效果非常明顯。我國大多數(shù)熱電廠采用抽汽凝汽式汽輪機(jī)，在發(fā)電過程中對汽輪機(jī)進(jìn)行中間抽汽獲取熱量，為了維持汽輪機(jī)尾部有足夠的蒸汽流量保證汽輪機(jī)正常運(yùn)行，這類機(jī)組在供熱工況時(shí)，仍需由凝汽器冷卻末端乏汽，冷凝產(chǎn)生的大量低溫余熱通過冷卻塔排放掉。正常工況下進(jìn)出凝汽器的循環(huán)水溫度為20～30℃，不能直接供熱，因此必須設(shè)法適當(dāng)提高其溫度。目前成熟的技術(shù)方法有兩種：一種是汽輪機(jī)組低真空運(yùn)
行，適當(dāng)降低凝汽器真空度，提高乏汽溫度，從而使循環(huán)水可直接通過熱網(wǎng)供熱；另一種是采用熱泵技術(shù)從循環(huán)水中提取低位熱量用于供熱。2007年以來，青島市多家熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)相繼實(shí)施了低真空循環(huán)水供熱改造項(xiàng)目，不僅可增加供熱面積，還可降低能耗，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
b. 推廣先進(jìn)控制技術(shù)，如鍋爐DCS(分布式控制系統(tǒng))、計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制、無人值守自動(dòng)供熱機(jī)組等技術(shù)[5]，提高運(yùn)行管理水平，提高節(jié)能效果。
c. 推廣分布式變頻泵供熱系統(tǒng)，消除用戶冷熱不均的現(xiàn)象，最大限度地降低供熱系統(tǒng)耗電量。當(dāng)采用一般閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，為了滿足供熱系統(tǒng)末端用戶的資用壓頭，近端用戶不得不用閥門將大量的剩余壓頭消耗掉，節(jié)流損失很大，熱網(wǎng)輸送效率較低。采用分布式變頻泵供熱系統(tǒng)后，利用分布在用戶端的分布式變頻泵取代用戶端的調(diào)節(jié)閥，由原來在調(diào)節(jié)閥上消耗多余的資用壓頭改為用分布式變頻泵提供必要的資用壓頭。這樣可大大降低循環(huán)泵的揚(yáng)程，減少系統(tǒng)能耗，并使得系統(tǒng)運(yùn)行在較低的壓力水平，更加安全可靠。
④ 嘗試4
實(shí)行供熱系統(tǒng)多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行可以優(yōu)化生產(chǎn)和運(yùn)行方式，增加熱網(wǎng)運(yùn)行的靈活性、互補(bǔ)性，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，是降低供熱成本的有效手段。隨著供熱規(guī)模的擴(kuò)大，熱源數(shù)量的增加，青島市已開始嘗試多熱源聯(lián)
網(wǎng)運(yùn)行，并正積極推進(jìn)市內(nèi)四區(qū)和嶗山區(qū)的多熱源環(huán)狀管網(wǎng)運(yùn)行方案的實(shí)施，由熱電廠或大型區(qū)域供熱鍋爐房承擔(dān)基本負(fù)荷，小型供熱鍋爐房承擔(dān)尖峰負(fù)荷，以降低供熱系統(tǒng)能耗。
⑤ 嘗試5
采用產(chǎn)品質(zhì)量合格的水力平衡閥及室內(nèi)溫控閥。水力平衡閥可以有效地保證管網(wǎng)水力及熱力平衡，消除住宅小區(qū)中個(gè)別建筑物室溫過低、過高的弊病，達(dá)到節(jié)能的目的。JGJ 173—2009《供熱計(jì)量技術(shù)規(guī)程》將安裝水力平衡閥及室內(nèi)溫控閥納入了強(qiáng)制性條文。只有在水力平衡條件具備的前提下，氣候補(bǔ)償器和室內(nèi)溫控閥才能起到節(jié)能作用，體現(xiàn)出節(jié)能效果。因此，應(yīng)當(dāng)對既有供熱系統(tǒng)進(jìn)行管網(wǎng)平衡改造，并對新建供熱系統(tǒng)嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收，從源頭上保障供熱質(zhì)量和節(jié)能效果。
⑥ 嘗試6
推行供熱計(jì)量收費(fèi)，促進(jìn)用戶行為節(jié)能。在大力推進(jìn)既有居住建筑供熱計(jì)量及節(jié)能改造的同時(shí)，應(yīng)穩(wěn)步實(shí)施按用熱量收費(fèi)制度。2010年起，青島市選擇前期試點(diǎn)成熟的小區(qū)，試行兩部制熱價(jià)收費(fèi)，使熱費(fèi)收取更加合理，并提高了用戶自覺節(jié)能的意識(shí)。
⑦ 嘗試7
建立城市供熱能耗考核評價(jià)制度。制定供熱行業(yè)能耗指標(biāo)和考核制度，對供熱企業(yè)的供熱耗煤量、能源轉(zhuǎn)化率、管網(wǎng)損耗、換熱效率等指標(biāo)進(jìn)行定期考核，并與供熱經(jīng)營許可、行業(yè)評優(yōu)創(chuàng)先掛鉤。有關(guān)部門對供熱能耗進(jìn)行日常監(jiān)督檢查，加大依法節(jié)能管理與執(zhí)法的力度，嚴(yán)肅查處各種浪費(fèi)資源的現(xiàn)象和行為，推進(jìn)供熱系統(tǒng)節(jié)能工作深入持久地開展。
隨著建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)絕熱性能的提高，供熱系統(tǒng)節(jié)能改造的實(shí)施，先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備的應(yīng)用，供熱運(yùn)行管理水平的提升，用戶冷熱不均現(xiàn)象的消除，以及居民節(jié)能意識(shí)的提高，供熱節(jié)能將進(jìn)入良性循環(huán)的軌道，單位供熱面積標(biāo)準(zhǔn)煤耗量達(dá)到第三階段的節(jié)能目標(biāo)是完全可以實(shí)現(xiàn)的。
