集中供熱系統(tǒng)的節(jié)能措施探討

摘 要

摘要：結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。關鍵詞：集中供熱系統(tǒng)；能耗分析；節(jié)能措施Discussion on Energy-saving
摘要：結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。
關鍵詞：集中供熱系統(tǒng)；能耗分析；節(jié)能措施
Discussion on Energy-saving Measures for Centralized Heat-supply System
LI Jinwei，LIU Jinsheng
Abstract：Combined with the status quo of energy consumption of centralized heat-supply industry in Qingdao City，the reasons for excessiVe energy consumption of the heat.supply system and the potential for energy-saving and consumption reduction are analyzed，and the energy。saving measures are proposed.
Key words：centralized heat-supply system；energy consumption analysis；energy-saving
    隨著經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，能源匱乏現(xiàn)象的日益嚴重，能源形勢不容樂觀。城市供熱既是社會公益事業(yè)，又是節(jié)能減排的重點行業(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，我國城鎮(zhèn)的建筑能耗是氣候條件相近發(fā)達國家的2～3倍，燃煤鍋爐熱效率比國際先進水平低約20%，輔機效率比國際先進水平低5%[1]。節(jié)能潛力巨大。節(jié)能減排是城市供熱擺脫困境、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，通過采用先進適用技術，對現(xiàn)有熱能供應模式進行改造，提高供熱企業(yè)技術管理水平和用戶的節(jié)能意識，實現(xiàn)能源利用最大化。本文結合青島市供熱節(jié)能工作，對供熱系統(tǒng)節(jié)能措施進行探討。
1 青島市供熱與節(jié)能現(xiàn)狀
    提高供熱系統(tǒng)運行效率及提高建筑圍護結構的絕熱性能是實現(xiàn)建筑節(jié)能的主要手段[2]。根據(jù)我國建筑節(jié)能發(fā)展的基本目標：新建供暖居住建筑自1986年起，在1980—1981年當?shù)赝ㄓ迷O計能耗水平基礎上普遍降低30%，為第一階段；1996年起在達到第一階段要求的基礎上再節(jié)能30%(即總節(jié)能50%)，為第二階段；2005年起在達到第二階段要求基礎上再節(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上，主要靠提高建筑圍護結構的絕熱性能來實王見。
    我國供暖時間的制定依據(jù)是累年日平均溫度≤5℃的時間，青島市的供暖時間應為110d，供暖室外計算溫度為-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，供暖時間由110d增加到141d，供暖室外計算溫度仍然為-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、標準煤耗量、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、標準煤耗量、鍋爐熱效率及熱網(wǎng)輸送效率
階段
節(jié)能目標/%
標準煤耗量/(kg·m-2)
鍋爐熱效率/%
熱網(wǎng)輸送效率/%
110d
141d
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80年代以前，居民供暖主要靠家用燃煤爐，僅有幾個大型國營企業(yè)的職工宿舍、部隊、療養(yǎng)院、機關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了3個聯(lián)片熱力站，單臺鍋爐平均容量為6.5t/h，當時由于無統(tǒng)一的供熱收費標準，導致聯(lián)片熱力站經(jīng)營舉步維艱。1990年以后，為了適應城市建設和經(jīng)濟發(fā)展的需要，青島市開始建設大型區(qū)域供熱鍋爐房及熱電聯(lián)產(chǎn)項目，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，但在技術管理、裝備等方面相對滯后，在生產(chǎn)運行方面沿用了比較粗放的經(jīng)營管理模式，導致供熱節(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)的運行統(tǒng)計指標見表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)能指標要求相比仍有較大差距：單位供熱面積標準煤耗量沒有達到第一階段的節(jié)能目標；鍋爐效率：大部分企業(yè)達到了第一階段的節(jié)能目標，但沒達到第二階段的節(jié)能目標，僅有少部分企業(yè)達到了第二階段的節(jié)能目標；熱網(wǎng)輸送效率：有的企業(yè)已經(jīng)達到第三階段的節(jié)能目標，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)的運行統(tǒng)計指標
企業(yè)代號
標準煤耗量/(kg·m-2)
鍋爐熱效率/%
熱網(wǎng)輸送效率/%
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
2 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、室內(nèi)溫度控制、分戶計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)能目標沒有實現(xiàn)。青島市供熱系統(tǒng)能耗偏高的主要原因有以下幾點。
    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，導致水力失調(diào)情況比較普遍，造成用戶冷熱不均，個別住宅小區(qū)用戶冷熱不均程度達到了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)，也是導致用戶冷熱不均的原因之一。
    c. 受建設用地限制，熱力站建設規(guī)模過大，導致供熱系統(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
    供熱設備陳舊，技術落后。
    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，設備陳舊，技術落后，設備自動化程度低，供熱系統(tǒng)缺少有效的調(diào)節(jié)手段，主要采用大流量、小溫差運行方式保證用戶室內(nèi)供暖溫度，導致供熱系統(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、泄漏嚴重，管道保溫性能差。個別供熱企業(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)的凝結水不能回收利用。
    ③ 原因3
    供熱節(jié)能技術推廣應用不足。由于部分供熱企業(yè)長期以來節(jié)能意識不強，管理相對落后，沿用老系統(tǒng)、老設備、老方法，能耗居高不下，改造資金短缺，導致先進的供熱節(jié)能技術的推廣力度不足，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，煤炭價格上漲，居民供熱價格又不能隨“煤熱聯(lián)動”政策及時調(diào)整，供熱成本和居民供熱價格出現(xiàn)倒掛，導致供熱企業(yè)連年虧損，經(jīng)營舉步維艱，嚴重制約了供熱系統(tǒng)更新改造的步伐以及供熱節(jié)能技術的推廣應用，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政出資通過“以獎代補”政策，對市內(nèi)四區(qū)供熱企業(yè)的居民供熱部分進行補貼，但仍不能完全彌補虧損。
3 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[4]。發(fā)展大型熱電聯(lián)產(chǎn)供熱項目，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，很難達到節(jié)能目標要求。
    利用華電青島發(fā)電公司300MW熱電機組替代現(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，單位供熱面積的標準煤耗量可下降10%～30%，自2007年起累計替代原有區(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)，以及個別熱電聯(lián)產(chǎn)項目的一級管網(wǎng)采用蒸汽管網(wǎng)，導致熱網(wǎng)輸送效率較低，個別供熱企業(yè)蒸汽管網(wǎng)熱損失達到了20%～35%。此外，青島市運行使用15年以上的供熱管網(wǎng)超過200km，泄漏情況比較嚴重。因此，推進供熱管網(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，青島市啟動了供熱蒸汽管網(wǎng)“汽改水”工程，并開始對運行使用年限超過15年及存在泄漏隱患的供熱管網(wǎng)進行更新改造。通過這些改造項目的逐步實施，將進一步提高熱網(wǎng)輸送效率，降低供熱能耗。
    ③ 嘗試3
    推廣使用先進供熱技術與設備。積極開發(fā)、引進、應用供熱節(jié)能新技術、新材料、新設備，加快淘汰高耗能的落后工藝、技術和設備，不斷提升供熱行業(yè)的技術裝備和節(jié)能減排水平。
    a. 將汽輪機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，在發(fā)電過程中對汽輪機進行中間抽汽獲取熱量，為了維持汽輪機尾部有足夠的蒸汽流量保證汽輪機正常運行，這類機組在供熱工況時，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，因此必須設法適當提高其溫度。目前成熟的技術方法有兩種：一種是汽輪機組低真空運行，適當降低凝汽器真空度，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)相繼實施了低真空循環(huán)水供熱改造項目，不僅可增加供熱面積，還可降低能耗，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
    b. 推廣先進控制技術，如鍋爐DCS(分布式控制系統(tǒng))、計算機遠程控制、無人值守自動供熱機組等技術[5]，提高運行管理水平，提高節(jié)能效果。
    c. 推廣分布式變頻泵供熱系統(tǒng)[6～11]，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。當采用一般閥門進行調(diào)節(jié)時，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)泵的揚程，減少系統(tǒng)能耗，并使得系統(tǒng)運行在較低的壓力水平，更加安全可靠。
   ④ 嘗試4
   實行供熱系統(tǒng)多熱源聯(lián)網(wǎng)運行。多熱源聯(lián)網(wǎng)運行可以優(yōu)化生產(chǎn)和運行方式，增加熱網(wǎng)運行的靈活性、互補性，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性和可靠性，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)運行，并正積極推進市內(nèi)四區(qū)和嶗山區(qū)的多熱源環(huán)狀管網(wǎng)運行方案的實施，由熱電廠或大型區(qū)域供熱鍋爐房承擔基本負荷，小型供熱鍋爐房承擔尖峰負荷，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)中個別建筑物室溫過低、過高的弊病，達到節(jié)能的目的。JGJ 173—2009《供熱計量技術規(guī)程》將安裝水力平衡閥及室內(nèi)溫控閥納入了強制性條文。只有在水力平衡條件具備的前提下，氣候補償器和室內(nèi)溫控閥才能起到節(jié)能作用，體現(xiàn)出節(jié)能效果。因此，應當對既有供熱系統(tǒng)進行管網(wǎng)平衡改造，并對新建供熱系統(tǒng)嚴格按照相關標準規(guī)范要求進行設計、施工、驗收，從源頭上保障供熱質(zhì)量和節(jié)能效果。
   ⑥ 嘗試6
   推行供熱計量收費，促進用戶行為節(jié)能。在大力推進既有居住建筑供熱計量及節(jié)能改造的同時，應穩(wěn)步實施按用熱量收費制度。2010年起，青島市選擇前期試點成熟的小區(qū)，試行兩部制熱價收費[12～13]，使熱費收取更加合理，并提高了用戶自覺節(jié)能的意識。
   ⑦ 嘗試7
   建立城市供熱能耗考核評價制度。制定供熱行業(yè)能耗指標和考核制度，對供熱企業(yè)的供熱耗煤量、能源轉化率、管網(wǎng)損耗、換熱效率等指標進行定期考核，并與供熱經(jīng)營許可、行業(yè)評優(yōu)創(chuàng)先掛鉤。有關部門對供熱能耗進行日常監(jiān)督檢查，加大依法節(jié)能管理與執(zhí)法的力度，嚴肅查處各種浪費資源的現(xiàn)象和行為，推進供熱系統(tǒng)節(jié)能工作深入持久地開展。
4 結語
    隨著建筑圍護結構絕熱性能的提高，供熱系統(tǒng)節(jié)能改造的實施，先進技術與設備的應用，供熱運行管理水平的提升，用戶冷熱不均現(xiàn)象的消除，以及居民節(jié)能意識的提高，供熱節(jié)能將進入良性循環(huán)的軌道，單位供熱面積標準煤耗量達到第三階段的節(jié)能目標是完全可以實現(xiàn)的。
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(本文作者：李金偉1 劉金勝2 1.青島市供熱辦公室 山東青島 266034；2.青島華拓電力設計有限公司 山東青島 266013)