集中供熱系統的節能措施探討
摘要：結合青島市集中供熱行業的能耗現狀，分析了供熱系統能耗偏高的原因以及節能降耗的潛力，提出了節能措施。
隨著經濟的持續發展，能源匱乏現象的日益嚴重，能源形勢不容樂觀。城市供熱既是社會公益事業，又是節能減排的重點行業。但是，我國大多數供熱企業目前仍處于粗放經營階段，供熱系統能耗偏高。據統計，我國城鎮的建筑能耗是氣候條件相近發達國家的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]。節能潛力巨大。節能減排是城市供熱擺脫困境、實現可持續發展的必然選擇，通過采用先進適用技術，對現有熱能供應模式進行改造，提高供熱企業技術管理水平和用戶的節能意識，實現能源利用最大化。本文結合青島市供熱節能工作，對供熱系統節能措施進行探討。
青島市供熱與節能現狀
提高供熱系統運行效率及提高建筑圍護結構的絕熱性能是實現建筑節能的主要手段。根據我國建筑節能發展的基本目標：新建供暖居住建筑自1986年起，在1980—1981年當地通用設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能30%(即總節能50%)，為第二階段；2005年起在達到第二階段要求基礎上再節能30%(即總節能65%)為第三階段。第三階段是在鍋爐熱效率及熱網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℃。青島市各階段的節能目標、標準煤耗量、鍋爐熱效率及熱網輸送效率見表1。
表1 青島市各階段的節能目標、標準煤耗量、鍋爐熱效率及熱網輸送效率
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階段 |
節能目標/% |
標準煤耗量/(kg·m-2) |
鍋爐熱效率/% |
熱網輸送效率/% | |
|
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的職工宿舍、部隊、療養院、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個聯片熱力站，單臺鍋爐平均容量為6.5t/h，當時由于無統一的供熱收費標準，導致聯片熱力站經營舉步維艱。1990年以后，為了適應城市建設和經濟發展的需要，青島市開始建設大型區域供熱鍋爐房及熱電聯產項目，集中供熱走上了快速發展的軌道。雖然集中供熱有了快速的發展，但在技術管理、裝備等方面相對滯后，在生產運行方面沿用了比較粗放的經營管理模式，導致供熱節能工作滯后，建筑節能及供熱系統節能效果并不明顯。2006—2007年供暖期青島市8家供熱企業的運行統計指標見表2。由表1、2可知，青島市的供暖建筑節能及供熱系統節能與國家節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能目標；鍋爐效率：大部分企業達到了第一階段的節能目標，但沒達到第二階段的節能目標，僅有少部分企業達到了第二階段的節能目標；熱網輸送效率：有的企業已經達到第三階段的節能目標，有的企業仍處于1980年的水平。
表2 2006—2007年供暖期青島市8家供熱企業的運行統計指標
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企業代號 |
標準煤耗量/(kg·m-2) |
鍋爐熱效率/% |
熱網輸送效率/% | |
|
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 |
供熱系統能耗分析
目前，城市集中供熱仍屬粗放經營，熱源和熱力站的自控、熱網水力平衡技術、室內溫度控制、分戶計量等仍然不能滿足建筑節能要求，使建筑節能與供熱節能目標沒有實現。青島市供熱系統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中采用蝶閥代替流量調節閥。由于熱網沒有良好的調節手段，導致水力失調情況比較普遍，造成用戶冷熱不均，個別住宅小區用戶冷熱不均程度達到了30%以上。
b. 大多數用戶室內供暖系統沒有安裝溫控閥，室內溫度無法調節，也是導致用戶冷熱不均的原因之一。
c. 受建設用地限制，熱力站建設規模過大，導致供熱系統可調性下降，加劇了用戶冷熱不均現象。青島市目前5MW以上規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逾40家，除了幾家大型供熱企業以外，其余供熱企業規模較小，設備陳舊，技術落后，設備自動化程度低，供熱系統缺少有效的調節手段，主要采用大流量、小溫差運行方式保證用戶室內供暖溫度，導致供熱系統耗電量增加，增加了供熱系統能耗。
b. 供熱管網陳舊，老化腐蝕、泄漏嚴重，管道保溫性能差。個別供熱企業一直沿用蒸汽管網供熱，蒸汽管網比熱水管網輸送效率低5%以上，而且大部分蒸汽管網的凝結水不能回收利用。
③ 原因3
供熱節能技術推廣應用不足。由于部分供熱企業長期以來節能意識不強，管理相對落后，沿用老系統、老設備、老方法，能耗居高不下，改造資金短缺，導致先進的供熱節能技術的推廣力度不足，影響了供熱行業節能水平的整體提升。由于供熱能耗過高，煤炭價格上漲，居民供熱價格又不能隨“煤熱聯動”政策及時調整，供熱成本和居民供熱價格出現倒掛，導致供熱企業連年虧損，經營舉步維艱，嚴重制約了供熱系統更新改造的步伐以及供熱節能技術的推廣應用，使供熱企業的生產經營陷入困境。近年來，盡管青島市每年由財政出資通過“以獎代補”政策，對市內四區供熱企業的居民供熱部分進行補貼，但仍不能完全彌補虧損。
供熱系統節能的有效措施
采取有效措施，降低建筑供暖能耗，充分挖掘供熱系統節能潛力刻不容緩。為推動供熱行業節能減排，改善供熱企業經營狀況，近年來，青島市在供熱系統節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。發展大型熱電聯產供熱項目，提高區域供熱鍋爐房熱水鍋爐的熱功率，是集中供熱的主要發展方向。目前，青島市熱電聯產項目的鍋爐容量以75、130、220t/h等為主。但大多數區域供熱鍋爐房的鍋爐規模較小，以7、14、29MW為主，鍋爐熱效率較低，很難達到節能目標要求。
利用華電青島發電公司300MW熱電機組替代現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域供熱鍋爐房供熱面積近600×104m4，節能效果顯著。華電青島發電公司三期擴建工程投產后，其供熱范圍內的小型燃煤供熱鍋爐將被陸續替代。
② 嘗試2
改造供熱管網，提高熱網輸送效率。青島市成立較早的供熱企業，以及個別熱電聯產項目的一級管網采用蒸汽管網，導致熱網輸送效率較低，個別供熱企業蒸汽管網熱損失達到了20%～35%。此外，青島市運行使用15年以上的供熱管網超過200km，泄漏情況比較嚴重。因此，推進供熱管網升級改造，消除安全隱患，降低管網熱損失尤為重要。2010年，青島市啟動了供熱蒸汽管網“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、引進、應用供熱節能新技術、新材料、新設備，加快淘汰高耗能的落后工藝、技術和設備，不斷提升供熱行業的技術裝備和節能減排水平。
a. 將汽輪機排入自然界的熱量回收利用，節能效果非常明顯。我國大多數熱電廠采用抽汽凝汽式汽輪機，在發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，從而使循環水可直接通過熱網供熱；另一種是采用熱泵技術從循環水中提取低位熱量用于供熱。2007年以來，青島市多家熱電聯產企業相繼實施了低真空循環水供熱改造項目，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)、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，提高節能效果。
c. 推廣分布式變頻泵供熱系統，消除用戶冷熱不均的現象，最大限度地降低供熱系統耗電量。當采用一般閥門進行調節時，為了滿足供熱系統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，節流損失很大，熱網輸送效率較低。采用分布式變頻泵供熱系統后，利用分布在用戶端的分布式變頻泵取代用戶端的調節閥，由原來在調節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泵的揚程，減少系統能耗，并使得系統運行在較低的壓力水平，更加安全可靠。
④ 嘗試4
實行供熱系統多熱源聯網運行。多熱源聯網運行可以優化生產和運行方式，增加熱網運行的靈活性、互補性，提高系統的經濟性和可靠性，是降低供熱成本的有效手段。隨著供熱規模的擴大，熱源數量的增加，青島市已開始嘗試多熱源聯
網運行，并正積極推進市內四區和嶗山區的多熱源環狀管網運行方案的實施，由熱電廠或大型區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，以降低供熱系統能耗。
⑤ 嘗試5
采用產品質量合格的水力平衡閥及室內溫控閥。水力平衡閥可以有效地保證管網水力及熱力平衡，消除住宅小區中個別建筑物室溫過低、過高的弊病，達到節能的目的。JGJ 173—2009《供熱計量技術規程》將安裝水力平衡閥及室內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，氣候補償器和室內溫控閥才能起到節能作用，體現出節能效果。因此，應當對既有供熱系統進行管網平衡改造，并對新建供熱系統嚴格按照相關標準規范要求進行設計、施工、驗收，從源頭上保障供熱質量和節能效果。
⑥ 嘗試6
推行供熱計量收費，促進用戶行為節能。在大力推進既有居住建筑供熱計量及節能改造的同時，應穩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，試行兩部制熱價收費，使熱費收取更加合理，并提高了用戶自覺節能的意識。
⑦ 嘗試7
建立城市供熱能耗考核評價制度。制定供熱行業能耗指標和考核制度，對供熱企業的供熱耗煤量、能源轉化率、管網損耗、換熱效率等指標進行定期考核，并與供熱經營許可、行業評優創先掛鉤。有關部門對供熱能耗進行日常監督檢查，加大依法節能管理與執法的力度，嚴肅查處各種浪費資源的現象和行為，推進供熱系統節能工作深入持久地開展。
隨著建筑圍護結構絕熱性能的提高，供熱系統節能改造的實施，先進技術與設備的應用，供熱運行管理水平的提升，用戶冷熱不均現象的消除，以及居民節能意識的提高，供熱節能將進入良性循環的軌道，單位供熱面積標準煤耗量達到第三階段的節能目標是完全可以實現的。
