集中供热系统的节能措施探讨

摘 要

摘要：结合青岛市集中供热行业的能耗现状，分析了供热系统能耗偏高的原因以及节能降耗的潜力，提出了节能措施。关键词：集中供热系统；能耗分析；节能措施Discussion on Energy-saving
摘要：结合青岛市集中供热行业的能耗现状，分析了供热系统能耗偏高的原因以及节能降耗的潜力，提出了节能措施。
关键词：集中供热系统；能耗分析；节能措施
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
    随着经济的持续发展，能源匮乏现象的日益严重，能源形势不容乐观。城市供热既是社会公益事业，又是节能减排的重点行业。但是，我国大多数供热企业目前仍处于粗放经营阶段，供热系统能耗偏高。据统计，我国城镇的建筑能耗是气候条件相近发达国家的2～3倍，燃煤锅炉热效率比国际先进水平低约20%，辅机效率比国际先进水平低5%[1]。节能潜力巨大。节能减排是城市供热摆脱困境、实现可持续发展的必然选择，通过采用先进适用技术，对现有热能供应模式进行改造，提高供热企业技术管理水平和用户的节能意识，实现能源利用最大化。本文结合青岛市供热节能工作，对供热系统节能措施进行探讨。
1 青岛市供热与节能现状
    提高供热系统运行效率及提高建筑围护结构的绝热性能是实现建筑节能的主要手段[2]。根据我国建筑节能发展的基本目标：新建供暖居住建筑自1986年起，在1980—1981年当地通用设计能耗水平基础上普遍降低30%，为第一阶段；1996年起在达到第一阶段要求的基础上再节能30%(即总节能50%)，为第二阶段；2005年起在达到第二阶段要求基础上再节能30%(即总节能65%)为第三阶段。第三阶段是在锅炉热效率及热网输送效率维持第二阶段水平基础上，主要靠提高建筑围护结构的绝热性能来实王见。
    我国供暖时间的制定依据是累年日平均温度≤5℃的时间，青岛市的供暖时间应为110d，供暖室外计算温度为-6℃，供暖室外平均温度为0.9℃。由于青岛受海洋气候的影响，供暖期前后气温偏低，相对湿度较高，几经演变，供暖时间由110d增加到141d，供暖室外计算温度仍然为-6℃，供暖室外平均温度上升为2.72℃。青岛市各阶段的节能目标、标准煤耗量、锅炉热效率及热网输送效率见表1。
表1 青岛市各阶段的节能目标、标准煤耗量、锅炉热效率及热网输送效率
阶段
节能目标/%
标准煤耗量/(kg·m-2)
锅炉热效率/%
热网输送效率/%
110d
141d
1980年
0
21.4
24.5
55
85
第一阶段
30
15.O
17.2
60
90
第二阶段
50
10.7
12.3
68
90
第三阶段
65
7.5
8.6
68
90
   青岛市的集中供热起步较晚，20世纪80年代以前，居民供暖主要靠家用燃煤炉，仅有几个大型国营企业的职工宿舍、部队、疗养院、机关办公场所等采用了分散锅炉房供热，锅炉容量为1～4t/h。1984年以后，青岛市相继开工建设了3个联片热力站，单台锅炉平均容量为6.5t/h，当时由于无统一的供热收费标准，导致联片热力站经营举步维艰。1990年以后，为了适应城市建设和经济发展的需要，青岛市开始建设大型区域供热锅炉房及热电联产项目，集中供热走上了快速发展的轨道。虽然集中供热有了快速的发展，但在技术管理、装备等方面相对滞后，在生产运行方面沿用了比较粗放的经营管理模式，导致供热节能工作滞后，建筑节能及供热系统节能效果并不明显。2006—2007年供暖期青岛市8家供热企业的运行统计指标见表2。由表1、2可知，青岛市的供暖建筑节能及供热系统节能与国家节能指标要求相比仍有较大差距：单位供热面积标准煤耗量没有达到第一阶段的节能目标；锅炉效率：大部分企业达到了第一阶段的节能目标，但没达到第二阶段的节能目标，仅有少部分企业达到了第二阶段的节能目标；热网输送效率：有的企业已经达到第三阶段的节能目标，有的企业仍处于1980年的水平。
表2 2006—2007年供暖期青岛市8家供热企业的运行统计指标
企业代号
标准煤耗量/(kg·m-2)
锅炉热效率/%
热网输送效率/%
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 供热系统能耗分析
    目前，城市集中供热仍属粗放经营，热源和热力站的自控、热网水力平衡技术、室内温度控制、分户计量等仍然不能满足建筑节能要求，使建筑节能与供热节能目标没有实现。青岛市供热系统能耗偏高的主要原因有以下几点。
    ① 原因1
    最主要的原因是供热系统水力不平衡造成的用户冷热不均[3]，原因有以下几个方面：
    a. 青岛市目前的供热管网大部分没有安装自力式水力平衡装置，甚至在部分供热系统中采用蝶阀代替流量调节阀。由于热网没有良好的调节手段，导致水力失调情况比较普遍，造成用户冷热不均，个别住宅小区用户冷热不均程度达到了30%以上。
    b. 大多数用户室内供暖系统没有安装温控阀，室内温度无法调节，也是导致用户冷热不均的原因之一。
    c. 受建设用地限制，热力站建设规模过大，导致供热系统可调性下降，加剧了用户冷热不均现象。青岛市目前5MW以上规模的热力站比比皆是，7MW以上的热力站也大量存在。
    ② 原因2
    供热设备陈旧，技术落后。
    a.青岛市目前的供热企业逾40家，除了几家大型供热企业以外，其余供热企业规模较小，设备陈旧，技术落后，设备自动化程度低，供热系统缺少有效的调节手段，主要采用大流量、小温差运行方式保证用户室内供暖温度，导致供热系统耗电量增加，增加了供热系统能耗。
    b. 供热管网陈旧，老化腐蚀、泄漏严重，管道保温性能差。个别供热企业一直沿用蒸汽管网供热，蒸汽管网比热水管网输送效率低5%以上，而且大部分蒸汽管网的凝结水不能回收利用。
    ③ 原因3
    供热节能技术推广应用不足。由于部分供热企业长期以来节能意识不强，管理相对落后，沿用老系统、老设备、老方法，能耗居高不下，改造资金短缺，导致先进的供热节能技术的推广力度不足，影响了供热行业节能水平的整体提升。由于供热能耗过高，煤炭价格上涨，居民供热价格又不能随“煤热联动”政策及时调整，供热成本和居民供热价格出现倒挂，导致供热企业连年亏损，经营举步维艰，严重制约了供热系统更新改造的步伐以及供热节能技术的推广应用，使供热企业的生产经营陷入困境。近年来，尽管青岛市每年由财政出资通过“以奖代补”政策，对市内四区供热企业的居民供热部分进行补贴，但仍不能完全弥补亏损。
3 供热系统节能的有效措施
    采取有效措施，降低建筑供暖能耗，充分挖掘供热系统节能潜力刻不容缓。为推动供热行业节能减排，改善供热企业经营状况，近年来，青岛市在供热系统节能方面进行了一些有益尝试。
    ① 尝试1
    “上大压小”，提高锅炉整体热效率[4]。发展大型热电联产供热项目，提高区域供热锅炉房热水锅炉的热功率，是集中供热的主要发展方向。目前，青岛市热电联产项目的锅炉容量以75、130、220t/h等为主。但大多数区域供热锅炉房的锅炉规模较小，以7、14、29MW为主，锅炉热效率较低，很难达到节能目标要求。
    利用华电青岛发电公司300MW热电机组替代现有的小型供热燃煤锅炉，是提高锅炉热效率的有效途径。华电青岛发电公司的锅炉单台容量为1025t/h，一般情况下锅炉热效率在90%左右，替代小容量锅炉后，在其他条件不变的情况下，单位供热面积的标准煤耗量可下降10%～30%，自2007年起累计替代原有区域供热锅炉房供热面积近600×104m4，节能效果显著。华电青岛发电公司三期扩建工程投产后，其供热范围内的小型燃煤供热锅炉将被陆续替代。
    ② 尝试2
    改造供热管网，提高热网输送效率。青岛市成立较早的供热企业，以及个别热电联产项目的一级管网采用蒸汽管网，导致热网输送效率较低，个别供热企业蒸汽管网热损失达到了20%～35%。此外，青岛市运行使用15年以上的供热管网超过200km，泄漏情况比较严重。因此，推进供热管网升级改造，消除安全隐患，降低管网热损失尤为重要。2010年，青岛市启动了供热蒸汽管网“汽改水”工程，并开始对运行使用年限超过15年及存在泄漏隐患的供热管网进行更新改造。通过这些改造项目的逐步实施，将进一步提高热网输送效率，降低供热能耗。
    ③ 尝试3
    推广使用先进供热技术与设备。积极开发、引进、应用供热节能新技术、新材料、新设备，加快淘汰高耗能的落后工艺、技术和设备，不断提升供热行业的技术装备和节能减排水平。
    a. 将汽轮机排入自然界的热量回收利用，节能效果非常明显。我国大多数热电厂采用抽汽凝汽式汽轮机，在发电过程中对汽轮机进行中间抽汽获取热量，为了维持汽轮机尾部有足够的蒸汽流量保证汽轮机正常运行，这类机组在供热工况时，仍需由凝汽器冷却末端乏汽，冷凝产生的大量低温余热通过冷却塔排放掉。正常工况下进出凝汽器的循环水温度为20～30℃，不能直接供热，因此必须设法适当提高其温度。目前成熟的技术方法有两种：一种是汽轮机组低真空运行，适当降低凝汽器真空度，提高乏汽温度，从而使循环水可直接通过热网供热；另一种是采用热泵技术从循环水中提取低位热量用于供热。2007年以来，青岛市多家热电联产企业相继实施了低真空循环水供热改造项目，不仅可增加供热面积，还可降低能耗，取得了良好的经济效益和社会效益。
    b. 推广先进控制技术，如锅炉DCS(分布式控制系统)、计算机远程控制、无人值守自动供热机组等技术[5]，提高运行管理水平，提高节能效果。
    c. 推广分布式变频泵供热系统[6～11]，消除用户冷热不均的现象，最大限度地降低供热系统耗电量。当采用一般阀门进行调节时，为了满足供热系统末端用户的资用压头，近端用户不得不用阀门将大量的剩余压头消耗掉，节流损失很大，热网输送效率较低。采用分布式变频泵供热系统后，利用分布在用户端的分布式变频泵取代用户端的调节阀，由原来在调节阀上消耗多余的资用压头改为用分布式变频泵提供必要的资用压头。这样可大大降低循环泵的扬程，减少系统能耗，并使得系统运行在较低的压力水平，更加安全可靠。
   ④ 尝试4
   实行供热系统多热源联网运行。多热源联网运行可以优化生产和运行方式，增加热网运行的灵活性、互补性，提高系统的经济性和可靠性，是降低供热成本的有效手段。随着供热规模的扩大，热源数量的增加，青岛市已开始尝试多热源联网运行，并正积极推进市内四区和崂山区的多热源环状管网运行方案的实施，由热电厂或大型区域供热锅炉房承担基本负荷，小型供热锅炉房承担尖峰负荷，以降低供热系统能耗。
   ⑤ 尝试5
   采用产品质量合格的水力平衡阀及室内温控阀。水力平衡阀可以有效地保证管网水力及热力平衡，消除住宅小区中个别建筑物室温过低、过高的弊病，达到节能的目的。JGJ 173—2009《供热计量技术规程》将安装水力平衡阀及室内温控阀纳入了强制性条文。只有在水力平衡条件具备的前提下，气候补偿器和室内温控阀才能起到节能作用，体现出节能效果。因此，应当对既有供热系统进行管网平衡改造，并对新建供热系统严格按照相关标准规范要求进行设计、施工、验收，从源头上保障供热质量和节能效果。
   ⑥ 尝试6
   推行供热计量收费，促进用户行为节能。在大力推进既有居住建筑供热计量及节能改造的同时，应稳步实施按用热量收费制度。2010年起，青岛市选择前期试点成熟的小区，试行两部制热价收费[12～13]，使热费收取更加合理，并提高了用户自觉节能的意识。
   ⑦ 尝试7
   建立城市供热能耗考核评价制度。制定供热行业能耗指标和考核制度，对供热企业的供热耗煤量、能源转化率、管网损耗、换热效率等指标进行定期考核，并与供热经营许可、行业评优创先挂钩。有关部门对供热能耗进行日常监督检查，加大依法节能管理与执法的力度，严肃查处各种浪费资源的现象和行为，推进供热系统节能工作深入持久地开展。
4 结语
    随着建筑围护结构绝热性能的提高，供热系统节能改造的实施，先进技术与设备的应用，供热运行管理水平的提升，用户冷热不均现象的消除，以及居民节能意识的提高，供热节能将进入良性循环的轨道，单位供热面积标准煤耗量达到第三阶段的节能目标是完全可以实现的。
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(本文作者：李金伟1 刘金胜2 1.青岛市供热办公室 山东青岛 266034；2.青岛华拓电力设计有限公司 山东青岛 266013)