我国清洁供暖问题探考.....................

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康 慧1,孙宝玉2,李瑞国 3

(1. 中国电力工程顾问集团有限公司,北京 100120;2. 中国能源学会清洁燃煤专业委员会,

北京 100160;3. 青岛特利尔环保股份有限公司,青岛 266000)

摘要:目前,我国北方采暖区的清洁供暖是全社会关注的热点问题,本文将从技术经济的

角度来分析与讨论这个问题,并提出相关参考建议。

关键词:刚性需求;清洁供暖;燃煤供暖;新型水煤浆燃烧技术中图分类号:TK01 文献标识码:A 文章编号:1003-2355-(2017)08-0007-04 Doi: 10.3969/j.issn.1003-2355.2017.08.002

Abstract: The application of clean energy use for heating in central heating district in China has become a hot issue of social concern.This article discusses this problem in view of technical and economic, also gives some suggestions.

Key words: Rigid Demand; Clean Energy Use for Heating; Coal Heating; New Combustion Technology of Coal Water Slurry

我国北方采暖区的京津冀晋鲁豫地区,人口密度大,每当采暖季节,供暖用燃料的排放物与其他污染源叠加,构成了京津冀大气污染传输通道,使京津冀的雾霾状况雪上加霜。2017 年 5 月 16 日,财政部、住房城乡建设部、环境保护部、国家能源局四部门共同发布“财建〔2017〕238 号”文,决定中央财政支持开展北方地区冬季清洁采暖试点工作。

本文从技术经济角度讨论我国清洁供暖问题。本文认为在清洁供暖方面应着重考虑三个因素:第一,在供暖方式选择时,应按照“集中为主,分散为辅”、“宜气则气,宜电则电”的基本原则;第二,集中供暖燃料的来源应可靠安全,有经济承受能力、可持续运行,大气污染物排放可达到当地排放标准,除少数特大城市和特别区域,仍要发挥煤炭的重要作用;第三,建议把新型水煤浆锅炉作为我国北方地区冬季清洁采暖试点工作

的备选方案之一。

1 清洁供暖相关的问题

1.1 供暖行业的主要特点我国的北方采暖区域分布在北纬 35~52°地区,供暖属于民生刚性需求,天气越冷,供暖量越大,不可以限制,也不能停供。由于供热收费计入物价

指数,不能随燃料价格联动,属于保本微利行业。

城市中小锅炉燃煤供暖是冬季采暖季节的主要大气污染源。我国城市燃煤锅炉供暖由于受到环境污染及天然气替代燃煤成本高问题的双重制约。

1.2 电力消纳问题全国发电装机容量过剩,缺热不缺电已成为新常态。为了利用风电,在集中采暖地区的发电厂实施灵活性改造工作(以热电解耦、电锅炉、储热技术为主)。在中小城市,由于经济成本和发电量难消纳等现实问题,以背压机为主设备的小型热电联产应用不易推广。在我国的北方采暖区,不宜考虑由电能直接作为供暖热源。

1.3 集中供暖与分散供暖以煤为燃料供暖的热源适于集中供暖,有利于烟气集中处理以摊低平均处理成本,有利于环保部门进行在线监测。因此,以煤为燃料的供暖热源应具有适当的规模 [1][2]。

(1)燃煤热电厂供暖规模:2×300MW 级的应有1600~1800 万 m2的供暖面积,其中 2/3 的基本负荷由热电厂负担,1/3的尖峰负荷由调峰热源负担。

(2)燃煤锅炉房的供暖规模:对于 2×20t/h 级的,供暖面积应在 50~60 万 m2(寒冷区取下限 ),

对于 2×35t/h 级的供暖面积应在 90~105 万 m2。

对于大热网不覆盖的地区、农村、城乡结合部等供暖密度低的平房地区,采用集中供暖热源不经济,宜采用分散供暖方式。

[3]

1.4 我国中小城镇的能源供应问题中小城镇化(其特点是人口在 15~45 万 )将是未来我国城镇化的主要模式。中小城镇耗能分为建筑、工业、交通三大类,其中建筑能耗占中小城镇总能耗的比例超过 60%。在我国北方采暖区,应为中小城镇的居民提供集中供暖设施,这是一种刚性需求。

我国每年新增加建筑面积中,大部分在中小城镇,中小城镇大多是农民,经济承受力弱。我国北方采暖区中小城镇的集中供暖方式、使用的燃料、运行成本、可持续性是需要慎重考虑的现实问题。

综上所述,鉴于我国供暖行业的主要特点、资源禀赋条件,人口密度大,缺热不缺电,以及中小城镇供暖燃料供应问题,需要采用具有中国特色的方式,走一条具有中国特色的道路。

2 供暖热源简介

本文按供暖燃料分类,同时介绍了目前我国各类常用的供暖热源的特点、燃料成本、大气污染物排放等问题。

2.1 燃煤热电厂大中型燃煤热电厂的单机容量在135MW 以上,由电力行业运营。目前,300MW级的单机容量是我国集中供暖的主流机组,燃用环渤海动力煤(发热量 5300kcal/kg)时的纯燃料成本大约为 34 元/GJ。燃煤热电厂采用高烟囱排放,环保设施齐备,通过超净排放改造,一般可以达标排放。目前,燃煤热电厂是供暖的主力热源,由于运行成本低,可达标排放,凡大热网可覆盖的地方,应首先使用。建议厂址建在离城市敏感区稍远的地点,应

[1]尽可能扩大其供暖能力,努力的方向是 :

(1 )降低热网回水温度以利用余热(例如:利用吸收式热泵回收循环水余热 ),约可增加 20%供暖能力。

(2 )长距离输送(例如:热水可输送 30km 以上,蒸汽可输送 20km)以扩大供暖范围。

(3)采用调峰热源负担尖峰负荷,可在不增加发电量的前提下,增加约 30% 的供暖能力。

2.2 燃煤锅炉房在中小城镇有较多在应用燃煤锅炉房,其建在城乡结合部,由市政部门的供热企业管理,燃料成本略低于燃煤热电厂。目前使用的锅炉炉型 包括链条、往复、层燃、循环流化床等。目前使用的燃料包括原煤、煤粉、型煤、水煤浆等。

目前,这种供暖热源的主要问题是需满足当地环保排放标准,否则,就面临被淘汰的境遇,这就需要对锅炉房进行清洁燃烧改造。根据目前环保政策,要淘汰的单炉是容量 20t/h 以下的(有的地区淘汰单炉容量 35t/h 以下的 )。燃煤锅炉的容量宜大不宜小,容量越大越容易摊低环保设施的平均运营成本,易于环保部门在线监测。

[4]

2.3 燃气热电厂

燃气热电厂一般采用蒸汽- 燃气联合循环方式,原动机的单机容量大于 60MW,多采用 E 级以上机组。目前,我国进口天然气项目多采用20年照付不议的供气合同,这就需要下游有若干大宗稳定的用户,燃气热电厂是较理想的大宗稳定用户。其纯燃料成本 68 元 /GJ(按 2.5 元 /m3 计),由于采用高烟囱排放,环保措施齐全(含脱氮),燃气热电厂可达标排放。

这类热源的燃气来源需要与燃气供应企业签定合同,需考虑冬夏季用气量平衡问题,一般只建在省会级以上城市。

2.4 燃气锅炉房燃气锅炉房锅炉容量随意,越分散布置越好,一般用于大中城市的环境敏感区。例如禁煤区的北京市五环内。其纯燃料成本约68~88 元 /GJ (气价2.5~3.5 元/m3),在采用脱氮措施后,可以达标排放。

在室外气温连续超低的年份,可能导致供热气源供不应求。

燃气是优质能源,应阶梯利用,只用于供暖(只需加热水到80℃),属于优质低用,燃气宜用于作为调峰热源的燃料,可以起到5倍的能效价值 [1]。

[4][5]

2.5 燃气分布式冷热电供能站燃气分布式冷热电供能站分区域型(原动机单机容量 50MW 以下)和楼宇型(单机容量 10MW以下)。由于有经济承受力问题,大多建在我国东部发达地区(珠三角、长三角、京津冀),是我国目前政策支持的供能项目,也是目前能源行业发展的重点方向。

但是该种供暖模式存在以下问题: (1)电力并网问题,是否可自供电,对外售电; (2)冷热电负荷区配问题,需具有较稳定的冷热负荷、季节负荷基本平衡;

(3)经济性问题,有合理的气价、合理的上网电价。

这种供暖热源以分散布置为好,适宜建在冷

热负荷附近(供冷水半径 2km 以内、供热水半径5km 以内、供汽半径 6km 以内 ),燃气分布式冷热电供能站的排放标准与燃气热电厂相同。

2.6 其它供暖热源其它类供暖热源包括电供暖、空气源热泵、水源热泵、地源热泵等,这类热源无燃料燃烧问题,不会在使用当地产生污染物。但在应用中需综合考虑许多因素,例如:与电网部门的电价合同,水源资源状况,产生的初投资成本,运行成本等等。这类供暖热源,宜作为其他主流供暖热源的辅助热源,适用于农村、平房等供暖负荷低密度区。

2.7 清洁供暖方式选择原则

上述 6种供暖热源形式共存,互为补充、互不排斥,但应注意限制性条件。

在供暖方式选择时,应按照“集中为主,分散为辅 ”、“宜气则气,宜电则电 ”的基本原则,并注意以下 6 个具体原则:

(1)凡是在热电联产供热管网覆盖的地区,优先使用热电联产供暖热源。

(2)不在热电厂供暖范围,具有一定供暖建筑规模,且环境不敏感区域,以使用清洁燃烧技术的燃煤锅炉为佳。

(3)在冷热电负荷集中区域,适宜建设燃气分布式冷热电供能站。

(4)在环境敏感地区(如北京五环内),在来源可靠、有补贴情况下,可采用燃气作为供暖燃料。

(5)农村、平房等供暖负荷低密度区,适于用电供暖、空气源热泵、水源热泵、地源热泵等辅助性供暖方式。

(6)以燃气作燃料的供暖热源适宜于用作调峰热源。

3 对有关因素的思考

3.1 供暖燃料的经济承受能力问题在供暖成本中,以燃料成本最大,一般占总成本的 60%~70%。以下为对某城市进行粗略的供暖燃料经济性估算。

已知:某城市采暖期 120 天,燃用环海动力煤(发热量 5500kcal/kg ,燃料价格 605 元 /t),1GJ热量大约可供 3m2建筑面积;供暖收费24 元 /m2 (煤 )和 30 元 /m2(气 ),运行管理费约占纯燃料成本费的 50%。估算燃煤与燃气的供热成本及补贴。(1)计算各种供暖方式的纯燃料成本见表 1。

(2)粗略计算燃煤与燃气的供热成本及补贴如下:

①燃煤锅炉房供热: 1GJ 可收费 72 元,供热成本 47.3 元 /GJ,赢利 24.75 元 /GJ(每平方米赢利 8.25 元)。

②燃气锅炉供热: 1GJ 可收费 90 元,供热成本 127.5~169.5 元 /GJ ,需补贴 37.5~79.5 元 /GJ (每平方米补贴 12.5~26.5 元)。

③燃气热电厂供热: 1GJ 可收费 90 元,供热成本 129 元 /GJ ,需补贴 39 元 /GJ (每平方米补贴 13 元)。

(3)估算结果燃煤供暖模式,可以不需运行补贴并可盈利,燃气锅炉、燃气热电厂供暖需财政补贴。

3.2 对地方政府的政绩考核标准近年来,国家对地方官员的考核标准由以GDP 为主转变为以一系列环保生态权重指标为主,与此同时,国家对环保问题严重的地方还采取组合措施:环保部带队督查,约谈地方主要负责人,在媒体上公布环保不达标的城市名称。

应注意到这两个现实情况,各地省市长是当地环保问题的第一责任人,任期5 年,在目前这种环保压力之下,地方必然要把生态压力转移到对治霾的措施上,例如限期淘汰高污染产能,实施跨区送电项目,控制煤炭消费总量(含煤改气),推广使用洁净煤。促进车用成品油质量升级,推行供热计量改革,开展建筑节能,促进城镇污染减排。加快淘汰老旧低效锅炉,提升燃煤锅炉节能环保水平。但推行这些措施需考虑经济发展与环保之间的平衡问题。

3.3 我国燃煤电厂的超低排放改造上海外高桥第三发电厂通过实施零能耗脱硫技术、全天候脱硝系列技术以及其他创新技术,2013年供电标准煤耗达 276g/kWh,同时,粉尘排放浓度降至 11.63mg/m3、二氧化硫 17.71mg/m3、氮氧化物 27.25mg/m3 ,可降低污染物排放90%,优于我国燃气轮机发电机组的排放标准。如果全面推广其技术和经验,可以将现在全国火电厂污染物排放

总量降低至现有水平的 10% 左右 [6]。

我国实施了严格的大气污染物排放标准 [7],只要严格执行现行的排放标准,在技术上,燃煤锅炉可以达到天然气锅炉的排放标准,综合成本比燃烧天然气低,也不会出现天然气供应不足的问题。

在我国一次能源消费结构中,煤占64%,由于我国资源禀赋的主要特点,煤炭在我国具有应用的普遍性,在某些关键领域具备难以替代 [8]。

可预见的未来,煤炭仍将是我国主要的一次能源,煤炭在能源生产和消费结构中的主导作用不会改变。我国大气污染中, 70% 的氮氧化物、60% 的烟尘和 80% 的二氧化碳是由燃煤贡献的。煤炭污染是现实问题,由于煤炭行业对原煤加工和清洁利用重视不够,才造成了其对环境的严重污染,只有采用清洁煤技术,对燃煤火电厂进行超低排放改造,更新燃煤工业锅炉,实现煤炭的清洁利用,才是治理雾霾最有效的途径。

4 新型水煤浆锅炉技术在供暖工程的应用

4.1 新型水煤浆锅炉项目案例近年来,山东省济南市有多个清洁供暖项目采用新型水煤浆锅炉,大气污染物排放满足地方排放标准。其中部分项目见表 2。 4.2 工程应用案例济南领秀城热源厂,由于城市发展,供暖区域增加,原有链条锅炉的供暖能力不能满足供暖需求,且污染物排放达不到地方排放要求。2016 年进行技术升级,新建2 台 70MW(98t/h)的新型水煤浆锅炉,覆盖供暖面积 300 多万 m2。2016—2017年采暖季运行效果好,大气污染物排放达到地方排放标准,有关具体数据见表3 和表 4。

采用新型水煤浆燃烧技术的锅炉,大气污染物排放可达到地方排放标准,能效高达90%,燃料成本和运行成本较低(与传统锅炉和天然气锅炉相比),有较好的经济承受力,安全可靠,有若干成功运行案例。

5 建议

(1)选择集中供暖热源燃料的原则:燃料来源可靠安全,有经济承受能力,可持续运行,可达到当地排放标准。

(2)我国燃煤电厂经过超低排放改造,污染物排放已能够达到排放标准要求,但需解决另外燃煤用户(约 50%)的达标排放问题。燃煤供暖锅炉可借鉴燃煤电厂超低排放改造的经验。

(3)新型水煤浆锅炉技术在理论上成熟,已完成科研成果的转化,并已应用到供暖工程中,可达标排放,属于清洁燃烧。建议将该技术作为我国北方地区冬季清洁采暖试点工作的备选方案之一。

参考文献: [1] 郭晓克,康慧.集中供热设计手册[M].北京:中国电力出版社,2017.

[2] 李善化,康慧.实用集中供热手册[M].北京:中国电力出版社,2010.

[3] 康慧 .我国中小城镇的能源规划探考[ J ] . 中国能源,2010,32 (9):35-39.

[4] 杨旭中,康慧,孙喜春.燃气三联供系统规划设计建设与运行[ M ] . 北京:中国电力出版社,2014.

[5] 华贲 .天然气冷热电联供能源系统[M].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[6] 江亿,唐孝炎,倪维斗,等. 北京 PM2.5 与冬季采暖热源的关系及治理措施[ J ] . 中国能源,2014,36(1):7-28. [7] 康慧,黄晶晶,周喆,等. 北京 PM2.5 问题与热电联产行业[ J ] .中国能源,2014,36(3):48.

[8] 彭苏萍,张博,王佟,等.煤炭可持续发展战略研究[M]. 北京:煤炭工业出版社,2015.

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