集中供热系统中的减排与服务双赢模式

马庆柱，林朗星，马 璐，叶 蕊，王志新

（1.大庆油田电力集团油田热电厂，黑龙江大庆 163314；2.哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，黑龙江哈尔滨 150001；3.大庆油田有限责任公司第三采油厂第一油矿，黑龙江大庆 163256）

集中供热系统中的减排与服务双赢模式

马庆柱1，2，林朗星1，马 璐3，叶 蕊1，王志新1

（1.大庆油田电力集团油田热电厂，黑龙江大庆 163314；2.哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，黑龙江哈尔滨 150001；3.大庆油田有限责任公司第三采油厂第一油矿，黑龙江大庆 163256）

以2009—2010年、2010—2011年、2011—2012年采暖期油田热电厂向大庆市热力公司供热为例，依据室外气温、供热量、供水流量和供回水温差曲线，提出针对热源企业可采取分阶段改变供热面积、优质多运、递序启停和优质优价的策略，将可达到的效果同40t／h锅炉进行比较，并对策略的实施提出建议，说明策略在城市的节能减排、改善环境和提高服务质量方面的重要作用。

热电联产；节能减排；递序启停；优质优价

1 供热方面的基本情况

截止至2012年4月，大庆市热力公司有热力站80余座，主管网约50km，承担着大庆市8万余户居民、1250万m2的供热生产和经营任务，其中油田热电厂热源区域750万m2，振富锅炉房热源区域350万m2，东城热源区域150万m2，辖区管网与龙唐供热区域80万m2（原属市热力公司辖区，由油田热电厂供暖）相连，即该管网总供热面积1330万m2。

根据城区规划，2012—2013年采暖期与该管网有关的热源基本情况如表1所示。

油田热电厂从2003年开始，先后对供热管网进行了几次比较大的增容改造和系统维修，投入资金累计达6千余万元。该厂履行“为油保电、为民供暖、为企创效”的责任使命，全面落实可持续发展战略，紧紧抓住“精细化管理”、“星火行动”提档升级阶段和“三基工作”创新开展阶段，2012年又投入资金100多万元进行3×200MW发电供热机组的脱硫改造项目。

表1 2012—2013年采暖期管网热源基本情况

2 供暖运行优化方法分析

众所周知，热电联产是热能和电能联合生产的一种高效能源生产方式，与热电分产相比，可以显著提高燃料利用率，减少污染物排放，是世界公认的节约能源、改善环境、增强城市基础设施功能的重要途径之一，具有良好的经济和社会效益，受到了世界各国的高度重视［1－3］。

大庆地区采暖期供热天数在190d左右（法定183d），其中基本负荷为145d左右，尖峰负荷不超过50d。

2.1 运行方式优化

油田热电厂设计供水温度为115℃、回水温度为70℃，总供水流量13 500t／h，最大补水能力1000t／h，远远超出相应供热负荷下补水定压的需要。

发挥热电厂在微机信息管理、自动监控、优化调度、变频调速、计量收费等高新技术领域的优越性和高效节能的优势，由电厂担负基本热负荷，在整个采暖期力争全时满负荷运行；调峰热源承担调峰热负荷，依据效率高、能耗少、成本低的优先投运的原则，在室外气温分别达到－8℃和－16℃时，递序启停。这样，调峰热源不再是整个采暖季都投入运行，避免了采暖初寒期和末寒期，所有热源都出现的“大马拉小车”的状况，提高了在用热源的锅炉热效率，减少了污染物的排放。

依据2009—2010年、2010—2011年、2011—2012年采暖期的平均情况，分阶段点选在室外气温为－8℃和－16℃时［4－6］，对应的采暖日期见表2。

表2 采热期内气温节点分布℃

2009—2010年、2010—2011年、2011—2012年采暖期平均供热情况如图1所示。

图1是依比例等跨（步幅、步长分别相等）画出的电厂2009—2010年、2010—2011年、2011—2012年采暖期的平均供热量、平均气温、平均供水流量和平均供回水温差曲线。

从图1可以得到以下信息：

1）从各采暖区块供热量与气温的拟合情况来看，供热量与热用户的需热量匹配不理想，采暖初期和末期均出现供大于求的情形，造成了不必要的能源浪费。

2）在采暖初期和末期未能很好地把握住供水流量与供回水温差的关系，出现了严重的“大流量小温差”的供热方式。

上述两条说明了现有运行方式下（采暖面积未发生改变），热力公司在调整电厂供热区域供热质量方面存在着能源浪费的现象。

考虑到在供暖热量公式中，供水流量与供回水温差成一阶反比关系，可知：在现有运行方式情况下，转变“大流量小温差”思想，2009—2010年、2010—2011年、2011—2012年采暖期内稍好一点的供水流量与供回水温差曲线都将落在图1（b）中线1和线2之间的区域。

为使问题简化，假定供水流量曲线处在两条线中间的位置（图1（b）中线3所示），此时根据热量公式可还原出供回水温差曲线为图1（b）中线4所示。

图1 近3个采暖期平均供热情况

在供热面积发生变化时，假使相应供回水温差（图1（b）中线4所示）维持不变，供水流量以采暖O区流量（电厂供热系统可向市热力管网输送流量为10 000t／h）为基准值时可得到表3，在表3中计算出阶段性可供热量和阶段性可接带供热面积情况。

从表3可以统计出：只要在气温节点处调整好供热面积，供热量即可达到546.14万GJ，比2009—2010年、2010—2011年、2011—2012年采暖期的平均供热量多出98.37万GJ。当然这个数据是基于3个采暖期供热情况得出来的，比较保守。假使将Y区、Z区的供热情况向A区、B区进行影射，或者随着以后调整手段的先进、技术的成熟，供回水温差明显提升（电厂供热系统温差设计值为45℃），供热量还会大幅增加。

2.2 运行方案优化

在尽可能提高供回水温差的前提下（提高供回水温差是节电的主要手段），改变供热面积时，针对电厂可采用偏重于质调节的循环方式，由市热力公司根据室外气温变化，以回水温度为基准，考虑到管网温度升降的滞后性，绘制出提前5～7h的供水

区间起止日期天数／d气温／℃供水流量／（t／h）供回水温差／℃原供热量／（GJ／d）可供热量／（GJ／d）可带面积／（万m2）A ～11月13日35＞－8 5959 20.88 13 713 21 100 1154 B 11月15日～12月11日27－8～－16 8493 31.22 28 167 30 409 810 O 12月15日～1月2日50＜－18 9169 33.80 32 928 32 928 750 Y 1月11日～2月8日26－8～－16 7873 29.07 24 435 28 457 873 Z 2月10日～43＞－8 5712 21.26 13 130 21 077 1204

表3 分阶段改变供暖面积情况温度曲线。电厂根据曲线调节供水温度，使得供热量与用户需热量大体相当，热力公司调整运行参数与用户实际热负荷相匹配，从而实现合理调配热能、提高服务质量的供热生产模式。

3 节能减排方面的比较

以表4中所示的DHL29-1.6／150／90-AⅡ型40t／h锅炉为例进行以下计算［7］，其中3.2中1）～4）部分的公式来源于哈尔滨环保网2006-11-05发布的《燃料燃烧排放大气污染物物料衡算办法（暂行）》。

3.1 节能方面的比较

耗煤量7380kg／h，采暖期按183d计算，该锅炉1a燃煤量＝7380×183×24＝32 412.96t，折算成标煤量为19 567.44t，若标煤单价是600元／t，可计算出，停运1台40t／h锅炉，每个采暖期可节约资金1174万元。

表4 DHL29-1.6／150／90-AⅡ型锅炉的设计参数

3.2 减排方面的比较

1）燃煤烟尘排放量计算公式为

式中：Gsd为烟尘排放量，kg；B为耗煤量，t；A为煤中灰分（见表5），%；dfh为灰分中烟尘（见表6），%；η为除尘系统除尘效率（见表7），%；Cfh为烟尘中可燃物（见表8），%。

表5 煤中灰分含量%

表6 灰分中烟尘含量%

表7 各类除尘器除尘效率%

表8 烟尘中可燃物含量%

取A＝22.49%，dfh＝85%，η＝84.6%，Cfh＝8%时，则1t煤烟尘排放量＝1000×1×22.49%×85%×（1－84.6%）／（1－8%）＝32kg，停运1台40t／h锅炉，每个采暖期减少向空气中排放1037t烟尘。

2）燃煤SO2排放量计算公式为

式中：GSO2为SO2排放量，kg；B为耗煤量，t；S为燃煤全硫分含量（见表9），%。

表9 燃煤全硫分含量%

取S＝0.36%时，则1t煤SO2排放量＝1600×1×0.36%＝5.76kg。停运1台40t／h锅炉，每个采暖期减少向空气中排放187tSO2污染气体。

3）煤燃烧时产生CO量计算公式为

式中：GCO为CO排放量，kg；B为耗煤量，t；C为燃煤中碳含量，%；Q为燃煤燃烧不完全值，%，见表10。

表10 燃煤燃烧不完全值和含碳量%

则1t煤CO排放量＝2330×1×80%×3%＝55.92kg，停运1台40t／h锅炉，每个采暖期减少向空气中排放1813tCO污染气体。

4）煤燃烧时产生NOx量计算公式为

式中：GNOx为NOx排放量，kg；B为耗煤量，t；β为燃煤中氮的转化率（见表11），%。

表11 燃煤中NOx转化率%

则1t煤NOx排放量＝1630×1×（0.015× 25%+0.000 938）＝7.64kg，停运1台40t／h锅炉，每个采暖期减少向空气中排放248tNOx污染气体。

5）参考克拉玛依市环保局2006-03-29制定的《燃料燃烧排放污染物物料衡算方法》，煤燃烧时有以下计算公式：

式中：Gz为炉渣排放量，kg；Gf为粉煤灰排放量，kg；B为耗煤量，kg；A为煤中灰分含量，%；η为除尘系统的除尘效率，%；Cz，Cf分别为炉渣、粉煤灰中可燃物百分含量，一般Cz可取25%，煤粉悬燃炉可取5%；Cf可取45%；dz，dfh分别为炉渣中的灰分、烟尘中的灰分各占燃煤总灰分的百分比，dz＝1－dfh。

则1t煤炉渣产生量＝15%×1000×22.49%／（1－25%）＝44.98kg，停运1台40t／h锅炉，每个采暖期减少灰渣排放量1458t；1t煤粉煤灰产生量＝85%×1000×22.49%×84.6%／（1－45%）＝294.05kg，停运1台40t／h锅炉，每个采暖期减少粉煤灰排放量9531t。

40t／h锅炉额定供热能力为29MW，满负荷运行一个采暖期的供热量＝29×3.6×24×183＝45.85万GJ。

对于电厂，在采用分阶段改变供热面积的运行方式下，供热量将提高98.37万GJ，相当于2.15台40t／h锅炉整个采暖季全负荷运行的情况，节能减排效果见表12。

表12 改变运行方式后的效果

从以上论述中可以看出：以电厂为主热源辐射而出的紧缩型集中供热不仅节约了资金、能源，从本质上消除了环境污染的问题，而且解决了城市灰渣分散堆放带来的运输、扬尘等问题，为改善城市环境状况起到了积极的作用。供暖初、末寒期，甚至寒冷期，城市供热锅炉房烟囱浓烟滚滚的场面将大有改观［8－9］。

4 有利于节能减排和提高服务质量的几点建议

1）根据2011-10-01起施行的《黑龙江省城市供热条例》第41条规定：“市、县供热主管部门可以分别核定热电联产、区域锅炉、分散锅炉供热的社会平均成本费用标准，并协助相关部门核算和监控供热单位成本，提出价格调整意见”。建议有关部门本着对企业负责、对社会负责的态度，客观、公正地核算和监控供热单位成本，提出价格调整意见，意见中充分考虑供暖用水、电、燃料等的涨价因素及在供暖用水、电、排污费等方面的优惠，最佳实现“优质优价”的策略。

2）根据2011-10-01起施行的《黑龙江省城市供热条例》第41条规定：“热电联产、区域锅炉、分散锅炉供热和节能建筑的热价，可以按照优质优价的原则分别核定”。建议有关部门客观、公正地制定支持热源企业和热力公司大力发展紧缩型集中供热，提高供热质量的价格、财税、金融等方面的优惠政策，适当时候给予一定的政府补贴。

3）建议相关部门在规划供热管网时向以热电联产企业为核心的环形管网建设倾斜；建议市城管委供热办根据热源情况、管网情况对供热区域进行向有利于节能减排和提高服务质量方面调整，尽快形成以主热源为主辐射而出的“大一统”紧缩型集中供暖格局。

4）建议市环保局按燃煤量收取高污染、高能耗和环保设施不完备的供热企业的污染治理费用，用于补贴、奖励切实减低污染、降低能耗的供热企业。

5 结束语

通过采取分阶段改变热源企业供暖面积，实施“优质多运”的策略，就会大大降低整个城市的供热能源消耗，为社会的节能减排工作尽一份力量。另外，通过实施“优质优价”的策略，促进各热源企业提高节能减排意识，抬高供热服务质量标准，同时也可以从根本上消除供热企业糊弄供热的现象，从而达到社会和谐的目的。

［1］马庆柱，刘佳佳，叶蕊，等.油田热电厂热网循环泵节电潜能研究［J］.陕西电力，2014，42（6）：84-86.

［2］马庆柱，马璐，吕朦，等.大庆市供热系统调控模式剖析及共赢建议［J］.区域供热，2014，33（5）：43-45.

［3］肖印强.热电联产集中供热与节能减排［J］.区域供热，2011，30（6）：43-45.

［4］曹福.二次网系统分时分区供热质—量调节控制研究［D］.西安：西安交通大学，2014.

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［7］陈利.浅谈集中供热节能减排［J］.山西科技，2010，25（5）：110-111.

［8］潘冲，许晓晨.节能降耗改善环境——北京市老旧供热管网改造见成效［J］.城市管理与科技，2014，21（1）：39-40.

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［10］刘舒.城市公用事业中供热行业政府监管体系研究［D］.长春：吉林大学，2014.

［责任编辑：刘文霞］

Win-win mode of emission reduction and service in central heating system

MA Qing-zhu1，2，LIN Lang-xing1，MA Lu3，YE Rui1，WANG Zhi-xin1

（1.Oil-field Thermal Power Plant，Daqing Oilfield Power Group，Daqing 163314，China；2.School of Energy Science and Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin 150001，China；3.No.3Oil Recovery Plant，Daqing Oilfield Co.，Ltd.，Daqing 163256，China）

Taking the heat supply by Oil-field Thermal Power Plant to Daqing Heating Power Company in the recent three heating periods as the example and based on the curves of outdoor temperature，heat supplied，flow of supplied water and the difference in supply and back water temperatures，it proposes to adopt such strategies as“altering area of heat-supply service in multi-phases”，“high quality efficient delivery”，“sequential enabling and disabling”and“high quality and low price”targeting at heat source enterprises.It compares the effect with that of 40t／h boilers and raises suggestions on the implementation of the strategies.It demonstrates the important role of the strategies in energy conservation and emission reduction，as well as the improvement of environment and enhancement of service quality in cities.

combined heat and power generation；energy conservation and emission reduction；sequential enabling and disabling；high quality and low price

TU995

A

1671-4679（2015）01-0042-05

2014-08-18

马庆柱（1971－），男，高级工程师，研究方向：热电厂生产过程中运行调控.