馬慶柱，林朗星，馬 璐，葉 蕊，王志新

（1.大慶油田電力集團(tuán)油田熱電廠，黑龍江大慶 163314；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150001；3.大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠第一油礦，黑龍江大慶 163256）

集中供熱系統(tǒng)中的減排與服務(wù)雙贏模式

馬慶柱1，2，林朗星1，馬 璐3，葉 蕊1，王志新1

（1.大慶油田電力集團(tuán)油田熱電廠，黑龍江大慶 163314；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150001；3.大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠第一油礦，黑龍江大慶 163256）

以2009—2010年、2010—2011年、2011—2012年采暖期油田熱電廠向大慶市熱力公司供熱為例，依據(jù)室外氣溫、供熱量、供水流量和供回水溫差曲線，提出針對(duì)熱源企業(yè)可采取分階段改變供熱面積、優(yōu)質(zhì)多運(yùn)、遞序啟停和優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)的策略，將可達(dá)到的效果同40t／h鍋爐進(jìn)行比較，并對(duì)策略的實(shí)施提出建議，說明策略在城市的節(jié)能減排、改善環(huán)境和提高服務(wù)質(zhì)量方面的重要作用。

熱電聯(lián)產(chǎn)；節(jié)能減排；遞序啟停；優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)

1 供熱方面的基本情況

截止至2012年4月，大慶市熱力公司有熱力站80余座，主管網(wǎng)約50km，承擔(dān)著大慶市8萬余戶居民、1250萬m2的供熱生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)任務(wù)，其中油田熱電廠熱源區(qū)域750萬m2，振富鍋爐房熱源區(qū)域350萬m2，東城熱源區(qū)域150萬m2，轄區(qū)管網(wǎng)與龍?zhí)乒釁^(qū)域80萬m2（原屬市熱力公司轄區(qū)，由油田熱電廠供暖）相連，即該管網(wǎng)總供熱面積1330萬m2。

根據(jù)城區(qū)規(guī)劃，2012—2013年采暖期與該管網(wǎng)有關(guān)的熱源基本情況如表1所示。

油田熱電廠從2003年開始，先后對(duì)供熱管網(wǎng)進(jìn)行了幾次比較大的增容改造和系統(tǒng)維修，投入資金累計(jì)達(dá)6千余萬元。該廠履行“為油保電、為民供暖、為企創(chuàng)效”的責(zé)任使命，全面落實(shí)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，緊緊抓住“精細(xì)化管理”、“星火行動(dòng)”提檔升級(jí)階段和“三基工作”創(chuàng)新開展階段，2012年又投入資金100多萬元進(jìn)行3×200MW發(fā)電供熱機(jī)組的脫硫改造項(xiàng)目。

表1 2012—2013年采暖期管網(wǎng)熱源基本情況

2 供暖運(yùn)行優(yōu)化方法分析

眾所周知，熱電聯(lián)產(chǎn)是熱能和電能聯(lián)合生產(chǎn)的一種高效能源生產(chǎn)方式，與熱電分產(chǎn)相比，可以顯著提高燃料利用率，減少污染物排放，是世界公認(rèn)的節(jié)約能源、改善環(huán)境、增強(qiáng)城市基礎(chǔ)設(shè)施功能的重要途徑之一，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，受到了世界各國(guó)的高度重視［1－3］。

大慶地區(qū)采暖期供熱天數(shù)在190d左右（法定183d），其中基本負(fù)荷為145d左右，尖峰負(fù)荷不超過50d。

2.1 運(yùn)行方式優(yōu)化

油田熱電廠設(shè)計(jì)供水溫度為115℃、回水溫度為70℃，總供水流量13 500t／h，最大補(bǔ)水能力1000t／h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出相應(yīng)供熱負(fù)荷下補(bǔ)水定壓的需要。

發(fā)揮熱電廠在微機(jī)信息管理、自動(dòng)監(jiān)控、優(yōu)化調(diào)度、變頻調(diào)速、計(jì)量收費(fèi)等高新技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)越性和高效節(jié)能的優(yōu)勢(shì)，由電廠擔(dān)負(fù)基本熱負(fù)荷，在整個(gè)采暖期力爭(zhēng)全時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)行；調(diào)峰熱源承擔(dān)調(diào)峰熱負(fù)荷，依據(jù)效率高、能耗少、成本低的優(yōu)先投運(yùn)的原則，在室外氣溫分別達(dá)到－8℃和－16℃時(shí)，遞序啟停。這樣，調(diào)峰熱源不再是整個(gè)采暖季都投入運(yùn)行，避免了采暖初寒期和末寒期，所有熱源都出現(xiàn)的“大馬拉小車”的狀況，提高了在用熱源的鍋爐熱效率，減少了污染物的排放。

依據(jù)2009—2010年、2010—2011年、2011—2012年采暖期的平均情況，分階段點(diǎn)選在室外氣溫為－8℃和－16℃時(shí)［4－6］，對(duì)應(yīng)的采暖日期見表2。

表2 采熱期內(nèi)氣溫節(jié)點(diǎn)分布℃

2009—2010年、2010—2011年、2011—2012年采暖期平均供熱情況如圖1所示。

圖1是依比例等跨（步幅、步長(zhǎng)分別相等）畫出的電廠2009—2010年、2010—2011年、2011—2012年采暖期的平均供熱量、平均氣溫、平均供水流量和平均供回水溫差曲線。

從圖1可以得到以下信息：

1）從各采暖區(qū)塊供熱量與氣溫的擬合情況來看，供熱量與熱用戶的需熱量匹配不理想，采暖初期和末期均出現(xiàn)供大于求的情形，造成了不必要的能源浪費(fèi)。

2）在采暖初期和末期未能很好地把握住供水流量與供回水溫差的關(guān)系，出現(xiàn)了嚴(yán)重的“大流量小溫差”的供熱方式。

上述兩條說明了現(xiàn)有運(yùn)行方式下（采暖面積未發(fā)生改變），熱力公司在調(diào)整電廠供熱區(qū)域供熱質(zhì)量方面存在著能源浪費(fèi)的現(xiàn)象。

考慮到在供暖熱量公式中，供水流量與供回水溫差成一階反比關(guān)系，可知：在現(xiàn)有運(yùn)行方式情況下，轉(zhuǎn)變“大流量小溫差”思想，2009—2010年、2010—2011年、2011—2012年采暖期內(nèi)稍好一點(diǎn)的供水流量與供回水溫差曲線都將落在圖1（b）中線1和線2之間的區(qū)域。

為使問題簡(jiǎn)化，假定供水流量曲線處在兩條線中間的位置（圖1（b）中線3所示），此時(shí)根據(jù)熱量公式可還原出供回水溫差曲線為圖1（b）中線4所示。

圖1 近3個(gè)采暖期平均供熱情況

在供熱面積發(fā)生變化時(shí)，假使相應(yīng)供回水溫差（圖1（b）中線4所示）維持不變，供水流量以采暖O區(qū)流量（電廠供熱系統(tǒng)可向市熱力管網(wǎng)輸送流量為10 000t／h）為基準(zhǔn)值時(shí)可得到表3，在表3中計(jì)算出階段性可供熱量和階段性可接帶供熱面積情況。

從表3可以統(tǒng)計(jì)出：只要在氣溫節(jié)點(diǎn)處調(diào)整好供熱面積，供熱量即可達(dá)到546.14萬GJ，比2009—2010年、2010—2011年、2011—2012年采暖期的平均供熱量多出98.37萬GJ。當(dāng)然這個(gè)數(shù)據(jù)是基于3個(gè)采暖期供熱情況得出來的，比較保守。假使將Y區(qū)、Z區(qū)的供熱情況向A區(qū)、B區(qū)進(jìn)行影射，或者隨著以后調(diào)整手段的先進(jìn)、技術(shù)的成熟，供回水溫差明顯提升（電廠供熱系統(tǒng)溫差設(shè)計(jì)值為45℃），供熱量還會(huì)大幅增加。

2.2 運(yùn)行方案優(yōu)化

在盡可能提高供回水溫差的前提下（提高供回水溫差是節(jié)電的主要手段），改變供熱面積時(shí)，針對(duì)電廠可采用偏重于質(zhì)調(diào)節(jié)的循環(huán)方式，由市熱力公司根據(jù)室外氣溫變化，以回水溫度為基準(zhǔn)，考慮到管網(wǎng)溫度升降的滯后性，繪制出提前5～7h的供水

區(qū)間起止日期天數(shù)／d氣溫／℃供水流量／（t／h）供回水溫差／℃原供熱量／（GJ／d）可供熱量／（GJ／d）可帶面積／（萬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 分階段改變供暖面積情況溫度曲線。電廠根據(jù)曲線調(diào)節(jié)供水溫度，使得供熱量與用戶需熱量大體相當(dāng)，熱力公司調(diào)整運(yùn)行參數(shù)與用戶實(shí)際熱負(fù)荷相匹配，從而實(shí)現(xiàn)合理調(diào)配熱能、提高服務(wù)質(zhì)量的供熱生產(chǎn)模式。

3 節(jié)能減排方面的比較

以表4中所示的DHL29-1.6／150／90-AⅡ型40t／h鍋爐為例進(jìn)行以下計(jì)算［7］，其中3.2中1）～4）部分的公式來源于哈爾濱環(huán)保網(wǎng)2006-11-05發(fā)布的《燃料燃燒排放大氣污染物物料衡算辦法（暫行）》。

3.1 節(jié)能方面的比較

耗煤量7380kg／h，采暖期按183d計(jì)算，該鍋爐1a燃煤量＝7380×183×24＝32 412.96t，折算成標(biāo)煤量為19 567.44t，若標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)是600元／t，可計(jì)算出，停運(yùn)1臺(tái)40t／h鍋爐，每個(gè)采暖期可節(jié)約資金1174萬元。

表4 DHL29-1.6／150／90-AⅡ型鍋爐的設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2 減排方面的比較

1）燃煤煙塵排放量計(jì)算公式為

式中：Gsd為煙塵排放量，kg；B為耗煤量，t；A為煤中灰分（見表5），%；dfh為灰分中煙塵（見表6），%；η為除塵系統(tǒng)除塵效率（見表7），%；Cfh為煙塵中可燃物（見表8），%。

表5 煤中灰分含量%

表6 灰分中煙塵含量%

表7 各類除塵器除塵效率%

表8 煙塵中可燃物含量%

取A＝22.49%，dfh＝85%，η＝84.6%，Cfh＝8%時(shí)，則1t煤煙塵排放量＝1000×1×22.49%×85%×（1－84.6%）／（1－8%）＝32kg，停運(yùn)1臺(tái)40t／h鍋爐，每個(gè)采暖期減少向空氣中排放1037t煙塵。

2）燃煤SO2排放量計(jì)算公式為

式中：GSO2為SO2排放量，kg；B為耗煤量，t；S為燃煤全硫分含量（見表9），%。

表9 燃煤全硫分含量%

取S＝0.36%時(shí)，則1t煤SO2排放量＝1600×1×0.36%＝5.76kg。停運(yùn)1臺(tái)40t／h鍋爐，每個(gè)采暖期減少向空氣中排放187tSO2污染氣體。

3）煤燃燒時(shí)產(chǎn)生CO量計(jì)算公式為

式中：GCO為CO排放量，kg；B為耗煤量，t；C為燃煤中碳含量，%；Q為燃煤燃燒不完全值，%，見表10。

表10 燃煤燃燒不完全值和含碳量%

則1t煤CO排放量＝2330×1×80%×3%＝55.92kg，停運(yùn)1臺(tái)40t／h鍋爐，每個(gè)采暖期減少向空氣中排放1813tCO污染氣體。

4）煤燃燒時(shí)產(chǎn)生NOx量計(jì)算公式為

式中：GNOx為NOx排放量，kg；B為耗煤量，t；β為燃煤中氮的轉(zhuǎn)化率（見表11），%。

表11 燃煤中NOx轉(zhuǎn)化率%

則1t煤NOx排放量＝1630×1×（0.015× 25%+0.000 938）＝7.64kg，停運(yùn)1臺(tái)40t／h鍋爐，每個(gè)采暖期減少向空氣中排放248tNOx污染氣體。

5）參考克拉瑪依市環(huán)保局2006-03-29制定的《燃料燃燒排放污染物物料衡算方法》，煤燃燒時(shí)有以下計(jì)算公式：

式中：Gz為爐渣排放量，kg；Gf為粉煤灰排放量，kg；B為耗煤量，kg；A為煤中灰分含量，%；η為除塵系統(tǒng)的除塵效率，%；Cz，Cf分別為爐渣、粉煤灰中可燃物百分含量，一般Cz可取25%，煤粉懸燃爐可取5%；Cf可取45%；dz，dfh分別為爐渣中的灰分、煙塵中的灰分各占燃煤總灰分的百分比，dz＝1－dfh。

則1t煤爐渣產(chǎn)生量＝15%×1000×22.49%／（1－25%）＝44.98kg，停運(yùn)1臺(tái)40t／h鍋爐，每個(gè)采暖期減少灰渣排放量1458t；1t煤粉煤灰產(chǎn)生量＝85%×1000×22.49%×84.6%／（1－45%）＝294.05kg，停運(yùn)1臺(tái)40t／h鍋爐，每個(gè)采暖期減少粉煤灰排放量9531t。

40t／h鍋爐額定供熱能力為29MW，滿負(fù)荷運(yùn)行一個(gè)采暖期的供熱量＝29×3.6×24×183＝45.85萬GJ。

對(duì)于電廠，在采用分階段改變供熱面積的運(yùn)行方式下，供熱量將提高98.37萬GJ，相當(dāng)于2.15臺(tái)40t／h鍋爐整個(gè)采暖季全負(fù)荷運(yùn)行的情況，節(jié)能減排效果見表12。

表12 改變運(yùn)行方式后的效果

從以上論述中可以看出：以電廠為主熱源輻射而出的緊縮型集中供熱不僅節(jié)約了資金、能源，從本質(zhì)上消除了環(huán)境污染的問題，而且解決了城市灰渣分散堆放帶來的運(yùn)輸、揚(yáng)塵等問題，為改善城市環(huán)境狀況起到了積極的作用。供暖初、末寒期，甚至寒冷期，城市供熱鍋爐房煙囪濃煙滾滾的場(chǎng)面將大有改觀［8－9］。

4 有利于節(jié)能減排和提高服務(wù)質(zhì)量的幾點(diǎn)建議

1）根據(jù)2011-10-01起施行的《黑龍江省城市供熱條例》第41條規(guī)定：“市、縣供熱主管部門可以分別核定熱電聯(lián)產(chǎn)、區(qū)域鍋爐、分散鍋爐供熱的社會(huì)平均成本費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)，并協(xié)助相關(guān)部門核算和監(jiān)控供熱單位成本，提出價(jià)格調(diào)整意見”。建議有關(guān)部門本著對(duì)企業(yè)負(fù)責(zé)、對(duì)社會(huì)負(fù)責(zé)的態(tài)度，客觀、公正地核算和監(jiān)控供熱單位成本，提出價(jià)格調(diào)整意見，意見中充分考慮供暖用水、電、燃料等的漲價(jià)因素及在供暖用水、電、排污費(fèi)等方面的優(yōu)惠，最佳實(shí)現(xiàn)“優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)”的策略。

2）根據(jù)2011-10-01起施行的《黑龍江省城市供熱條例》第41條規(guī)定：“熱電聯(lián)產(chǎn)、區(qū)域鍋爐、分散鍋爐供熱和節(jié)能建筑的熱價(jià)，可以按照優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)的原則分別核定”。建議有關(guān)部門客觀、公正地制定支持熱源企業(yè)和熱力公司大力發(fā)展緊縮型集中供熱，提高供熱質(zhì)量的價(jià)格、財(cái)稅、金融等方面的優(yōu)惠政策，適當(dāng)時(shí)候給予一定的政府補(bǔ)貼。

3）建議相關(guān)部門在規(guī)劃供熱管網(wǎng)時(shí)向以熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)為核心的環(huán)形管網(wǎng)建設(shè)傾斜；建議市城管委供熱辦根據(jù)熱源情況、管網(wǎng)情況對(duì)供熱區(qū)域進(jìn)行向有利于節(jié)能減排和提高服務(wù)質(zhì)量方面調(diào)整，盡快形成以主熱源為主輻射而出的“大一統(tǒng)”緊縮型集中供暖格局。

4）建議市環(huán)保局按燃煤量收取高污染、高能耗和環(huán)保設(shè)施不完備的供熱企業(yè)的污染治理費(fèi)用，用于補(bǔ)貼、獎(jiǎng)勵(lì)切實(shí)減低污染、降低能耗的供熱企業(yè)。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過采取分階段改變熱源企業(yè)供暖面積，實(shí)施“優(yōu)質(zhì)多運(yùn)”的策略，就會(huì)大大降低整個(gè)城市的供熱能源消耗，為社會(huì)的節(jié)能減排工作盡一份力量。另外，通過實(shí)施“優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)”的策略，促進(jìn)各熱源企業(yè)提高節(jié)能減排意識(shí)，抬高供熱服務(wù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也可以從根本上消除供熱企業(yè)糊弄供熱的現(xiàn)象，從而達(dá)到社會(huì)和諧的目的。

［1］馬慶柱，劉佳佳，葉蕊，等.油田熱電廠熱網(wǎng)循環(huán)泵節(jié)電潛能研究［J］.陜西電力，2014，42（6）：84-86.

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［責(zé)任編輯：劉文霞］

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

馬慶柱（1971－），男，高級(jí)工程師，研究方向：熱電廠生產(chǎn)過程中運(yùn)行調(diào)控.