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燃煤蒸汽背压机分布式供能系统是解决北方地区中小城市清洁采暖重要途径

  • 来源: 中国大唐集团科学技术研究院
  • 作者: 科学研究院
  • 发布时间: 2017-12-25

2016年底,在中央财经领导小组第十四次会议上,习近平总书记指出,推进北方地区冬季清洁取暖是重大的民生工程、民心工程。我国北方地区正在探索“企业为主、政府推动、居民可承受”的清洁取暖模式。党的十九大报告明确提出,从现在到二〇二〇年,是全面建成小康社会决胜期。未来三年,要坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,从解决人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾出发,着力解决北方地区散煤燃烧采暖、大气污染排放等突出问题。

2015年以来,中国大唐集团科学技术研究院(以下简称“大唐科研院”)一直致力于北方地区冬季清洁取暖技术的研究,在国内率先开展燃煤蒸汽背压机分布式供能系统技术及商业模式探索,着力解决常规燃煤蒸汽背压机经济性差、排放水平高等突出问题,目前已形成成熟的系统性技术模式。

近期国家发展改革委等10部门也联合印发《北方地区冬季清洁取暖规划(2017—2021年)》,明确清洁化燃煤(超低排放)是清洁取暖重要方式,清洁燃煤集中供暖在多数北方城市城区、县城和城乡结合部应作为基础性热源使用,推动燃煤蒸汽背压机清洁取暖应用。

一、燃煤蒸汽背压机是解决北方地区中小城市清洁采暖重要途径

我国大中城市基本实现集中供暖,而现行以30万千瓦等级为主的热电联产机组与中小城市居民采暖需求不匹配。燃煤锅炉和分散燃煤锅炉仍是中小城市居民采暖的重要方式,是我国散烧煤控制的重点。尽管国家对燃煤锅炉严格管控,但受用户成本承受力、天然气供应不足等多方面因素影响,散烧煤替代的措施仍难以落地。我国北方大部分地区中小城市适合以采暖型背压机组、工业余热和乏汽余热利用为主,以可再生能源为补充,以天然气和热泵为调峰热源的清洁采暖方案。

(一)燃煤蒸汽背压机可以实现超低排放。发挥发电企业技术优势,通过嫁接大机组成熟的除尘、脱硫、脱硝技术,燃煤背压机可以实现超低排放。受机组特性差异影响,燃煤蒸汽背压机和燃气内燃机分布式热电比分别为6和1左右,在产生相同热量和冷量情况下,燃煤蒸汽背压机发电量约为后者的18%,NOX(氮氧化物)和CO2(二氧化碳)的年排放量分别约为后者的57%和87%,其中NOX(氮氧化物)已被研究证明是雾霾重要成因之一。在当前电力供应宽松和供给侧结构改革的背景下,相比天然气分布式综合供能,燃煤蒸汽背压机发电少、供热多,可在解决北方地区中小城市清洁采暖上发挥积极作用。

(二)燃煤蒸汽背压机符合我国基本国情。采用燃煤作为一次能源采暖,老百姓用得起,政府补贴压力小。按居民取暖热负荷50瓦特/平方米、标煤单价600元/吨、用电价格0.5元/千瓦时和用气价格2.5元/立方米测算,仅考虑用能成本,一个采暖季四个月,相同采暖面积消耗煤炭、燃气和电力成本比例为1:3:6,燃煤清洁采暖具有更大的成本优势。中国国情决定在很长历史阶段,除了北京等经济发达地区,多数城市仍需依靠燃煤清洁采暖。

(三)燃煤蒸汽背压机具有高效节能特点。燃煤蒸汽背压机以热定电,就近消纳,蒸汽利用充分,机组的热效率可达到85%左右。目前燃煤热电联产、燃气热电联产、燃气锅炉和热泵能效比分别为5~7、5~6.4、1.7和2~3,燃煤热电联产能效比明显高于其它供暖方式。同时燃煤蒸汽背压机通过热源及管网的智能化运行、多能互补综合能源供应等方式,可进一步实现高效节能。

(四)燃煤蒸汽背压机建设周期短,见效快。燃煤蒸汽背压机主要为5~15万人口规模的中小城市提供基础性热源,项目规模相对较小,建设周期一般在6~9个月,能够快速满足居民采暖需求。

二、大唐科研院燃煤蒸汽背压机分布式供能系统性技术模式

大唐科研院系统性技术模式以满足居民采暖需求为基础,配套工业园区、产业园区用能效果更佳,依托大唐集团供热资产,大唐科研院已形成燃煤蒸汽背压机分布式供能系统性技术模式(如图1所示)。

图1大唐科研院燃煤蒸汽背压机分布式供能系统性技术模式

大唐科研院系统性技术模式坚持四大设计原则,一是定位中小城市居民采暖,供热为主;二是满足国家技术规范和节能环保政策;三是适应当地经济社会发展和居民承受能力;四是紧密结合当地政策、资源条件和生态保护要求。在充分论证、技术保障的条件下,推进燃煤蒸汽背压机分布式供能系统的优化设计,其突出特点如下:

(一)供热为主、梯级利用。相比于大型燃煤热电联产机组,大唐科研院系统性技术模式突出以供热为主的设计理念,注重供热可靠性和稳定性,兼顾发电和其他产品,推进能源梯级利用,提高能源利用效率,同时实现系统多能源输入和多产品供给,有助于实现其他能源的梯级利用及产品的梯级消费。

(二)运行灵活,清洁环保。大唐科研院系统性技术模式能够合理选择热化系数和削峰填谷系数,通过合理配置背压机、储热装置、分布热源及调峰锅炉,可以进行多方案灵活布置,选择最佳运行方案。目前大唐科研院在节能环保等领域处于先进地位,燃煤机组烟尘一体化高效脱除与智能控制关键技术、机组全负荷烟气SO3脱除高效脱硝关键技术等多项重大科技成果可靠地解决了超低排放等重大工程难题。大唐科研院系统性技术模式能够实现对燃煤蒸汽背压机分布式供能系统实施污染物超低排放控制,实现清洁供热目标。

(三)网源合一、综合供能。大唐科研院系统性技术模式强调业务创新,打造网源合一,实现就近消纳。从规划阶段入手,推动配套管网工程建设,提升热网及热源的一体化集中控制、智能化控制和数字化管理水平,推进民生基础设施建设,提高综合利用效率,为用户提供“冷、热、电”多种能源服务,不仅满足居民采暖需求,而且适宜工业园区用能,降低工业用能成本,促进当地经济发展。

(四)因地制宜,多能互补。大唐科研院系统性技术模式引入先进储热技术,不仅确保作为区域主力热源的燃煤蒸汽背压机组长周期高效稳定运行,而且有利于耦合风、光、地热、生物质等可再生能源,探索多能互补业务模式,创新中小城市综合供能方式,促进可再生能源消纳,提高系统效率,降低污染物排放。

三、大唐科研院燃煤蒸汽背压机分布式供能系统性技术模式优化设计

大唐科研院系统性技术模式对系统、设备和备用等方面的多项重大领域进行创新优化,在确保安全稳定高效清洁运行的基础上,大幅降低工程造价,已具备工程应用的条件。

(一)系统优化。中小城市清洁供暖是一个系统工程,要综合平衡基础热源、调峰热源和终端用能等系统优化。系统性技术模式可对城市热负荷进行精准核实,根据当前及远期,采暖期和非采暖期的最大、平均、最小热负荷等,优化热化系数和削峰填谷系数。突破对原有背压机组认识,优化热源侧热力系统设计和实际工程系统,提高机组初参数,降低机组容量,减少机组、系统、设备的台套次数。采用先进的水力平衡计算,优化一二次热网系统。通过网源一体化的智能供暖调节系统,降低一次能源消耗。

(二)设备优化。大唐科研院系统性技术模式设备优化的核心是对汽机、除尘、输煤、化学等方面进行全方位的模块化和简约化。设备模块化可有效的缩短建设工期,降低安装成本和难度,如相比于常规背压式汽轮机,采用模块化方式可实现一体化运输、安装;设备简约化采用结构简单、附件较少、辅助系统简化的设备,减少设备占地面积和设计成本,如全膜法化学水处理中采用简约化布置的EDI技术,减少了投资和废水的排放。此外,通过系统模块化和简约化的布置,提高了系统自动化水平,降低了能源站的维护和运行成本。

(三)备用优化。大唐科研院系统性技术模式采用热惯性大,容错能力强的供热系统,并采用先进的储热装置,在保证系统安全运行的前提下,对各机组、系统、设备的备用进行科学优化。如,采用单辅机设置、优化回热系统、优化压缩空气系统,对各种系统、设备的设计余量整体考虑,减少不必要的投资,进一步降低投资造价。

四、大唐科研院燃煤蒸汽背压机分布式供能系统性技术模式应用前景及建议

大唐科研院系统性技术模式可显著降低造价。以典型的10万人口级,300万平米供热面积的中小城市为例,国家《热电联产管理办法》,推荐配置2台12兆瓦背压机和3台75吨/小时的中温中压锅炉,配置调峰热水锅炉,常规设计投资约10000元/千瓦,总投资约2.4亿元。在满足相同供热需求的情况下,大唐科研院系统性技术模式,配置1台25兆瓦背压机和2台80吨/小时的高温高压蒸汽锅炉,加必要辅助设施,机组单位投资成本可降至8500元/千瓦左右,总投资2.1亿元左右,相比常规设计方案降低3000万元。

燃煤蒸汽背压机系统性技术模式仍需政策给予支持。受发电量少、设备投资大、季节性运行、利用小时数低等因素影响,燃煤蒸汽背压机分布式供能系统经济性仍存一定问题,需要地方政策给予一定的政策补贴,否则影响企业投资积极性。

(一)出台民生采暖型燃煤蒸汽背压机支持政策,并确保落地。目前河北省发改委已出台《关于支持民生采暖型背压机组建设的若干意见》,建议地方政府明确燃煤蒸汽背压机推荐技术方案,出台民生采暖型燃煤蒸汽背压机支持政策,推进两部制电价,非供暖期执行容量电价,供暖期上网电量执行标杆电价,为燃煤蒸汽背压机落地提供支持。

(二)支持热源热网统一运营管理,打造网源合一业务模式。从北方地区供热管理经验看,网源一体,供热直管到户是实现城市供热健康发展的重要措施,也是解决“源”“网”“户”供热矛盾的最好办法。建议地方政府规范供热特许经营,推动配套管网工程建设,提升热网及热源的一体化集中控制、智能化控制和数字化管理水平,发挥网源一体作用,推动热电联供,提高综合能源服务水平。

(三)推动热网建设配套费政策落地。地方主管部门要做好供热规划;协调企业供热管网建设;制定合理的热网建设配套费并确保按规定足额缴纳。



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