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城市燃煤供暖系统节能与环境、经济效益潜力巨大

文:admin 发表时间2005-7-7

     一、问题的提出

北京市地处祖国大陆北方。冬季长达4个月取暖期。主要的能源是煤炭。北京地区全年用煤量约2700万吨，冬季仅供暖用煤就达600万吨左右（标准煤，下同）。

煤炭消耗如此巨大，且集中在四个月内燃尽，造成北京地区的大气环境污染相当严重。冬季空气中的二氧化硫与飘尘浓度是非采暖期的六倍以上，严重超过国家大气质量标准，威协全市人民的身体健康。同时又排放了数量可观的温室汽体——二氧化碳。

经调查，煤炭消耗如此巨大，但供暖质量不尽人意，冷热不均。室内温度有的可达25℃以上，开窗户降温，有的居室内温度仅在13一14℃，甚至更低，在室内穿毛衣、棉衣过冬，居民意见很大。

由于能耗大，供暖单位经济负担加重。有的供热部门支出大于收取的供暖费，呈负面效益。

上述三方面的矛盾呈交叉上升的趋势：一般认为要满足每户居民取暖温度的要求（16℃以上），必须加大用煤量，但随之带来了大气污染的加重；同时又给供暖部门增加了经济负担。

专门从事节能技术研究与开发的科技人员经过调查研究，发现上述三者的矛盾，必须用科学技术的手段，以系统工程的思维方法去解决。这项系统工程的切入点就是“节能”。只有对锅炉供暖系统进行节能技术改造，是提高供暖质量，减少资源浪费，减轻企业负担，保护大气环境的关键所在。这是一把开门锁。

鉴于上述分析，科技人员向政府部门提出了对燃煤锅炉系统进行节能技术改造的建议。为此，北京市建筑节能办公室、北京市市政管理委员会共同下达了《供暖、节能、减污示范系统工程》研究课题。由北京环境科学学会承担。九位不同学科专家组成了研究小组。经过三年勤奋工作，开发和汇总出了十二项燃煤锅炉系统节能技术，并搞出了十几个试点单位。证实在提高供暖质量，减少能源消耗，减轻空气污染诸方面取得了明显的效益。值得更深入的研究，对社会、对市民、对企业都有益处。值得全面推广这项成套的节能技术。

二、主要的节能技术与设备

节能技术研究人员，经过数年的研究探索，目前已开发和汇总出十二项节能技术。同时，随着技术的开发，还会扩大节能技术的内容。现将主要的节能技术与设备介绍如下：

（1）采用连续供暖辅以间歇调节的运行机制，改变“大马拉小车”的低负荷运行，提高锅炉效率。

过去一般早晨和晚上两次开炉供暖，平时压火，所谓尖子火，既不保证居室内温度，又浪费煤炭。通过实验研究证明：严寒期24小时连续供暖，初寒期、末寒期连续供暖辅以间歇调节，即昼夜供暖12小时，间歇2一3次，既可保证居室内温度又节省了能耗。

分散锅炉房，单台锅炉容量在7兆瓦（10吨蒸发量）以下的，每0.7兆瓦（1吨蒸发量）可带供暖建筑面积（8000－10000）平方米；集中锅炉房，单台锅炉容量在7兆瓦以上的，每0.7兆瓦带动供暖建筑面积（10000一12000）平方米。未经节能改造的锅炉，一般只带5000平方米，甚至更低。有的1.4兆瓦锅炉只带5000平方米，居室内的温度却在10℃以下，差距甚大。可见煤炭浪费的严重性与节能潜力的巨大。

（2）提高集中锅炉房间供式系统一次水参数，改变换热器低负荷不合理运行状况。

当前集中锅炉房普遍存在的问题，是高温热水锅炉的低参数运行一次水应为115℃／70℃，实际上只达到95℃／75℃，甚至更低。其原因是系统定压低，补水泵选择不当，扬程低所至。换热器低负荷运行表现在每平方米换热面积只供（300一400）平方米，实际应带（600一800）平方米。这方面潜力也很巨大。解决的办法是提高锅炉出水温度，改换适合的补水泵，使系统配套运行，提高管理水平。

（3）在搞好外网初调节，消除水平失调的基础上，改变“大流量、小温差”不经济运行状态。

要克服采用“大流量、小温差’’不经济运行的方式（具体作法一般为加大循环水泵、多台泵并联运行、末端增设加压泵和加大末端管径等）解决因外网水平失调而造成的远近用户冷热不均的问题。可以采用：调节阀配合超声波流量计；平衡阀及其智能仪表；调配阀及其智能仪表。作好外网的初调节，并在外网调试平衡的基础上，减少循环水泵流量，改变“大流量、小温差”不经济运行状态，使目前住宅每旷的流量，二次水由3一5公斤／小时逐步降为2一3公斤/小时；一次水由2一3公斤/小时降为1.3公斤/小时。

（4）根据室外温度的变化，合理确定锅炉运行参数。

长期以来，锅炉运行调节被司炉工们“看天烧火”所代替。现在应以“质调节”或“分阶段变流量质调节”的方式进行运行调节。

为方便管理，己研制出供暖运行监测仪和智能量化管理仪器，供司炉工调节供水温度，既保证居室温度，又大量节煤，有的单位仅此一项可以节煤20％左右。

（5）采用补水泵变频调速定压，保持供暖系统定压运行。

维持恒压点压力恒定不变是供暖系统正常运行的基本前提。但因定压设备存在安装或运行操作不当的问题，往往使“定压”运行实际变成了“变压”运行，此现状必须改变。

由于膨胀水箱定压使用范围的局限，定压罐价格昂贵，操作复杂；补水泵定压得到较多的应用，但补水泵连续运行费电，间歇运行压力波动，将变频调速技术应用到补水泵上，解决了这一问题。

（6）应用变频调速技术实现大容量锅炉辅机的大幅度节电。

大容量锅炉采用微机监控，可以自动控制锅炉辅机——鼓风及引风的开度，但是只有同时将变频调速技术应用于其中，才能实现锅炉辅机的大幅度节电（30％—40%）。

（7）及时清除锅炉积灰，延长炉龄，提高热传导系数，节约能源。有两种方法可及时清除锅炉结垢。一是化学方法：采用化学除焦剂与煤炭混合推入炉内。一般以万分之二的比例进入炉内，这种方法一般使用在小型锅炉上；另一种方法是物理除灰方法：即利用声波发生器。向炉内发出声波，声能量将炉内的结垢振动下来，任何一个拐角，人工难以接触的地方都可以把灰垢除下来。这种声波除灰器一般适合大型锅炉房。

（8）采用热管省煤器取代传统的铸铁省煤器

“热管”是一种利用管内工作液体的两相流变化，以潜热为主进行传热的新型高效传热元件。用热管新技术生产的锅炉热管省煤器，取代传统的铸铁省煤器，可明显提高节能效益。热管省煤器可从排除热能中回收的热效率达30%，而铸铁省煤器仅为15％。

（9）推广高质量、高性能自动排气阀和臭味剂防止系统丢水，造成热损失。

供暖外网系统的末端过去一般安装集气罐，作为手动的放风装置。用户常常在此私自取用系统水，用来擦地板、洗衣服等。应采用自动排气阀。

此外，为防止用户私自取用系统水，还可适量投入臭味剂（每吨水70－80克），效果很好，杜绝了用户偷水，防止了热网系统丢水。

（10）混合式燃烧，降低煤渣含炭量

一般将锅炉排出的炉渣经过3CM孔径的筛子进行筛选，筛上物一般含炭在3－8%是锅炉的最终排渣；筛下物的灰渣中，含炭量约30％左右，可以将其与新的煤炭以1：3的比例混合起来进炉燃烧，这样既提高了炉内燃烧通风效率，又节省了煤炭，是一项省工省时投入小的节煤措施。

（11）对不同使用性质的建筑物，采用分时供暖自控装置，可节约能源。

在以往的设计中，常把不同使用性质的建筑物，设在同一供暖系统中，没有考虑分时供暖的可能性，不利节能。如采用分时供暖，可保证住宅全天供暖，而使办公楼、教学楼等夜间无人的公共建筑，在夜间使室温降至值班温度（保护设备不冻），如5℃－7℃左右，即可大大节约能源。采用分时供暖自动控制装置，实行自动控制，当住宅与公共建筑面积各占50%时，一般可节煤37％，节电27％。

（12）采用分层给煤装置（即分层燃烧装置）可有效地降低炉灰含炭量，提高锅炉出力。

链条炉排的给煤，是煤从煤仓经溜煤斗，再从煤斗及煤闸板下部进炉，存在着煤的粒度不均匀，炉排两侧块多，中间煤末多，煤层密集，压得很实，透气性不好的缺点。造成炉灰含炭量偏高，影响锅炉热效率和锅炉出力。

采用重力移位分层给煤装置，可从根本上消除上述缺点。重力移位装置，可使进入煤斗的煤在粒度上均匀。再经过分层装置的机械筛分，使煤在进炉时形成下层为大块，中层为小块，上层为煤末的煤层合理分布，减少了通风阻力，避免了燃烧不均匀和偏烧的现象。可显著改善燃烧状况，降低炉灰含炭量，提高锅炉热效率和锅炉出力。在大容量供暖锅炉上采用效果更佳。

（13）冷凝水回收

蒸汽锅炉的冷凝水必须回收。因为它带走了大量热能和经过高昂投入处理过的软水。现在已经开发出高温冷凝水回收装置。甚至可以把不完全冷凝的高温汽体一并进行回收，是节能，减少运行费用的重要措施。

以上是已经开发成功的节能技术，在推广应用中是可靠的。研究人员发现，这些节能技术实际上是可以形成一个节能体系。各个节能单项技术的参数互相制约。如供暖系统，供热系统围绕着居民室内，相对稳定的温度要求（如20℃），随着外环境温度的变化需不断地调整各个参数，这种实时变化着的系统人工是难以完成的。

为此，科技人员己开发出燃煤锅炉系统节能实时控制装置。将难以人工实时控制的复杂节能系统交给机器去操作管理，解放出入材资源。暂且把这种装置叫做“傻瓜锅炉房”。这种节能自动控制系统的开发，可大面积推广使用复杂的节能技术。

三、效益分析

效益可分成三部分：一是节约煤炭和电力资源；二是提高居民用暖质量；三是环境保护。经过三年的试验，节能效果明显，下面仅举几个例予以说明：

(A) (A)北京市建筑材料研究院因经费紧张，冬季供暖成了问题。这个单位领导闻知北京环境科学学会组织了“供暖、节能、减污示范系统工程”，研究课题组正在全市寻求试点单位，便主动求援。课题组专家当即前往进行技术指导，并给出了节能技术改造方案。97年夏季对燃煤锅炉及外网系统动工改造，当年冬季投入运行。98年3月底停止供暖后，经过核算，初战告捷。

单位
96—97年度
97—98年度
节约量

总煤耗
t
2800
2100
700

单方煤耗
Kg/m2
56
37
19

总电耗
Kwh
261129
248232
12888

单方电耗
Kwh/m2
5.2
4.4
0.8

供暖面积
万m 2
5
5.7

SO2排放量
t
52
48
4

飘尘排放量
t
26
19.7
6.3

炉渣排放量
t
700
525
175

炉渣含碳量
%
15.04
12.01
1.03

经费使用情况：投入31万元，当年从节煤、节电费用中收回18.4万元，投资回收期约1.7年。以后每年将获益18.4万元，也为北京地区减少了用煤量700吨／年，节煤率为25％。但与北京地区先进节煤率比较，该院目前的单方煤耗、电耗指标仍较高，但与改造前相比进步是明显的，且仍然有潜力可挖。经过节能改造的房间，冬季室内温度全部在16℃以上。往常冷热不均的现象消除了，群众没了意见。经济上不但解决了当年的短缺，而且以后每年都将获益18.4万元，再也不用为冬季取暖发愁。

（B）北京上地信息开发区热电公司。该热电公司锅炉房有35吨锅炉四台，节能改造资金投入160万元，改造两台炉。经过两个冬季运行考核，每年节煤2560吨，约折合人民币61.44万元，节电119.8万度，约折合人民币71.9万元，每年共节约资金130万元左右。

这两台炉的节能改造，对环境带来了好处。因每年节电119.8万度约耗煤600吨，加上实际的节煤2560吨，共3160吨，这些煤炭可少向大气排放二氧化硫约50多吨，少向大气排放烟尘162吨。

（C）北京天坛医院燃煤锅炉房，是全市优秀锅炉房。无论从管理上、服务上，节能等方面都是全市先进单位之一。

该院因多年注意节煤，其年耗煤量是北京地区同规模医院最先进的、耗煤量最少，冬季取暖每平方米建筑面积耗煤21公斤/平方米，每年耗煤量为3500吨；而北京某同规模医院由于不重视节能措施，每年耗煤量竟达13500吨，相差一万吨之多。折合人民币250多万元，多向空气排放二氧化硫约160多吨，多向空气排放烟尘500多吨。

（D）北京市昌平县供暖服务公司是大规模节能实验小区。该供暖公司属北京房地产行业。全市房地产行业在冬季供暖平均耗煤为31公斤／平方米，而昌平供暖服务公司于1993年把七座分散供热锅炉房改造成一座大型集中供暖锅炉房。供暖面积30万平方米，在保证每户供暖质量达16℃以上的温度下，在冬季供暖135天的情况下，单方耗煤量为20.11公斤/平方米，“电耗为2.18 kWH／平方米，水耗47. 66公斤／平方米，盐耗为10.1吨，为0.036

公斤/平方米，维修费0.06元／平方米，与全市房地产行业相比，节煤约三分之一。

昌平具供暖服务公司经过几年的实践，亲自尝到了节能的甜头，取得了良好的供暖质量与经济效益及环境效益。

1993年将分散锅炉集中后，又于1998年再次把四个居民区的分散供热锅炉房进行合并，再建一座集中供热的大型锅炉房。配置四台10.5MW热水锅炉，供暖面积达到60万平方米。拆掉8台2.8MW和2台4.2MW锅炉，整个冬季135天，单位煤耗20.15公斤/平方米，仍保持全市先进的节能指标。

（E）北京市第六建筑公司属后醒不断进取的单位。

该公司95年～96年冬季供暖面积为11万平方米，耗煤量为7000吨，单方煤耗达64公斤／平方米。96年底进行了三项节能技术改造，结果煤耗降至5500吨，单方耗媒50公斤／平方米。97年～98年冬季又进行了节能改造，耗煤降至5000吨，单方煤耗降至45公斤/平方米。98年～99年冬季又采取新的节能措施，煤耗再次下降，达到3610吨，此时供暖面积已达12万平方米，单方煤耗达30公斤／平方米。与改造前的96年冬季相比，节煤率达50％左右。改造前，居民经常上访告状，反映室温很低。改造后，几年来无一户上访告状。该公司拟于99年底再投入改造资金，争取单方煤耗达到北京市最先进水平的21公斤／平方米。

（F）北京望京供热厂，供暖面积200万平方米。98年底进行节能技术改造，只采用了三项技术措施，一个冬季的总耗煤量由45700吨下降至40800吨。节煤4900吨，节煤率达13.9%，节电160万度，节电率达28.6%。减少二氧化硫排放量为39吨（该煤含硫率为0.5%），减少烟尘排放量101吨（按灰份10％计），居室普遍保持在18℃以上。

据1993年抽查结果，表明全市住宅供暖优秀节能单位与耗煤较大的单位一个冬季单方耗煤量见下表：

节能级别
单耗（公斤/平方米）
比例（%）

优秀
22
5

次优
25
20

次
31
45

低
39
30

全市平均
31.75
100

注：煤发热量在5500大卡／kg

全市煤的单耗平均约为31.75公斤／平方米，而先进的节能单耗为22公斤／平方米，相差约10公斤／平方米效率相差约为30％，各单位相差不一，可在（10一15）％之间，社会上各单位自行供暖，耗煤差距甚大，有的单位比先进锅炉房单方耗煤量可高出2一4倍。

据统计，全市冬季取暖耗煤总量约600万吨，若全部采用节能措施，可总节煤180万吨，约折人民币4亿多元;少排放二氧化硫约2.98万吨;少排放飘尘（10um）约1.86万吨（按含灰量10％计算）;少向大气排放温室气体二氧化碳约430万吨（按含C65％计算）.

凡经过节能改造的锅炉供暖系统，解决了距锅炉房不同距离居民内冷热不均的现象。均可保证居室内在16℃以上，一般均在18℃左右。保证了居民室内耿暖质量。经济效益，环境效益，居民耿暖质量均明显得到提高。

四、纳入法制轨道

涉及整个城市供暖节能与环境保护问题，必须通过立法程序，才能把这一得力的措施贯彻到各个角落。

研究小组代替市政府有关部门草拟了有关法律条文和节能考核标准，考核标准的依据是《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）北京地区实施细则》，DBJ01一602一97制定的，其计算公式为：

qc=24ZqH/HCη1η2 …………（1）

式中qc：采暖耗煤量指标（公斤/平方米年）标准煤；

qH：建筑物耗热量指标（瓦／平方米）；

Z ：采暖期天数，北京地区取125天；

HC：标准煤热值，取8140（瓦小时/公斤）；

η1：室外管网输送效率，取0.9；

η2：锅炉运行效率，取0.68；

在确定了建筑物平均耗热量qH（保持室温），和计算出的冬季实际耗煤总量qc和实际供暖天数Z以后，即可计算出锅炉运行效率η2（室外管网输送效率η1取0.9）

η2= 24ZqH/8140×0.9× qc …………（2）

研究人员认为：η2小于60％为供暖节能不合格锅炉房；

60％≤η2＜64％为供暖节能二级合格锅炉房；

64％≤η2＜68％为供暖节能一级合格锅炉房；

η2≥68％，可评为供暖节能特级合格锅炉房。

当然，η2随着节能建筑材料的革新，房屋设计的新颖，供暖节能技术的提高，将进行调整。

同时提出考核的参考指标，单位锅炉容量（1吨／小时或0. 7MW）所带的供暖建筑面积（均折合为普通住宅），暂时划出如下两个标准：

7MW以下（不含7MW）锅炉，每0.7MW带（8000～10000）平方米住宅；7MW以上锅炉，每0.7MW带（10000～12000）平方米住宅。（其中上限为初、末寒期，下限为严寒期）。
  

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