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1、 余热回收在城市清洁能源供热规划 中的应用 李永红 北京清华同衡规划设计研究院有限公司能源所 2018.3 目录目录 1.城市清洁能源供热需求及发展 2.基于吸收式换热的热电联产集中供热技术 3.全热回收的天然气高效利用供热技术 4.应用城市案例简介 5.总结及建议 北方城镇清洁采暖供热意义重大 民生工程 冬季清洁采暖是关乎百姓民生的大事 节能减排 某市区逐月污染等级分布 冬季冬季 全国建筑能源消耗比例 冬季采暖是大气污染主要来源之一，是北方城市治 理大气污染的主要对象 占全国建筑总能耗约40%，是建筑节能的重中之重 技术发明背景 国家高度重视清洁采暖工程实施 党中央和国务院要求加快推进冬季清
2、洁取暖工作 财政部、环保部、住建部、国家能源局正部署2017年北方地区冬 季清洁取暖试点城市 天津、石家庄、唐山、保定、廊坊等12个城市 技术发明背景 供暖需求不能完全满足，大中城市普遍存在热源缺口 城镇化速度快，热源建设相对滞后。 城市冬季热电需求不匹配。 供热系统各环节损失大。 清洁热源比例低，管网和末端能效低 清洁取暖成本高 清洁燃煤、天然气、以及生物质等部分可再生能源的运行成本均高于 普通燃煤供暖（例如天然气的燃料成本高出普通燃煤的3-5倍）。 各类电热泵（如空气源热泵、地源热泵）、余废热、地热、太阳能的 运行成本虽低于普通燃煤供暖但初投资过高，且能源来源不稳定。 通过“节流”方式，减
3、少供暖所需热量，也要针对建筑物、热力管网 等进行改造，对供热企业运行调节也提出更高要求。 清洁供暖面临问题 北方城镇清洁供暖技术路线 推进清洁热源建设和改造，提升清洁热源比例 推行以超低排放燃煤热电联产为主的热源形式，充分利用机组的 烟气和乏汽余热，“热电协同”运行提升火电灵活性 充分挖掘城镇周边高耗能企业低品位余热，作为集中供暖热源的 重要补充 逐步淘汰小型供暖用燃煤锅炉 跨区域热量输热管网建设 对于城市周边集中供暖系统不可及的区域，宜气则气，宜电则电， 提升能源利用效率 鼓励条件适宜的地区采用可再生能源供暖 各种热源方式的单位供热能耗 北方供暖整体情况（2016） 北方城镇采暖面积141亿
4、平米 热电联产集中供热是城市主要采暖方式，占到42% 热电联产集中供热是北方采暖的主要方向 热电联产 能效最高 北方城镇集中供热占76%左右 热电联产能源利用效率高、污染物排放少 技术发明背景 北方城镇采暖组成比例 燃气锅炉8% 其他方式5% 热电联产42% 燃煤锅炉45% 目录目录 1.城市清洁能源供热需求及发展 2.基于吸收式换热的热电联产集中供热技术 3.全热回收的天然气高效利用供热技术 4.应用城市案例简介 5.总结及建议 常规热电联产集中供热系统存在的问题 热网输送能力的瓶颈 热电厂尚有大量余热未被利用 技术发明背景 余热回收难点 回收难: 温度20-40 输送难 330MW 153
5、MW 发明点1:基于吸收式换热的集中供热新工艺流程 针对热力站和热电厂加热环节,提出大幅度降低一次网回水温度的吸收式 换热和回收汽轮机乏汽余热的梯级加热方法 突破常规换热的温差极限,一次网回水温度显著低于二次网温度(达到20以下） 提高热网输送能力50%以上 热网回水温度的降低同时也为回收电厂余热创造了有利条件 充分利用一次网回水温度降低的有利条件 汽轮机采暖抽汽驱动，回收乏汽余热，梯级加热热网水 提高热电厂供热能力30%以上，降低供热能耗40%以上 热力站 热电厂 设计原则 基础技术元素：热网低温回水、提高机组背压、热泵技术 1）保障电厂的发电水平，尽量利用发电后蒸汽（抽汽和乏汽）的供热 能
6、力 2）在相同供热量的情况下，对发电的影响最小 3）优化调整各机组的背压、抽凝比 供热供热首首站设计站设计 抽汽-水换热 凝汽-水换热 供水 回水 Method3 热泵技术 120130 15 90100 Method1 提高背压 0.31.0MPa 抽汽 乏汽 吸收式换热 470kPa Method2 降低回水温度 供热供热首站：首站：余热供热系统回收机组乏汽余热，并利用蓄能系统增加电厂供 热期发电上网负荷调节能力。 供热首站 蒸汽轮机 凝结水 发电机 凝汽器 热网回水 20 热网供水 125 热泵 机组 热网 加热器 疏水 疏水 抽汽 蓄热 装置 乏汽 凝结水 吸收式换热机组 热水型和补燃
7、型吸收式换热机组热水型和补燃型吸收式换热机组 热泵驱动源热泵驱动源 直接换热直接换热 制冷段制冷段 热量转换热量转换 一次水一次水 二次水二次水 中继能源站：中继能源站：充分利用现状供热区域热水管网，由于承压耐温限制，利用原有 小型热电厂用地、燃煤锅炉房、大型换热站用地改造为能源站，进一步降低回 水温度至1520，燃气调峰或用现状燃煤锅炉调峰，能源站内设大温差机组 中继能源站建设 供水温度95120 回水温度15 大温差 机组 调峰热源 供水温度120 回水温度2545 燃煤或燃气热源 长输管网侧长输管网侧一次管网侧一次管网侧能源站能源站 电力 目录目录 1.城市清洁能源供热需求及发展 2.基
8、于吸收式换热的热电联产集中供热技术 3.全热回收的天然气高效利用供热技术 4.应用城市案例简介 5.总结及建议 北方供暖方式天然气采暖方式 占北方城镇供热面积8% 是某些大城市的主要采暖方式，北京采暖用气量 占总用气量的80%，用气量116亿m3 天然气供热现状情况 烟气余热未充分回收 排烟温度高（露点50） 水蒸汽含量大，带走热量多， 相当于20亿 m3，且形成冒白烟现象，影响城市景观 技术发明背景 全热回收的天然气高效供热方式 烟气温度降低到20左右 供热效率提高10%40% 天然气供热 技术发明背景 燃气锅炉余热回收新流程 燃气热电冷联供新流程 燃气电厂余热供热新流程 传统的燃气蒸汽联合
9、循环热电厂 天然气供热 技术发明背景 解决了困扰燃气 热电厂供热能力不足 （热电比小 ）、燃气消耗量 大的问题 天然气供热 目录目录 1.城市清洁能源供热需求及发展 2.基于吸收式换热的热电联产集中供热技术 3.全热回收的天然气高效利用供热技术 4.应用城市案例简介 5.总结及建议 采暖供热方式的比较 全年当地大气污染物排放量 供热成本（系统总初投资折算+运行费用） 0 0 5050 100100 150150 200200 250250 废热废热电动热泵电动热泵电采暖电采暖燃气锅炉燃气锅炉燃气热电燃气热电燃煤锅炉燃煤锅炉燃煤热电燃煤热电 当地大气污染物（当地大气污染物（g/m2g/m2） P
10、M10 SO2 NOx 0 00 0 1818 145145 139139 215215 0 0 注：天然气采暖3.15元/Nm3，标煤 600元/tce，燃气热电厂天然气价 2.3元/ Nm3，供热成本为扣除发电 收益后的折算（由于燃气热电厂投 建的主要目的为供热，上网发电价 格参照燃煤发电上网价格0.4元 /kWh计算）。电采暖谷电价格 0.292元/kWh，电热泵电价，居民 电价0.467元/kWh，一般工商业电 价0.676元/kWh 0 20 40 60 80 100 120 废热废热电动热泵电动热泵电采暖电采暖燃气锅炉燃气锅炉燃气热电燃气热电燃煤锅炉燃煤锅炉燃煤热电燃煤热电 供热成
11、本（元供热成本（元/GJ） 45456060 1 10303 102 4 40 0 2828 25254 40 0 81 供热方式分析小结 全面取代主城区内各种分散小锅炉； 燃煤热电联产和大型锅炉房应避免设在主城区，特别是上风向，尽可 能选择在城市远郊发展； 燃气热电联产全年NOx排放量大，加之冬季气源保障和价格因素， 在城市周边发展从环境影响、安全保障和经济性上并无优势； 天然气锅炉成本过高，且冬季保障难度大，现阶段不宜大规模使用， 适宜作为调峰热源。 工业余热可实现无污染供热，具备规模后经济性尚好，应优先考虑。 24 参考比较对象由燃煤锅炉房变为燃气锅炉房 供热半径 通过降低热网回水温度，
12、使电厂可以大幅度地利用乏汽余热，使余热占整个电厂 输出热量的55%以上，从而显著降低了近一半的电厂供热成本; 通过增大热网供回水温差，即热网供回水温度由传统的130/70变为130/20 ，提高长距离供热管线的输送能力70%以上，使得长途管线能输送更多的热量， 从而降低单位热量的投资折旧成本； 通过采取调峰措施，使长途输送管网在整个供热期承担基本供热负荷，提高了该 长输管网的利用率，进一步降低了长途管网的供热输送成本。 长距离供热系统的技术思路 供热规划方案总体思路 远郊常规热电联产 +工业余热为主，其他清洁能 源为补充，建立清洁、安全、稳定的供热系统 由远郊常规热电联产及工业余热承担基础负荷
13、 热电联产通过大温差运行的长输管线向主城区大热网 输配 工业余热就近供热，低温网低供低回 利用燃气承担尖峰负荷，大型热源厂作为备用安全保 障 基于吸收式换热的热电联产模式改造后的单台典型机组的供热功率、发电 功率以及改造前后的热电比 机型装机容 量 供热功率 （MW） 发电功率 （MW） 改造后热电 比 改造前热电 比 300MW燃煤机 组 49724721.5 300MW燃煤纯 凝改供热机 组 4662631.80.94 600MW燃煤纯 凝改供热机 组 8545231.60.7 1000MW燃煤 纯凝改供热 机组 13008461.40.7 9F燃气机组 (400MW) 3503750.9
14、0.7 热源供给侧热电比与需求侧热电比的不平衡引出的问题 300MW燃煤机组热电比1.52左右（随着乏汽余热回收利用的程度增加） 燃气蒸汽联合循环机组热电比1（随着烟气余热回收利用程度增加） 城市 供热面积 （亿m2） 热负荷 （MW） 最小电负荷 （万kW） 最大电负荷 （万KW） 最小热电需 求比 最大热电比 哈尔滨1.93965 199 3063.15 4.85 长春2.281140 195 3003.80 5.85 沈阳2.81400 288 4433.16 4.86 通辽0.45225 120 1851.22 1.87 乌鲁木齐1.78890 319 4901.82 2.79 呼和浩
15、特1.3650 103 1584.11 6.33 银川1450 163 2501.80 2.77 兰州1500 283 4351.15 1.77 西安1.78801 348 5361.49 2.30 太原1.8900 234 3602.50 3.85 张家口0.84462 125 1932.39 3.68 北京8.53400 1028 15822.15 3.31 天津4.121854 780 12001.55 2.38 保定0.97437 312 4800.91 1.40 唐山1.346071511000.420.64 石家庄2920 363 5581.65 2.54 济南1.5675 325
16、 5001.35 2.08 青岛1.6720 423 6501.11 1.70 烟台0.9405 406 6240.65 1.00 济宁0.56252 260 4000.63 0.97 淄博0.6270 208 3200.84 1.30 郑州1.2540 527 8100.67 1.03 热源供给侧热电比与需求侧热电比的不平衡引出的问题 城市热电需求比 热源供给侧热电比与需求侧热电比的不平衡引出的问题 华北华北 南方南方 东北东北 西藏西藏 台台 湾湾 西北西北 石家庄 北京 华中华中 徐州 无锡 上海 华东华东 长沙 荆州 恩施 武汉 长春 哈尔滨 沈阳 郑州 乌鲁木齐 银川 呼和浩特 太原 张家口 天津 保定 烟台 济南淄博 济宁 青岛 西安 兰州 通辽 新疆新疆 四川四川 热电比小于1 热电比12 热电比2
