区域集中供热热源的能效水平评估方法及建议——以济南市为例

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区域集中供热热源刖
能效水平评估方法及建议
----以济南市为例
4
文/孙金鹏黄辉显马帅杨瑞
'J —提高北方地区取暖清洁化
J j 水平，减少冬季大气污
染物排放，深入推进能源领域
的供给侧结构性改革，国家和
多省市均提出了冬季清洁取暖 的相关要求。

自国家发展改革
委等10部委发布《北方地区冬 季清洁取暖规划(2017—2021 年)》以来，散煤采暖和小燃
煤锅炉等低效高污染的取暖设 施已基本被取缔，大中型区域
供热热源的环保治理措施不断 完善，采暖季空气质量明显改
观。

但与此同时，以燃煤为主 的供热结构尚未得到根本性的
优化，对现有区域集中供热热 源的整治提升存在"重环保、
轻能效”的问题，各类供热企
业的能源利用效率有待提高。

随着城市供热需求的增加和煤
炭消费压减的刚性约束，以燃 煤为主的区域集中热源的供热 效率已成为制约提高民生供暖
质量和完成地区煤炭及能源消
费指标的重要因素。

为合理评估当前区域集中 供热热源的供热现状和能源利
用水平，2019-2020年，对济 南市除省调电厂外的区域集中
供热企业逐一开展了评估，通过 资料分析、现场勘察和沟通交流
等方法，对企业2018年能源利 用情况进行了核查，在此基础上 建立了热源能效水平评估的方
法体系。

通过对各类能效指标的 分析、评价和对标，对未来北方
地区清洁取暖领域的能效提升 和系统优化提出了相关建议。

一、评估对象及整体分析
除省调电厂外，济南市区域 集中供热热源可分为小型热电联 产机组和区域供热锅炉房两类，
作为本次评估对象的各热源厂的
配置情况详见表1。

从锅炉配置 情况来看，各热源厂的锅炉容量
普遍较小且分布较为分散，蒸发
量在130t/h 及以下的燃煤锅炉 占比最高，循环流化床锅炉和链
条炉占比达到约70%,建成时
间较早且效率偏低的链条炉仍大
量存在。

从热电联产企业的机组 配置来看，10万千瓦以下的小 型抽凝机组大量存在，对于部分
兼供工业蒸汽、全年运行的热电 企业来说，小型抽凝机在能效水 平的劣势体现得尤为明显。

56 | 2021年第1
期
理论探讨
从燃料结构来看，尽管35t/h小燃煤锅炉已被取缔，但燃煤热源供热占全市总供热面积的比例超过80%,落后于《山东省冬季清洁取暖规划（2018-2022年）》的要求，小型燃煤热电联产和区域燃煤集中热源厂供热占比高达55%以上。

随着供热面积的扩大和煤炭压减形势的紧迫，供热企业纷纷建设大型集中天然气供热锅炉作为主力热源，仅2018-
2019年全市拟建设的单台容量
超过58MW的集中天然气锅炉
总容量高达700MW以上。

从
能源供应的安全保障、运营的经
济合理性、能源合理利用和环保
约束性条件等层面分析，将存在
多层面的风险和不合理性。

与此同时，全市特别是各县
区的各类钢铁、电厂、化工、建材、
石化等企业的工业余废热资源丰
富，例如莱芜区的“三钢两电”
（莱芜钢铁、九羊钢铁、泰山钢
铁、莱城电厂和莱芜电厂），章
丘区的两大煤化工（明水化工、
日月化工），平阴工业园区的碳
素和建材企业群、历下区的中石
化，以及各县区众多热电企业，
均存在大量可利用的工业余热资
源，除个别钢厂的部分余热外供
周边外，其他工业余废热基本未
得到有效利用。

全市整体热源配
置结构呈现出煤炭存量占比高、
天然气增长快、工业余废热和其
他可再生能源发展缓慢的特点。

表1区域集中供热热源的炉机配置
序号供热企业
锅炉机组
煤粉炉链条炉流化床炉水煤浆炉天然气炉背压机抽凝机
1企业1
分厂15X70MW1X70MW
分厂23X80MW1X70MW
分厂32x7/伽W2X70MW
分厂43x75t/h2X70MW1XB121XC6分厂52X58MW
2企业2
分厂13xl30t/h4X70MW1x220t/h2XB12
1XC12
+1XC50
分厂23X58MW4X58MW若干
分厂33X70MW
2xl30t/h
+2x75t/h
若干1XB121XC15
总第248期|57
注：斜体为近期拟新上锅炉。

序号
供热企业
锅炉
机组
煤粉炉
链条炉流化床炉
水煤浆炉
天然气炉背压机
抽凝机
2
分厂4
1 x75t/h +2x45t/h
2X70MW +2X58MW
若干
1 XB3 + 1 XB6
1 XC12
分厂54X70MW 分厂61 X58MW + 1 X29MW
2X58MW
分厂7
6X70MW
3企业32X58MW 1 x 75t/h /X58MW
1 XC6
4企业4
1 X29MW +2X35MW 1 X20MW 5企业51 X29MW + 1 X35MW
1 X 10.5MW
6企业61 x75t/h +2xl30t/h
1 XB6
1 xC6+l x C12+1 XC25
7
企业7
3xl30t/h 1 XB6+2XB62xC6+2xC128企业84x75t/h
2xC12
9
企业92X58MW
10
企业10
2X45MW
二、热源能效水平评估体系
和指标测算
本次评估中，拟从分项能 效水平和综合能效水平两个层 面对热源能效水平进行评估，其 中，分项能效指标包括锅炉热效
率、供热标煤耗和供电标煤耗三 个指标，综合能效指标包括全厂 综合热效率、全厂等价综合热效
率和煤炭等价产出效率三个指 标，各指标的概念见表2。

(-)分项能效水平评估
图1给出了本次评估的21 处供热锅炉全年的实际热效率，
其中超过50%的锅炉热效率低
于80%,仅有不到25%的锅炉 热效率高于85%,多数锅炉未
能满足国标《工业锅炉能效限
定值及能效等级》的相关要求。

图2给出了各供热企业的实际
供热标煤耗值，同时与国标《热 电联产单位产品能源消耗限额》 和省标《燃煤机组(锅炉)供热
综合能源消耗限额》进行对比， 部分供热企业供热煤耗超过限
定值要求，仅有3家企业达到
先进值水平，所有企业均远低于 目前配套烟气深度余热回收系
58 | 2021年第1期
理论
探讨
表2热源能效水平的评估指标
分类指标单位概念
分项指标锅炉热效率%
锅炉的有效利用热量占锅炉输入燃料低位发热量
的百分比。

供热标煤耗kgce/GJ
每对外供1GJ的热量消耗的标准煤量，热电联
产企业按供热比进行热电分摊。

供电标煤耗kgce/kWh
每对外供lkWh的热量消耗的标准煤量，仅适用
于热电联产企业，按供热比进行热电分摊。

整体指标
全厂综合热效率%
供热量和供电量的当量热量之和与总标准煤耗量
对应热量的百分比。

全厂等价综合热效率%
供热量和供电量的等价热量之和与总标准煤耗量
对应热量的百分比。

煤炭等价产出效率GJ/t
每消耗一吨实物煤炭量产出的供热量和供电量的
等价热量之和。

统的燃气锅炉的能效水平。

图3给出了五家热电联产企业的供
电标煤耗，除一家满足限定值要求外，其余4家企业均未达到限定值要求。

（二）整体能效水平评估
图4给出了各供热企业的全厂综合热效率，可见各企业热效率水平参差不齐，最差的3家企业低于60%,最高的达到80%。

根据理论计算，对于大容量高效燃煤锅炉来说，其综合热效率可达到90%,配套烟气深度余热回收系统天然气锅炉可大于100%,对于小型背压式热锅
炉
实
际
热
效
率
100。

90%
图1供热锅炉的热效率
电联产机组，综合热效率一般在
80%-85%之间。

通过对比发现，
目前各企业的综合热效率仍有
较大的提升空间。

全厂综合热效率这一指标
通过将电力和热力的归一处理,
表征出整体热效率的高低，但未
能科学衡量出企业外供或消耗O
O
O
O
O O
O
O O
O
O
O
O
°O
O
°O
总第248期|
59
60
5&48
5 0 5 0 5 0
5 5 4 4 3 3匸二实际值
—
—小型热电机组限定值
-----小型热电机组先进值
.....燃煤锅炉限定值
一 •-燃煤锅炉先进值
企业1企业2企业3企业4企业5企业6企业7企业8企业9
燃气锅炉+余热 吸收热泵
企业2
企业3
图2供热企业的供热标煤耗
0 700
0.6000.5000.4000.3000.200
0 1000.000
企业6 企业7 企业8
图3热电联产企业的供电标煤耗
的电力和热力两种能源的品位 差异，仍有失公平。

本文引入“全厂等价综合热效率”的概
念，即将电力折标准煤的系数由
当量值改为等价值（本年度全国 火电发电标准煤耗3.07tce/万
kWh ）再与热力进行归一化，
"dj=[QX0. 03412+^X3. 07] 4- (BX ^.…»4-29307)
计算公式见下方所示。

式中％ 为外供热量（GJ ） , 为净外
供电量（万kWh,对于纯锅炉 供热的企业为负值，其绝对值为
厂用电量），〃和 分别为 煤炭和天然气的消费量及对应
的收到基低位热值。

图5给出了计算得到各企
业的全厂等价综合热效率，可见 对于热电联产机组来说，由于产
出了较高品位的电力，按等价值 折算后的全厂热效率有所提高,
而对于纯锅炉供热的企业来说,
消耗的厂用电等价折标煤量提
高，因此热效率有所降低，从而 公正反映出热电联产对于热电
分产热源的优势。

从外部对比情
况来看，大容量高效燃煤锅炉等 价综合热效率约85%,配套烟 气深度余热回收系统天然气锅
炉可达到约95%-100%,对于小 型背压式热电联产机组，等价综
合热效率一般在90%-100%±
间，而目前能效水平最高的分布 式能源项目等价综合热效率可
60 | 2021年第1
期
理论■探讨■
全
厂
综
合
热
效
率
图4供热企业的全厂综合热效率表现请见图6。

可见，在考虑了煤炭低位热值的差异对于产出能源效率的影响后，各企业的煤炭使用产出水平相差一倍以上，该指标可作为区域煤炭消费指标分配的参考指标。

三、关于区域集中供热热源
能效提升的建议
全
厂
等
价
综
合
热
效
率
企业1企业2企业3企业4企业5企业6企业7企业8企业9
图5供热企业的全厂等价综合热效率
高于200%o因此无论是通过采用当量还是等价的方法折算全厂热效率，目前各供热企业的整体能效水平仍处在较低的水平。

此外，在当前煤炭消费总量控制的背景下，为进一步反映出单位煤炭消费实物量的能源产出水平，引入煤炭等价产
出效率的概念，即将热源产出
的电力和热力按燃料品种(煤
和天然气)的发热量分摊后，
计算单位煤炭消费实物量的能
源产出水平，其中电力仍按等
价值进行折算。

各热源的指标
(-)统筹合理的大供热规划
由于环保要求不断提高，
城市供热热源与热用户在地理
分布上的不一致性日益凸显。

在规划层面，需要因地制宜地
从可纳入规划的热源供热能力
和供热需求两方面着手，研究
以怎样的目标和约束条件进行
科学合理的供需平衡。

以济南
市为例，随着近年来"东拓、
西进、北跨”战略的实施，东
部各片区、西部医学新城和北
部新旧动能转换区用热需求迅
速增长，与此同时，周边的莱
芜区、钢城区、章丘区、平阴
区等工业分布集中的园区潜在
的供热能力很大。

因此应扩大
视野，统筹考虑全市范围甚至
周边地市的资源和需求来制定
全市大规划。

总第248期|
61
2 3 -褂縊田化车鄒瑕找25
20
15
10
5
2013
1
1819
942
1420
10.69
企业1企业2企业3企业4企业5企业6企业7企业8企业9图6供热企业的煤炭等价产出效率
（-）现有区域集中热源的
能效提升和优化
在现有热源的能效提升方面，可考虑从锅炉燃料替代、能效提升、热电机组的节能技改三个方面着手。

一是提高煤炭热值和品质，因地制宜考虑生物质、城市污泥、各类煤气、沼气沼渣、造纸化工等含碳物料作为煤炭的替代燃料。

二是开展对现有锅炉进行的专项能效提升行动，例如烟气、排污水、乏汽和炉渣等余热的充分回收利用。

此外，在用户侧设置调峰天然气锅炉，往往比热源侧一刀切地煤改气更合理。

三是采用热力流程优化、抽凝机循环水余热利用等技术，对现有热电机组的节能技改，并
根据政策要求加快淘汰低能效
燃煤机组。

（三）工业余废热的纳网利用
通过对钢铁、化工、建材
等工业副产的不同品位的工业
余热进行合理配置，可利用热泵
及大温差长输供热技术实现对
外供热。

以济南市为例，莱芜区
域内的三钢两电可满足济南市
东部近1亿平方米建筑的供热
需求，替代煤炭消费约160万
吨。

此外，考虑各类化工、石化、
建材、热电企业余热利用潜力，
可再满足0.5亿平方米建筑的采
暖，从而基本满足"十四五”期
间全市新增供热需求。

工业余热纳网后，在热网
运营调度方面，应由各类工业余
热承担供热基本负荷，并采取
“以产定热”模式运行，即供热
量服从工业生产，随生产的改变
而改变，热电联产机组和区域锅
炉房采用热电协同模式为工业
余热调峰。

各热源互通有无、互
为补充、相互协调，实现可靠供
热和企业灵活性生产，充分发挥
不同热源各自的优势，实现整个
大热网的高效、经济、协同运行。

（四）“一网多源”的热网
建设及供热运营机制创新
配合工业余废热资源的利
用，建议同步实施高温水供热环
网建设，将现有供暖热网互联互
通，为各类工业余热的纳网奠定
基础条件，形成“一网多源”的
供暖机制。

在此基础上推进供热
机制改革，实现"厂网分离”，
成立国企控制的管网运营公司，
统筹管理调度上游热源点和服
务下游热用户，通过多热源竞价
上网和热价改革，实现供热结构
优化和降低民生采暖成本的良
性循环。

曰
（作者单位：济南市工程咨询院）
责任编辑马超
62|2021年第1
期。