产业报告2019丨技术篇：二、燃煤热电联产及清洁高效供热技术

第三篇 技术篇

二、燃煤热电联产及清洁高效供热技术

我国煤炭资源储量大，可作为供热的主要能源；燃煤供热主要有热电联产和锅炉两种方式。从能源效率和污染物排放看，燃煤宜热电联产，宜集中不宜分散，容量宜大不宜小；散煤小锅炉、土暖气使用，效率极低，排放较大，严重污染环境，应予坚决淘汰。现有供热用大型燃煤锅炉房（链条炉、循环流化床炉、水煤浆炉、煤粉炉等），锅炉效率在80%-90%之间。大型燃煤锅炉房既有独立区域供热，也有作为集中供热热电联产的调峰热源。

热电联产是高效的能源转换方式，满足能源“梯级利用，品位对口”原则，高品位热用于发电，低品位热用于供热，容量越大，效率越高，并可实现超低排放，是供热方式中最具竞争力的，也是集中供热的主热源。大型热电联产集中供热系统如图3-2所示。

图3-2 大型热电联产集中供热系统示意图

我国是火电和热电联产装机容量大国。近些年，城市周边既有火电厂进行纯凝汽式发电机组改造为城市供热，在能效、经济性和环保等方面具有得天独厚的优势。但是，现有热电联产集中供热系统也存在几个问题：

一是热电联产供热比低，乏汽和烟气余热未得到全面回收。供暖季大型燃煤热电联产机组（300MW、600MW、1000MW）热效率由纯凝电厂的30%～40%提高到60%～70%；若充分回收排空余热（湿冷机组循环水或空冷机组乏汽余热、烟气余热），既能将热效率提高到80%～90%以上，还可避免循环冷却水蒸发、消除白烟中大量雾（水蒸气）而取得巨大的节水效益。

二是大型热电联产机组“以热定电”，冬季电网调度困难。因此，应提高热电比，解决热源短缺问题；而大量新建电厂会加剧电力过剩，也使煤炭消耗量和污染物排放量增加。

三是化石能源消耗导致大量二氧化碳排放，与此同时“弃风弃光”现象加剧，无法满足应对气候变化和可持续发展的长远要求。

四是集中供热管网建设初投资大，输送能力受限，深度回收的余热遇到热网输送能力不足的制约；供热管网系统的复杂性及建筑节能标准提高带来的热负荷需求降低，以及热量输配不均匀损失、保温损失和输送电耗等占能耗和成本比例上升，部分抵消了集中供热的优势。

为此，若把热网回水温度降低到20～30℃以下，可大量回收电厂余热。清华大学的大温差余热供热技术[2]（如图3-3所示），可以利用网供水温度的高温水（100～130℃）驱动吸收式热泵，把回水温度降到25～30℃，通过末端天然气补燃的吸收式热泵或电力作为驱动热泵，进一步把回水降到15℃；高温供水、低温回水（大温差输送）又可以减少热量输送要求的循环流量，实现同样管径输送更多的热量，实现长距离输热的经济合理性，使得远离城市电厂的余热供热成为可能。

图3-3 新型大型热电联产集中供热系统示意图

将电热泵与集中热网结合，用于末端降低回水温度，是一种利用电热泵的更好供热方式。在热网水输送投资和能耗不增加前提下，输送更多热量。利用城市大热网管网，将热源乏汽余热送给末端用户。电热泵低温侧、高温侧工况比传统空气源热泵、水源热泵、地源热泵更有利，热泵能效指标COP值也高，利用电力回收余热、提升热网输送能力。

通过蓄热技术、热泵技术和建筑热惰性等特点，可以进一步实现热电联产的“热电协同”，解耦热电矛盾。例如，“热电协同”方式之一是在蓄热运行时，通过增加抽汽减少热电机组发电，设置电热泵消纳低谷过剩电力，并制取低温水和高温水分别储存在两个自然分层式蓄热水罐中，低谷期蓄能热泵消耗过剩电力将低温罐中储存的余热转移至高温罐。放热运行时，可通过减少抽汽增加热电机组发电，并释放高温罐与低温罐中的储水，来平衡减少抽汽所带来的排汽量变化及供热量变化。

余热深度回收的热电联产系统效率，比目前其它热电转换方式效率高。换言之，热电联产是能量利用效率最高的电-热转换方式。整体解决方案是，小区热力站或用户设置大温差换热机组，以热、气或电驱动降低回水温度，电厂设置余热回收专用机组，以汽轮机采暖蒸汽驱动，通过直接换热、高背压或热泵等方式，梯级吸收乏汽余热用于城市供热，系统对比见表3-1。

表3-1 热电联产余热利用的集中供热系统比较

我国北方城镇供热主要依赖于洁净煤高效利用。2014年，国家发改委、环保部等部委出台相关政策支持采用燃煤“超低排放”技术应用，排放标准如表3-2所示。

表3-2污染物排放标准

洁净煤利用可以有效降低燃煤污染排放，如果供热距离较近，主要采用以下几种方式：

一是对现有燃煤锅炉和热电厂加以改造，降低烟气污染物排放强度，达到相应标准；

二是在城市一定距离内利用已有大型燃煤电厂余热为城市供热，替代城区范围内小型燃煤热源；若在城镇内新建电厂可以增加地方税收和就业，但有一定量的污染物排放，包括废渣废水、运输过程其他排放，且燃煤和碳排放总量无法减少，有可能加剧我国尤其是北方采暖地区的电力过剩和“弃风弃光”局面；

三是燃煤热电联产机组与大型燃煤锅炉协调联网运行，按照《热电联产管理办法》及规范对热化系数60%～70%的要求，调峰锅炉供热能力可按供热区最大热负荷的25%～40%考虑，使初投资大、能效高、运行成本低的热电联产机组承担基本热负荷，而初投资小、能效低、运行成本较高的调峰锅炉承担尖峰热负荷。