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周宏春:清洁供热产业系列讨论之六:关于余热供暖问题的进一步讨论

发布者:CHIC | 日期:2020-07-08 | 来源:宏春观察 | 阅读:1517

在本人公众号上发了系列讨论之五:余热供暖不仅“变废为宝”还能减少污染的随笔之后,许多专家留言指出没有讨论或没有详细的一些问题。因此,本次的随笔是对上次讨论中没有讨论问题的补充。

一、利用余热进行供暖的意义

低温余热利用可谓一举多得:

第一、回收余热用于供热供暖,不仅可以变废为宝,增加北方地区的供暖面积,还可以减少城市的“热岛”效应;

第二、减少能源消耗、减少污染物、二氧化碳以及水蒸汽排放,换句话说,余热用于供暖,既可以节能减少提高能源效率,也可以减排,从而达到减少局部雾霾发生的概率(有专家通过仔细观察发现PM2.5升高与局部的水蒸气排放有关);

第三、回收冷凝水,节约水资源。

上面的第二条事实上包含了多方面的内容。因此,可以说余热供暖是一举多得。

二、为什么余热供暖的好事没有收到预期的效果

上次的随笔中提到,达不到《余热暖民工程实施方案》的预期目标,大概是可以肯定的。许多专家在留言中分析了原因。如张贵祥先生认为,其主要原因在于,一是双眼紧盯对机组影响大抽汽供热,没有关注对机组影响小的低温排汽供热;二是工艺流程不合理,余热没有达到对口利用;三是长输供热采用热泵转换投资大效率低是一种浪费。采用低温供热对口利用,热泵转换不仅不起作用,而且起反作用。

我个人认为,上面的原因固然重要,但还算不上制约因素。制约余热利用的重要因素是政策执行成本。政策成本,是一件事情能否做成功的成本。在成本分析中,人们经常分析那些能想到的成本,也就是大致相当于技术经济成本,这样的成本还不算是全成本。经济学中还有一种“交易成本”,包括贸易双方的谈判、协同(讨价还价)等成本,而有时部门协调的成本是非常高的。

举一个简单的例子。

有个城市,如果淘汰近郊市民使用的散煤60万吨,需要挨家挨户做工作(这是政策执行成本),这种成本不仅大且存在不确定性(如果有人家不同意,就要多花时间多花经费)。当时市政府选择关掉了热电厂,一下子减少几百万吨煤的使用量。

从研究的角度看,这一选择不可思议,但仔细一想道理就明白了:这样做的政策执行成本低(对相关领导而言投入产出比最高)。

同样,余热利用也是如此。虽然余热供暖好处多,但涉及多部门、协调难度大,分管领导也不同,需要在上一层的领导会议上协调,但对一个地区或城市而言,这只是一块“小蛋糕”,领导会觉得没有必要“兴师动众”,也会增加部门协调的难度。

经济的一次性投入大、技术的选择受到改造与否的影响,加上政策执行成本大,所有这些制约了余热供暖的发展。

三、余热供暖的技术路线图

从总体上看,发电厂余热利用,对我国而言,前景最好。

电厂余热利用,《中国清洁供热产业发展报告2019》提到了清华大学的案例(余热利用示意图)。对此,有专家认为清华大学的技术还可以升级,将对发电影响较大抽汽供热改为排热供暖,因为纯凝机组改抽汽供热能耗比锅炉供热还要高,技术要求也高。

张贵祥先生推荐的技术是:低温大温差回收利用发电余热技术,也就是通过低压缸发电后,余热大温差输送利用技术。可以避免采用热泵转换浪费,余热利用能力80%以上,节约投资90%以上;不仅适用长输供热,也适用于既有抽汽供热改排汽余热供暖机组,从而避免弃热弃电弃压力损失所造成的能源浪费,提高供热能力。

本人对技术路线没有深入研究,但评价原则是:温度对口、梯级利用。

大家可以评价。

其次是工业余热利用。能源统计数据表明,工业部门能耗排名前五名的行业为:石油、炼焦及核燃料生产,化工材料及化工产品生产,非金属矿物制品生产,黑色金属冶炼及锻压,有色金属冶炼及锻压等,占工业总能耗的2/3,其中的大半分布在北方地级城市,余热品位较高(但属低品位余热),具有较高的回收可行性。

据有关估测,钢铁、有色、化工、炼油、建材五大行业在北方冬季排放的热量足以承担北方城镇一半以上建筑供暖需求。如能用上70%,也可以每年节约供暖用能1亿吨标煤。将现在还没有得到充分利用的低品位热,用于冬季建筑采暖,不仅几大高能耗产业能源热利用效率可以提高到80%以上,还可以避免循环冷却水蒸发而获得巨大的节水效益。

工业余热用于供热,基本不增加能耗。从热量品位看,设计梯级取热流程,通过热交换及热泵等技术,按品位从低到高依次回收余热,考虑热交换过程中的损失,回收低品位工业余热的热量品位一般不超过100℃。集中供热属于高品位热源。工业烟气含尘、含酸性气体成分、体积流量大,回收余热时容易出现酸腐蚀及设备体量过大现场难以安装等问题。冷却循环水、洗涤水等工业循环水余热量大、品位低、水质差,回收余热时余热采集设备和管路可能发生磨损、堵塞或腐蚀,品位需要提升后才能用于供暖。

图2 低品位工业余热分类

低品位工业余热供暖系统主要有两类:①利用特定换热设备回收较高温度热源(如高炉冲渣水)的热量;② 利用电热泵、吸收式热泵等热功转换设备回收较低温度热源(如冷却循环水)的热量,提升温度后用于供暖。

回收不同工业类型、工艺流程、不同品位的余热,需进行方案设计和技术选择。以钢厂为例。低品位余热资源有高炉冷却循环水、高炉冲渣水等,降低热网回水温度成为系统设计的关键。通过低回水温度,梯级回水两部分热量,再利用厂内自备余热发电机组的高品位抽汽,作为驱动进一步回收循环水余热以及承担尖峰加热负荷。




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