我国热电联产发展与存在问题热电厂为什么要技术改造王振铭.docx
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我国热电联产发展与存在问题热电厂为什么要技术改造王振铭
我国热电联产的发展与存在问题
—热电厂为什么要技术改造
中国电机工程学会热电专业委员会王振铭
[内容摘要]经过几十年的发展,我国热电联产己具有相当规模,为适应电力工业发展,热电联产应不断进行技术改造,保持节约能源的优势,提出增强经济效益措施和向科技、管理、环保要效益,走可持续发展的健康之路。
[关键词]热电联产、节能
《中华人民共和国节约能源法》第39条明确提示:
国家鼓励发展下列通用技术:
推广热电联产,集中供热,提高热电机组的利用率,发展热电梯级利用技术,热电、冷和热、电、煤气三联供技术,提高热能综合利用率。
为贯彻“节约能源法”国家领导部门委托中国电机工程学会热电专委会组织编制发展热电联产的新文件,于2000年8月原国家计委,原国家经贸委、建设部、国家环保总局联合以急计基础[2000]1268号:
《关于发展热电联产的规定》批准执行。
其后我国热联产的发展走上了快车道。
一、我国热电联产的现状
到2002年底为止,我国热电联产的情况:
年供热量139150万吉焦,增加8.08%。
6000千瓦及以上供热机组共1937台总容量达3743.67万千瓦,占同容量火电装机容量的14.58%。
在运行的热电厂中,规模最大的为太原第一热电厂,装机容量138.6万千瓦,在北京、沈阳、吉林、长春郑州、天津、邯郸、衡水、秦皇岛和太原这些特大城市己有一批20万千瓦、30万千瓦大型抽汽冷凝两用机组在运行,星罗棋布的热电厂不仅在中国的大江南北,长城内外迅速发展,就连黑河,海拉尔、石河子和海南岛这些边疆城市也开花结果,区域热电厂也从城市的工业区,蔓延到了乡镇工业开发区,苏州地区一些村镇办热电厂也在发挥着重要作用。
最近几年由于市场经济的发展,一些大中城市工业也开始安装大型供热机组。
有些私营企业家也看好热电联产,投资建设热电厂。
在负责城市集中供热的热力公司中,规模最大的为北京市热力公司,现己有供热管网514公里。
(其中蒸汽网38公里)。
供热面积7800万平米。
供应蒸汽105个工业用户897t/h,大小热力站共1317个。
己建成的热力管网:
蒸汽管直径DN1000,热水管直径DN1400。
到2001年底,全国共有662个设市城市,其中己有286个城市建集中供热设施,占42.18%,2002年底中国集中供热的供热能力:
蒸汽83346吨/时,热水148579兆瓦/时。
供热量:
蒸汽57438万GJ/年。
热水122728万GJ/年。
2002年底全国供热面积为155567万平米。
比上年增长6.31%。
热力管道总长度己达蒸汽10139公里,热水48601公里,东北、华北、西北地区,集中供热面积约占全国集中供热面积的80%,热化率30%,全国集中供热从业人员共24万人。
在总供热量中,热电联产的蒸汽占65.89%,热水占32.66%.城市民用建筑集中供热面积增长较快,并向过渡区发展.全国集中供热面积中,公共建筑占33.12%,民用建筑占用59.76%,其它占据7.11%,民用建筑集中供热有如下特点
:
(1)三北地区集中供热以民用建筑为主,如北京市民用建筑为72.66%,河北为66.54%辽宁为67.5%山东为了51.97%。
(2)城市集中供热逐步向过渡区发展,如上海、江苏、浙江、安徽等省市均己有集中供热,但以公共建筑和工厂为主,如上海为61.72%.江苏为53.35%,安徽为39.55%城市供热管网的建设也有很大发展。
按建设部规定,我国城市按非农业人口规模分组:
超特大城市:
200万人口以上
特大城市:
100至200人口
大城市:
50至100万人口
小城市:
20万人口以下
不同规模城市的集中供热
超大城市
特大城市
大城市
中等城市
小城市
供热面积(万m2)
42085.52
32436.29
24050.17
22911.18
24845.75
比例(%)
28.76
22.17
16.44
15.66
16.97
城镇集中供热发展状况
1991
1992
1993
1994
1995
1996
供热面积
(万m2)
27651
32832
44164
50992
64645
73433
1997
1998
1999
2000
2001
2002
供热面积
(万m2)
80755
86540
96000
110766
146328
155567
从以上表可看出:
我国城镇集中供热2000年至2002年,平均每年2.2亿平米。
我国地域广阔,不同地区的城市热化率也出入较大。
下表表示不同地区城市的热化率。
从下表可知,纬度超高的严寒地区,热化率越高,纬度越低的地区热化率普遍较低。
即东北地区的热化率一般为60~90%,黄河流域一带的河南、山东地区城市的热化率一般约为25~30%。
均达到了2000年建设部城镇集中供热发展规划的要求。
不同地区城市的热化率
城市建筑面积
(万m2)
城市集中供热面积
(万m2)
热化率
(%)
热电联产/比例
(万m2)(%)
锅炉供热/比例
(万m2)(%)
吉林市
3572
3014
84.4
1422/47.2
1509/50
绥芬河
180
92
51.1
-
92/100
延吉市
77.9
61.4
78.8
-
47.9/78.0
北安市
340.09
225
66.6
175/77.7
50/22.3
通辽市
750
600
80
220/36.6
330/55
黑河市
396
258.6
65.3
200/77.4
58.4/22.6
兰州市
5547
4171.9
75.2
791/18.9
2280/54.6
大连市
5714
5033
88
1636/28.6
3397/67.5
烟台市
2000
1800
90
610/33
280/15.5
邯郸市
2452
618
25.2
350/56.6
268/43.4
濮阳市
288
266
92.3
266/100
注:
有些城市将分散小锅炉也统计在集中供热之内。
从统计数字可看出:
热电联产是蒸汽集中供热的主力军,锅炉房供热承担了城镇热水集中供热的重担。
无论从供热能力上看,还是从供热总量上看,热电联产均占全国蒸汽总供热能力和总供热量的60~70%。
如2002年,全国总供热能力为83346t/h,热电联产为59946t/h,占72%。
全国供热总量为57438万GJ,热电联产为37847万GJ,占66%。
所以,目前我国政府有关部委的文件中,均明确提出:
积极发展热电联产集中供热。
二、我国热电联产发展的几个趋势
1、大容量供热机组增多
近两年我国热电联产建设中,开始注重建设规模,对城市集中供热国家也积极提倡搞大型两用供热机组。
以前单机20万、30万千瓦的大型供热机组仅在特大城市建设,近两年在20万以上人口的大、中城市也开始建设。
据“热电建设动态”报导,仅2003年国家批准立项和开工建设的5万千瓦及以上的热电工程就有以下若干工程。
2003年国家批准立项和开工的热电工程
顺序
热电工程名称
装机容量
顺序
热电工程名称
装机容量
1
江苏太仓港
2×300MW
10
天津陈塘庄
1×135MW
2
河北邢台(兴泰电厂)
2×300MW
11
河南新乡
2×300MW
3
河南焦作
2×135MW
12
内蒙乌兰浩特
2×50MW
4
黑龙江齐齐哈尔
2×50MW
13
大连泰山热电
2×135MW
5
河南平东
2×200MW
14
山东茌平热电
2×135MW
6
乌海
2×150MW
15
天津东北部
2×300MW
7
太原二热
2×300MW
16
天津杨柳青扩建
2×300MW
8
包头东华
2×300MW
17
山西临汾
2×135MW
9
江苏新海
2×300MW
18
合计
7650MW
上表仅为不完全统计,且为单机5万千瓦及以上的机组。
例如江苏省以前多为单机1.2万千瓦有以下的小型供热机组,目前太仓2×135MW供热机组己投产,2×300MW供热机组近期也先后投产。
江苏新海2×300MW大型供热2003年8月通过可研报告审查也将于2005年4月投产运行。
2、燃气—蒸汽联合循环热电厂开始建设
由于陕甘宁天然气进京和西气东输工程的建设,己使十余个省市燃料结构调整成为现实,一些地区将开始建设燃气—蒸汽联合循环热电厂,见于报导的燃机热电厂有以下工程。
计划建设的燃气—蒸汽联合循环热电厂
序号
项目名称
总容量(MW)
序号
项目名称
总容量(mw)
1、
武昌热电厂扩建
2×70
6
北京上地热电厂
100
2
华能北京热电厂二期
采暖1062非采暖期1106
7
清华大学热电厂(未批)
100
3
北京太阳宫热电厂
786
8
高井电厂燃机改造
600
4
北京亦庄开发区热电厂
150
9
北京草桥热电厂
600
5
北京电子城热电厂
100
10
兰州燃气热电厂
400
合计
4038
上表仅为不完全统计。
3、国产首台低热值燃气—蒸汽联合循环热电机组投运
由南京汽轮电机(集团)公司生产的首台66MW低热值气体燃料联合循环热电机组于2003年10月18日在吉林通化钢铁厂通过72小时试运后,正式投入运行。
2004年7月15日中国机械工业联合会在南京主持召开了“PG6561B-L”型高炉煤气燃气轮机发电机组新产品鉴定,可以批量生产。
我国冶炼企业生产中的伴生高炉煤气,因热值低无法利用而放空、既无经济效益,又污染环境。
该工程的投产拓展出国产燃气轮机的使用领域、为我国冶金行业有效实现能源的综合利用减少环境污染,提高济效益,提供了有效途径。
以本工程为例,按每年运行7500小时计,年发电量可达3.8亿千瓦时,创造的年经济效益达一亿五千万元以上,在大量减少有害气体排放的同时,大大提高了经济效益。
4、各城市重视环保,调整燃料结构拔小烟囱,发展集中供热
据国家环保总局报导:
2002年我国城市空气质量恶化的趋势得到遏制,但污染程度仍很严重。
在全国471个城市中,在209个城市的空气质量达到国家二级标准,占统计城市的44.4%.空气中SO2平均和总悬浮颗料物与2001年相比均有所不降.其中北京、天津、石家庄、兰州、乌鲁木齐、太原、西宁等城市空气质量明显改善。
北京空气质量五年提升了28.2个百分点,2003年力争市区空气质量二级和好于二级的天数达到60%。
己实现。
到2002年底,北京市己有4.4万台燃煤茶炉大灶,一万台燃煤锅炉改用清洁能源,对尚未改造的燃煤锅炉,北京市2002年共推广使用低硫优质煤800万吨。
《太原市清洁能源规划》通过国家科技部、环保总局的专家评审“规划”要求不生产高硫分,高灰分煤,禁止原煤直接进入用户。
拆小锅炉,发展集中供热。
太原市人民政府下发了《2003年拆除和整治燃煤锅炉的通告》,规定在7月31日前完成160台燃煤锅炉的拆除和整治任务,并实行日报制度,对逾期未完成自拆和整治任务的单位,要在媒体上曝光,逾期不拆的锅炉全部予以强行拆除,并没收拆除之设备。
上海市卢湾区在1999年建成“基本无燃煤区”的基础上,经过两年努力,2002年完成区内4t/h以下燃煤锅炉清洁能源替代工程,使全区清洁能源的比例达96.8%,成为上海首个“无燃煤区”,区域内民用燃气普及率为了100%,大气环境质量保持在二级以上。
乌鲁木齐大力实施“兰天工程”,拆小锅炉,发展热电联产集中供热,综合治理大气污染,使该市环境质量有很大提高。
2002年前10个月达到三级和好于三级的天数达89.22%,达到二级和好于二级的天数达63.5%,多年未见的大气质量一级天数也达13天。
沈阳为控制燃煤污染,实施工队了拆除千根烟囱工程,新增集中供热600万平米。
2002年沈阳市环境空气质量达到优良的天数,从上年的73天,增加到170天,占全年总天数的47%,创30年来最好水平。
成都市不断加大清洁能源推广和监督执法力度有效控制污染,到2003年6月全市己累计改造,取缔燃煤锅炉,茶炉441台,燃煤生活灶13467口,每年减少燃煤35万吨,烟尘排放1.76万吨,SO2排放0.562万吨。
5、式能源建设己进入工程开发阶段
最近几年我国天然气的生产和消费基金均呈快速增长态势,但到2002年天然气的生产量也只占全国能源生产量的3.2%,而消费量也仅占全国能源消费量的2.7%。
而我国天然气的储量仅占世界储量的1.2%,人口则占世界总人口的20%,人均天然气仅为世界平均值的13.2%。
最近报纸和电视上宣传“西气东输”工程,天然气进京第二条管线的建设和天然气勘探开发的新消息增多,可能有人认为我们的天然气多的很,其实和需要量相比还差的远。
我们西气东输工程的年输送能力为120亿立方米。
莫斯科一个城市一年用天然气360亿立米,平均一天1亿立米,等于我们全国商品气的120%。
因而我们要保持冷静的头脑,把有限的资源加以有效合理的利用,绝不能一听天然气比煤清洁,天然气多了,到处上天然报导项目。
西气东输工程也是沿线的十个省市区可以利用。
就是十个省、市区也要有重点有计划的合理利用,每个城市能分到多少气量?
主要用在哪方面?
要通盘考虑,再不能头脑发热。
由小型燃气轮机(内燃机)、余热锅炉、吸收式溴化锂制冷机组成的小型全能量系统(也称第二代能源系统或式电源)可以统一解决电、热、冷、供应,在国外得到迅速发展。
由于小型燃机或内燃机供电效率为24~35%,联合循环供电效率可达到一个新的水平45~50%,远高于常规火力发展,否定了人们头脑中固有的“机组小就不经济”燃煤时代的传统观念。
在燃煤的时代,火力发电厂确是机组越大经济效益越好,机组越小就不经济。
但在燃料结构改变的今天情况不同,人们的思维方式也要改变。
燃油燃天然气轮机、内燃机由于大机组与小机组的效率差别不大,而且小机组又有占地小,机动灵活的特点,可有效应对突发事件,因而在发达国家大量采用,不但1000-10000kW燃机市场需求量大,连1000KW以下的小燃机,100KW以下的微型燃机也是销路看好。
燃料结构改变了,各类中小型机组,只要济效益好,有生命力,就有发展前途。
中科院工程热物理所徐建中院士在“式供电和冷热电联产的前景”一文中曾指出:
“纵观西方发达国家能源产业的发展过程,可以发现:
它经历了从式供电到集中式供电,又到式供电方式的演变”。
1999年世界科学大会,“科学与能源”专题讨论会的专家们指出,为了实现可持续发展的目标,世界各国应面向未来制定新的能源发展战略。
专家们同时指出,对传统能源利用方式进行重新审视,也应成为未来能源发展战略的重要组成部分,法国科学家拉匪德在读者讨论会上举例说,近年来一些研究表明,一种分散式的电力管理新概念可能比目前是很多国家采用的电力供应系统更有利于环保。
这种分散式模式通过建立基于小型发电站代替少数大发电站,从而尽可能缩短发电站和电力用户间的平均距离,这样可以减少能源损耗。
目前中央式供电系统的能源利用效率最高约55%,而测试表明,分散式电力供应模式效率至少可达到85%。
我国目前正处在大发展大集中的过程.大机组、大电厂、大电网是主导方向,但分布式电源的发展将做为大机组、大电网的补充,以其自身的优势,将不以人们的意志为转移,必将迅速发展。
通常100MW有以上的燃气轮机为大型燃机,20-100MW为中型、20MW以下为小型,小于100KW的为微型燃机。
小型燃机、具有高效、清洁、经济、占地少、自动化水平高,适用分散建设和可靠等优势,因而发展很快。
鉴于国际上小型全能量系统迅速发展的事实和其本身的优势,因而在原国家计委,原国家经贸委、建设部、国家环保总局下发的《关于发展热电联产的规定》急计基础(2000)1268号文中,明确提出:
……在有条件的地区应逐步推广。
中国电机工程学会热电专业委员会1999年的济南年会、2000年宁波年会、2001年的重庆年会和2002年昆明年会中均有一些学术论文积极宣传、推广小型全能量系统,实现小型热、电、冷联产。
2002年9月份热电专委会还专门在南京召开天然气在热电联产的使用专题研讨会,出版论文集并提出“关于发展分布式能源热电冷联产的建议”。
2004年6月在南京召开的“海峡两岸第三届热电联产汽电共生学术交流会论文集”中又有32篇论文入选。
2001年在北京人民大会堂召开的“绿色能源科技”高级论坛,由四位中国科学院、中国工程院的院士做学术报告,其中徐建中院士报告的题目就是“分布式能源CCHP”,倪维斗院士在“能源的发展前景”报告中也特别提出应积极鼓励和扶持燃用天然气的热、电、冷联供技术。
北京石油学会于2000年和2001年召开的“北京天然气合理利用座谈会”上均提出:
“燃气—蒸汽联合循环热、电、冷联产,实现了一次能源的合理梯级利用,提高了能源利用率:
带来了经济效益。
由于燃机具有低NOX燃烧技术,使NOX大力减少,可提高环境效益。
北京地区冬季供热,夏季大部地区需供冷,因而联合循环热、电、冷联产有广阔市场,北京应适度发展中、小型燃机热电冷联产机组。
美国9.11事件之后和北京申办奥运成功,更多的专家学者从分散电源建设,确保奥运用电安全角度出发,积极提出北京应积极发展小型全能量系统”。
中共中央政治局委员、北京市委书记刘琪同志,对北京石油学会的一项关于《北京天然气经济及发展》的建议作出批示,要求北京应开展中小型燃气轮机热电冷联产技术的使用进行研究。
上海市负责同志也曾对上海市的院士沙龙和专家建议做过重要批示。
中国能源学会、中国动力工程尝、北京动力工程分会等学术团体也均提出上述的合理建议。
英国、荷兰在北京召开热电联产学术研讨会和索拉公司、宝曼公司、瓦锡伯兰公司等也召开同类型宣传会、推广会。
他们看准中国大陆发展小型全能量系统的无限商机,积极抢占市场。
由于许多专家学者的协力宣传、推广,目前以天然气为燃料的分布式能源建设,己由学术研讨,进入工程开发,目前在北京、上海、广东、成都己有一批工程实现热、电、冷联产,以其自身优势和经济效益显示其强大生命力。
做为大电力系统的补充,将会迅猛发展。
上海市遵循周禹副市长关于在上海发展分布式能源系统要“深入调研、科学论证,总结经验,谨慎推广”的批示精神。
组织力量编制了“建筑物式供能系统的可行性研究”专题报告。
和“上海市燃气空调,分布式燃气热电联产系统发展规划”。
内容丰富,符合国情与上海的的实际我们有理由确信,上海市的能源建设将走上健康发展的快车道。
三、电力工业发展使热电联产受到压力
改革开放以来,特别是国家实行集资办电和多家办电的政策以后,电力工业发展很快。
到2002年底我国装机己达35657万千瓦装机容量和发电量均居世界第二位。
己连续15年,每年投产新机组均在1000万千瓦以上。
2003年新增装机3000万千瓦,创历史最高记录。
目前我国发电机组装机总容量己超过4亿千瓦。
进入21世纪的中国电力工业发展己步入了大电网、大机组、高参数、超高压和自动化、信息化及全国联网的新阶段。
目前我国百万千瓦以上的水、火、核电站总数己达107座,比2000年初增加27座。
现在报刊报导新批准的大电厂均为大机组。
4×30万千瓦,4×60万千瓦电厂很多,由于机组容量增大,参数提高,致使全国火电机组煤耗逐年下降,其具体情况见下表。
全国火电机组平均煤耗
年份
供电标煤耗(g/dwh)
发电标煤耗(g/dwh)
年份
供电标煤耗(g/dwh)
发电标煤耗(g/dwh)
1980
448
413
1998
404
373
1985
431
398
1999
399
370
1990
427
392
2000
392
364
1995
412
379
2001
385
357
1996
410
377
2002
383
356
1997
408
375
2003
380
从上表可看出,我国火电机组由于技术进步和拆小机组安装高参数大容量的机组,每年供电标煤耗率均下降2-7g/dwh。
我国热电机组与先进国家相比主要问题是:
1、机组容量偏小
2、参数偏低
3、自动化水平低
4、热电机组在火电机组中比重偏低
以下列出我国供热机组的情况
近六年供热机组的分类情况
全国单机6000千瓦及以上
2002年
2001年
2000年
1999年
1998年
1997年
供热机组台数
台
1937
1606
1498
1403
1313
1229
总容量
万千瓦
3743.6
3224.159
2990.609
2815.909
2493.849
2197
按压力分:
高压
台
377
319
194
291
271
256
2084
1873.711
1736.970
1662.771
1430.471
1240.76
中压
台
1560
1287
1204
1112
1042
973
万千瓦
1659.27
1350.389
1253.639
1153.13
1063.379
956
按容量分:
5千瓦及以上机组
台
223
187
172
161
140
124
万千瓦
1831.9
1583.711
1470.711
1374.511
1137.211
9375.5
2.5->5万千瓦:
高压
台
142
119
112
120
120
119
万千瓦
365.2
301.5
282.5
301.5
301.5
298.5
中压
台
77
96
88
81
70
59
万千瓦
200
247.84
227.84
210.34
182.34
148.5
1.2>2.5万千瓦:
高压
台
27
18
15
14
14
14
万千瓦
36.66
24.96
20.16
18.16
18.16
18.16
中压
台
631
538
499
455
426
387
万千瓦
798.15
671.989
618.189
564.189
525.189
474.589
1万千瓦高压
台
3
1
1
1
1
1
万千瓦
3.04
1
1
1
1
1
0.6->1.2万千瓦中压
台
828
646
610
570
541
524
万千瓦
504.77
329.56
396.61
345.61
327.85
318
从以上可看出:
1、1999年比历史最高水平1998年单机6000千瓦及以上供热机组增加90台,322.06万千瓦,平均单台3.578万千瓦。
2、高压机组1999年增加20台,232.3万千瓦,平均单台11.615万千瓦,5万千瓦及以上机组1999年增加21台,237.3万千瓦。
平均单台11.3万千瓦。
2000年增加不多。
2001年增加25台,136.8万千瓦,平均单台5.472万千瓦。
2002年增加58台,210万千瓦,平
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