热电联产

热电联产，是指在同一电厂中将供热和发电联合在一起，简称CHP。热电联产将普通电厂本来废弃的热量加以利用，为工业和家庭提供廉价的取暖用热，这样可大大提高热效率。通常的火力发电，其效率约为30～35％。这意味着每产出1兆焦的电能，就有2兆焦的热量白白浪费掉。将这部分热量重新用来加热水，完全可以满足工厂附近区域的工厂和住宅区的取暖需要。热电联产通常采用蒸气轮机驱动发电机发电，而将废气用来对现有锅炉装置补充加热，其总效率可达80%。一般的火力发电厂燃烧煤炭后，只产生一种产品，就是电。在发电过程中，大量的热能被循环水带走，白白地排放到大气中。火电厂的能源利用率仅为35%左右。而热电厂则是在发电过程中将一部分热能通过热力管道输送到千家万户，因而同样燃烧同样数量、同样品质的煤炭，热电厂不仅可以提供电能，还能提供工业生产用的蒸汽和住宅暖气用的热水。热电厂的热效率一般都在45%以上。另外热电厂由于锅炉容量大、除尘效果好、烟囱高、还可实现炉内脱硫除硝，相比于小锅炉、火电厂，其环境效益和社会效益非常巨大。初步估计，我国目前的热电联产每年可节约能源3000万吨以上标准煤，减少二氧化碳排放6500多万吨，减少二氧化硫排放60万吨，减少灰渣排放1300万吨。热电联产是既产电又产热的先进能源利用形式，与热电分产相比具有很多优点：一是降低能源消耗，二是提高空气质量，三是补充电源，四是节约城市用地，五是提高供热质量，六是便于综合利用，七是改善城市形象，八是减少安全事故。热电联产由于具有许多优点，所以世界各国都在大力发展。世界热电联产发展呈现许多趋势，把握这些趋势对谋划各个城市热电联产发展很有益处。热电联产技术简要电厂锅炉产生的蒸汽驱动汽轮发电机组发电以后，排出的蒸汽仍含有大部分热量被冷却水带走，因而火电厂的热效率只有30－40％。如果蒸汽驱动汽轮机的过程或之后的抽汽或排汽的热量能加以利用，可以既发电又供热。这种生产方式称为热电联产。这个过程既有电能生产又有热能生产，是一种热、电同时生产、高效的能源利用形式。其热效率可达80－90％，能源利用效率比单纯发电约提高一倍以上。它将不同品位的热能分级利用(即高品位的热能用于发电，低品位的热能用于集中供热)，提高了能源的利用效率，减少了环境污染，具有节约能源、改善环境、提高供热质量、增加电力供应等综合效益。技术特点热电联产的技术有多种，其中供热机组的类型有背压、抽汽背压、单抽汽、双抽汽、凝汽机打孔抽汽、凝汽机低真空运行循环水供热等。另外还有如热、电、冷联产，以热电厂为热源，采用溴化锂吸收式制冷技术提供冷水进行空调制冷，可以节省电制冷的空调用电量。热、电、气联产，则是以循环流化床分离出来的800－900°C热灰作为干馏炉中的热源，干馏新煤中挥发份生产煤气，正在进行的有35t/h循环流化床锅炉联产煤气的示范项目。热电联产有多种应用类型，其中包括：(1)大型热电厂(2)区域性热电厂，一个热电厂向几十户以上的企业供热。(3)企业建设的自备热电厂，为本企业或同时向周围其他企业供热。(4)多功能热电厂，即热电厂供热、供电、供煤气、供冷的同时，还利用炉渣生产建筑材料和化肥，用循环水的余热养鱼、养鳖等，进一步提高热电厂的综合经济效益，让热电厂变得更清洁。技术的利用现状和市场潜力热电联产热效率高达70％以上，而一般单机容量200MW以上的冷凝电厂的热效率仅为35－40％；200MW凝汽机组的发电煤耗为350gce/kWh，而容量相同的供热机组的发电煤耗一般均在300gce/kWh以下，供电煤耗约低60gce/kWh；热电联产由于采用了容量较大、参数较高的锅炉，因此热效率较高，锅炉热效率可达85－90％(一般工业小锅炉热效率只有50－60％)，供热煤耗低13－22kgce/106kJ。由于热电联产选用容量较大的锅炉，锅炉热效率可达到85％以上。据环保部门测算，节约一吨标准煤可减少排放CO2440kg、SO220kg、烟尘15kg、灰渣260kg。同样的发电量，热电厂CO2排放量只有常规电厂的50％。热电联产可节省大量燃料，除尘效果好，能高空排放，有效地改善了环境质量。目前，中国热电装机总容量为2494万千瓦，仅占火电装机总容量的12.24%。而欧洲特别是部分北欧国家的热电装机超过了总装机容量的30~40%。与之相比中国的热电联产还有较大的发展空间。集中供热取代分散的低效锅炉，具有良好的节能和环保效果。但是，目前中国集中供热面积仅为9.68亿平方米(其中热电联产供热面积为5.9亿平方米)，热化率仅为12.24%。特别是采暖期3000～4000小时的北方城市还有近16亿平方米的供热面积仍依靠小锅炉。因此，在三北地区中等以上工业城市需要建设100～200兆瓦规模的抽汽发电机组的热电厂供应800万平米以上的大热网；而大量中小城市需要建设中小型热电厂供应100～200万平米的热网。若以三北地区热化率从目前的29.8%提高到50%来计算，将有10亿M2的供热市场，若选择热电厂供热，热电装机可达22000MW。三北地区现每年新增住宅面积约2亿M2，若60%采用热电联产供热，每年新增热电机组容量2600MW。中国长江流域及以南地区工业开发区的热电联产市场每年约500～1000MW以上。世界热电联产发展趋势世界热电联产发展呈现许多趋势，把握这些趋势对谋划各个城市热电联产发展很有益处。世界热电联产发展趋势主要是：1、推广范围普遍化在经历了70年代的石油危机后，热电联产受到了西方国家的重视。美国热电联产装机容量在1980～1995年的15年间增加了2倍，2000年已占总装机容量的7％，计划2010年占总装机容量的14%，2020年占总装机容量的29%。欧共体在90年代支持了45项热电联产工程，2000年热电联产发电量已占总发电量的9％，计划2010年达到18％。1992年，丹麦热电联产供热已占区域供热的60%；热电装机容量占总装机容量的56%，计划2005年提高到66%以上。我国政府越来越重视发展热电联产。1997年制定的《中国21世纪议程》和《中华人民共和国节约能源法》，2000年制定的《中华人民共和国大气污染防治法》等法规，都明确鼓励发展热电联产。2000年国家计委、经贸委、建设部、环保总局联合下发的《关于发展热电联产的规定》（计基础[2000]1268号），是指导我国热电联产发展的纲领性文件，在促进我国热电联产发展中已经发挥并将长期发挥重要指导作用。2001年，全国单机6000千瓦及以上供热机组装机容量已达3184万千瓦，占同容量火电机组的13.2%。展望未来，随着集中供热需求的不断扩大和环保压力的不断增加，我国许多城市电热联产将有更大发展。2、机组容量大型化例如，加拿大的一座44万千瓦热电联产机组已经投入运营，台湾已有2台60万千瓦供热机组在运行。热电联产机组之所以呈现出大型化趋势，是因为大容量热电联产机组更节省能源，更容易应用先进的环保技术。我国原来的热电联产机组容量普遍偏小。例如，1997年我国1229台热电机组中，单机容量在10万千瓦以上的不足30台。为适应机组容量大型化趋势，国家科技部在1999年制定的《当前优先发展的高新技术产业化重点领域指南》中提出：“近期产业化的重点是形成30万千瓦热电联产机组成套设备的制造能力，进而逐步形成60万千瓦大型热电联产机组成套设备的供应能力。”随着工业用汽、集中供热规模的不断扩大和环保压力的不断增加，各地对大容量热电联产机组的需求越来越多。目前北京、沈阳、吉林、长春、郑州、秦皇岛和太原等中心城市已有20万、30万千瓦大型抽汽冷凝两用机组在运行，在城市集中供热方面发挥主力军的作用。江苏新海发电公司的1×30万千瓦热电联产技术改造工程，被国家经贸委列入第三批重点技术改造“双高一优”导向计划，将于2005年竣工。青岛发电厂计划扩建2×30万千瓦大型热电联产项目。3、洁净煤技术高新化目前，全球发电使用的燃料还是以煤炭为主，而煤炭燃烧对大气的污染很重。随着人们可持续发展意识的不断增加和环保立法的不断加强，电力工业越来越重视循环经济，不断开发应用高新技术，使煤炭清洁燃烧。1986年3月，美国率先推出“洁净煤技术示范计划”，对世界各国洁净煤技术发展起到了重要推动作用。在洁净煤技术系列中，与热电联产紧密相关的是脱硫、脱尘、脱氮技术。循环流化床锅炉煤种适应性广、燃烧效率高、脱硫率可达到98％，NOX、CO也能低排放，是重要的洁净燃烧技术。60年代中期，第一台小型循环流化床锅炉在美国投入运行，而后发展很快。目前芬兰已有29、5万千瓦的循环流化床锅炉，日本已有35万千瓦的循环流化床锅炉。欧洲、美国、日本电站锅炉均配有静电除尘器和布袋除尘器，除尘效率在99.9％以上。我国在推动洁净煤技术进步方面也做了大量工作。1995年国务院成立了“国家洁净煤技术推广规划领导小组”，而后又组织制定了《中国洁净煤技术“九五”计划和2010年发展纲要》。中日合作电子束烟气脱硫示范工程”，已累计运行2400小时，1998年5月28日通过国家竣工验收。该示范工程处理成都电厂20万千瓦机组锅炉的30万m3/h烟气，是目前世界上已投入运行的处理烟气量最大的电子束脱硫装置。北京第一热电厂在2000年投入使用的烟气脱硫系统采用的是先进的干除灰系统、双室四电场静电除尘器和低氮燃烧器，烟尘、氮氧化物排放浓度和锅炉烟气黑度都低于国家标准。我国很重视循环流化床燃烧技术。在《“十五”国家重大技术装备工作重点》明确提出要加强对30万千瓦循环硫化床锅炉的研制。山东东方锅炉股份有限公司是实现循环流化床锅炉国产化的先进单位，国产第一台12、5万千瓦循环流化床锅炉2001年已在河北保定电厂投入使用。国家电力公司正在四川省内江市引进、建设一座30万千瓦循环流化床锅炉示范电站，示范成功将在全国大力推广。国外公司阿尔斯通不仅将为四川省内江市白马循环流化床示范电站提供一台30万千瓦循环流化床锅炉，而且还将其全球领先的循环流化床技术转让给中国最主要的三家锅炉制造商，即东方锅炉(集团)股份有限公司、哈尔滨锅炉厂有限责任公司和上海锅炉厂有限责任公司以及中国主要的设计院，转让期为15年。4、节能技术系统化在热电联产中，世界发达国家越来越重视系统节能技术的开发应用，既不但围绕供热机组开发应用节能技术，而且也围绕供热管网、采暖系统和住宅采暖开发应用节能技术。为了使供热管网节能，他们很重视管网敷设和隔热保温技术。在采暖系统方面，这些国家给住宅供热一般都是双管系统，设有多种动态变流量自动调节控制设备及热量计量仪表，用户可按需要设定室温。他们也很重视建筑节能标准，近20年来，每修订一次标准，都将节能要求提高一大步。例如：法国现行标准已是第三个节能25％的标准；英国标准在能源危机前外墙传热系数为1．6W／m2℃，经过三次修订标准后，现已降至0．45W／m2℃；丹麦经过4次修订标准后，现已降0．30和0．20W／m2℃。为实现采暖节能，他们已经形成了保温隔热材料、保温门窗、密封材料、面层抹灰及加强材料、采暖系统调控元器件、管道及其配件等多种多样的高新技术产业部门。我国对供热管网工程节能也越来越重视。“十五”期间，国家组织供热管网科技攻关的项目有多热源供热系统联网技术、直埋管道敷设技术、不锈钢波纹管补偿器和板式换热器应力腐蚀破裂防治技术、新型环保保温材料、相变型热功能流体技术、热计量表开发、热分配表开发、储热技术、热水系统夏季供冷技术、计算机信息应用技术等。我国企业在热力表和散热片技术开发方面迈出了坚实步伐，某些产品已达到国际先进水平。天津企业在热力表、散热片技术开发应用方面在全国保持了领先水平。如赛恩公司的热计量表被列入国家建设部、科技部“小康住宅”推广项目。“泰来牌”空调式对流散热器主要经济技术指标已在国际领先，获十五项国家专利和“国家小康住宅建设推荐产品”、“建设部科技成果重点推广项目”等证书，并被列入国家级“火炬计划”。根据依据《中华人民共和国能源法》和《中华人民共和国建筑法》，建设部于1999年制定了《民用建筑节能管理规定》，2002年制定了《建筑节能试点示范工程（小区）管理办法(试行）》，