构建未来低碳供热系统的末端关键技术
方豪内蒙古自治区供热工程技术研究中心内蒙古富龙供热工程技术有限公司2025年5月 1.供热系统变革历程目3.未端关键减碳技术4.案例介绍热电与新能汤 1.供热系统变革历程 目3.未端关键减碳技术4.案例介绍热电与新能 1.供热系统变革历程目3.未端关键减碳技术4.案例介绍热电与新能汤 集中供热or分散供热 ·为什么要集中供热，而不是分散供热？ ·集中供热方式的最大弊端一管网热损失 一热源效率高（热电联产、工业余热等），可以把城市周边高效热源纳入到统一的热网中进行集中调度一多热源更保障供热安全 ：对于容量与效率无直接关系的热源（天然气锅炉、电直热），应该分散来用，充分利用调节便利的特点，减少热耗。而不应集中，造成不必要的损失和过量供热 特点北欧的第四代供热系统(4GDH) 适合我国的第四代集中供热系统(4GDH) 我国低碳供热系统重点课题 充分利用清洁热源，替代燃煤锅炉等低效高污热源 热电联产为主，充分利用烟气和之汽余热，热电协同挖掘城镇周边的低品位余热，例如工业余热生活污水余热等上述余热作为基础负荷，天然气锅炉用于供热调峰 热电跨区域热网互联互通，多能互补楼宇式热力站，优化调节，减少过量热损失未端降低回水温度，大温差供热，低温回水有利于余热利用 4.案例介绍热电与新能液 降低热网回水温度的意义 降低热网回水温度对供热系统效率的提高有着重要的作用 降低一次网回水温度的技术和方法 技术1：7常规供热系统降低回水温度 加大室内未端换热能力并精细化调节串级供热系统设计通断调节控制方法实现回水温度降低 热网现状供热参数 采暖系统设计规范仍延续50年前的设计参数，供水95℃，回水70℃，但实际运行中几乎没有任何采暖系统真正运行于这一参数； 越是北方寒冷地区，二次侧的供回水温度越低 通过改善室内散热器系统，改善运行管理，并加强建筑保温，无论什么地区的建筑，其二次网回水温度都有可能维持在40℃以下 延吉市案例 延吉市案例 延吉市供热面积是3066万平方米左右，其中，集中供热的普及率达到了94% 当地人都喜欢席地而坐，因此，大约80%以上的集中供热系统的末端供热形式采用的是地板辐射采暖 辐射地板系统案例 延吉市集中供热系统中80%用户使用地板辐射采暖。在最冷天-18.8℃下，平均的用户侧回水温度仅为33.3℃ 辐射地板系统案例 在初末寒期，由于室内热负荷需求降低，回水温度还将进一步降低 绝大多数热力站在初未寒的回水温度能降到25℃左右 如果采用直供系统，25℃C的回水能够大大提高低品位能源利用的可行性和回收效率 技术2：末端电热泵 梯级供热技术难以实现很低的回水温度： 最低温度比二次网回水温度高，如果地板辐射末端回水温度35℃，则梯级供热系统的回水温度肯定高于35℃。 吸收式热泵技术难以在一次网供水温度不高时实现低温回水。一般一次网供水70℃C以上，可以实现 》电热泵 未端电热泵降低回水温度 严寒期制热COP可达10 COP：严寒期每供1kWh热，耗电量仅为0.1kWh。（供1GJ热耗电28kWh）初未寒期COP更高，全采暖期平均不到0.1kWh电/1kWh热 对于1个10万平米的热力站，极寒期单位平米热负荷45W/m2，则热力站总负荷4500kW，其中板换供热3000kW电热泵供热1500kW.仅需要配电功率不到200kW 多台热泵分级取热 相比于单级热泵，多级热泵串联可以提高机组的平均蒸发温度，从而使机组的综合COP得到提高运行费用更低且配电需求更低 部分负荷工况 在部分负荷下，考虑热网质调节方式，一次网二次网供水温度均降低，电热泵的蒸发温度、冷凝温度也相应降低。 在部分负荷下，随着负荷率降低，由于冷凝温度与蒸发温度间的温差减小，而通过压缩机变频等技术可以保证热泵处在高效工作区，从而热泵的COP显著升高。 整个供暖季内，两级热泵系统的IPLV（综合部分负荷性能系数）可达12以上（即每供应1GJ热量，热泵机组需要用电约23kWh），运行经济性较好。 技术3：吸收式换热未端 ，类似电力的变压器，实现热量的温度变换，解决不匹配换热问题 第一类吸收式换热器 可以实现两侧流量极不匹配的流体间的换热过程被降温流体的出口温度低于冷源流体的进口温度被加热流体的出口温度高于热源的进口温度 第一类吸收式换热器 未端热力站，安装降温型第一类吸收式换热器：实现一次网回水温度比二次网进水温度低10~15K； 吸收式换热器性能评价方法 采用换热器效能作为吸收式换热器性能评价指标 立式吸收式换热器的研发与工程应用 研发出世界上首台立式吸收式换热器，2013年底至今在赤峰应用于实际工程，实现了非常好的运行效果比用常规卧式机组性能提高了30%以上，一由于采用全自流方式，实现了极好的稳定性 楼宇式立式多段吸收式换热器 ·流程结构特点： 各器分段设计，减小传热耗散，提高机组性能立式结构，压力上高下低，1便于实现工质自上而下在多腔体之间的自然流动U形管隔压，提高隔压装置自适应性，形成稳定的“上高下低”的压力梯度孔板布液，实现均匀的降膜传热传质过程 ·机组性能 ·传热耗散减小，一次回水温度更低机组容量减小、占地减少，可实现楼宇式吸收式供热 楼宇式吸收式换热器研发 ·从2013年起，研发了不同结构的机组，对细致流动结构到整机进行针对性优化，使机组性能更优稳定性更高、使用寿命更长、更易维护更加紧凑。 楼宇式吸收式换热的优点 取消常规小区规模的集中热力站，而改为分散的楼宇式吸收式换热，为每栋楼安装吸收式换热器独立为每栋楼供热： 取消了庭院管网，一次网直接铺设至楼前，单栋楼二次网水温与流量均可独立调节，实现单栋可调单栋计量：二次泵耗大幅度降低： 吸收式换热器用立式结构单台出力为160~600kW，占地面积1.5~3m2，可放置于室外：灵活应用、扩展了应用空间。 楼宇式吸收式换热站 机组内部设置二次网循环泵、一次网向二次网补水装置等，实现常规热力站的全部功能 楼宇式吸收式换热站 吸收式换热器可将一级网回水温度降低至30℃以下，实现比二级网回水温度更低且驱动力是一级网供水，不需要额外提供任何动力； 楼宇式吸收式换热器，取消庭院管网，减小二次泵耗，实现单栋可调单栋计量； 小型化，占地面积1~3m?，实现了非常好的换热性能与稳定性； 在赤峰迁西完成了多个楼宇式吸收式换热的工程应用成功用于高层建筑、办公楼、车站等多类型建筑，成功示范机组置于室外、室内多种模式。 与常规换热器相比，楼宇式立式吸收式换热器变工况调节性能更优，可在各种变工况下稳定运行，做到无人值守。 楼宇式吸收式换热站Vs常规换热站 楼宇式吸收式换热站运行情况 赤峰中心城区集中换热站二次网平均电耗为0.65kWh/（m*a）楼宇式吸收式换热站二次网平均电耗0.55kWh/（m*a）相较于集中站电耗降低15.4% 楼宇式吸收式换热站运行情况 楼宇式吸收式换热站运行情况 67座楼宇式吸收式热力站平均换热效能1.267座常规板式换热站平均换热效能0.9 1.供热系统变革历程目3.未端关键减碳技术4.案例介绍热电与新能液 网现状赤峰市供热系统源 2023-2024年度采暖季赤峰市中心城区供热面积6458万平米，热源供热功率2191MW 热源发展趋势 保留热电联产供热量减少发电小时数降低至2000h，供热能力下降 供热缺口预测 供热功率需求2960MW，热量需求3282万GJ 热源最大供热能力为1501MW，供热量2131万GJ供热功率缺口为1459MW，供热量缺口1151万G 远期解决方案 具体措施 改造规模 低碳供热系统运行模式 工业余热为零碳能源，且综合成本低作为基础负荷运行 电厂承担调峰负荷 跨季节储热设施由于投资大，地理位置限制承担尖峰负荷 全年工业余热回收利用1189万GJ（466+685+38）占比36%。 经济性估算 工业余热+跨季节储热模式具有良好的经济性 工程总投资53亿元 ·工业余热回收投资4亿元，包括长输管线DN1400输配改造投资1.3亿，取热侧2.7亿·吸收式改造投资20亿元，改造规模5800万平米，35元/平米·跨季节储热设施29亿元，储热水体规模2450万立方米，单位建设成本120元/立方米，储热温差65K，储热效率70%， 近期实施方案 近期城区热源充足 ·可替代富龙背压机、松山背压机、通达锅炉房共470MW·回收两家铜厂工业余热300MW，建设跨季节储热设施170MW 回收赤峰云铜、金通铜业工业余热300MW，通过长输管线DN1400输送进城区供热。 近期跨季节储热设施 减碳效果估算 近期：全年回收利用工业余热552万GJ（工业余热512万GJ，跨季节储热40万GJ），相较于燃煤锅炉节约燃煤22.1万吨/年，减少二氧化碳排放61.9万吨，减少颗粒物排放39.8吨/年，二氧化硫排放139.6吨/年，氮氧化物（以NO2计）排放199.4吨/年。 远期：全年回收利用工业余热1189万GJ（工业余热723万GJ，跨季节储热466万GJ），相较于燃煤锅炉节约燃煤51.2万吨/年，减少二氧化碳排放143.1万吨，减少颗粒物排放92.2吨/年，二氧化硫排放323吨/年氮氧化物（以NO2计）排放461.3吨/年。 炭排放强度为现状的1/10（17万吨/8000万平方米）/（146万吨/6458万平米）~1/10 总结 低回水温度未端可以提高输配效率，适应长距离输热特别适用于工业余热热源 未端降低回水温度的技术途径包括：优化调节采用地板辐射末端和串级供热、电热泵未端和吸收式未端 楼宇吸收式未端兼具楼宇未端灵活调节和吸收式未端降低回水温度的优点电 赤峰市中心城区案例推行楼宇吸收式未端+工业余热利用可实现集中供热系统碳排放的大幅度降低