北欧三国集中供热的热源与系统：北欧三国考察报告之一—瑞典的集中供热.doc

北欧三国集中供热的热源与系统：北欧三国考察报告之一瑞典的集中供热北欧三国集中供热的热源与系统北欧j国考察报告之一一瑞典的集中供热青岛建筑工程学院解鲁生1988年夏我们对瑞典,芬兰,丹麦:E欧三国的能源,集中供热和通风空调方面进行了考察.不少地方可以借鉴,现将其中集中供热部分,整理出三1,问题连续发表.这三个伺题是:瑞典的集中供热,集中供热采用多种热源f集中供热系统.三个问题内客街接,本文先阐述第一个阃题.由于节约能源和环境保护的要求,促使瑞典集中供热迅速地发展.1986年瑞典全国韵能源消耗45用于住宅,商业,公共服务部门,其中大部分用于住宅(包括休假别墅),而工业用能仅占35,交通运输占20%.虽然今后瑞典工业及交通运输所需能耗还会有所增长,但希望总能源消耗不上升,甚至略降.这就要求供暖及生活用热的能耗耍大幅度地降低.因而,瑞典积极地发展集中供热.瑞典现有180个以上的城市有区域集中供热,占全国供热量的25以上.接近6O%的公寓的房间与热网相连,有6%(即95000个)单独住户接八热网.预计将来集中供热的供热量将会达到全国供热量的6O.有些城市已全部实行集中供热,例如,我们参现的斯德哥尔摩西边的安晓平(EnkSping)全城2万人口,1100用户(其中单独小建筑.gO0自)全部实行集中供热.叉如.斯德哥尔摩西北的阿浦撤(Uppsala)也是全城实行集中供热.瑞典的首都斯德哥尔摩有130万人口,45%的家庭实现集中供热,估计1990年以前6可达85%,2000年9O%的建筑物实行集中热.斯德哥尔摩采用集中供热已有3O年,开始在最西部的啥赛贝(Hsselby)地区,供热范围很小.现在有五个单独的区域集中供热.现在连接在热网上的用户在3000个上,其总居住面积为2O百万平方米,占实有总面积的35%.热网的供水温度为8O一12O.c,通过保温的钢管,一根是供水管,而另一根是回水管,最大营径为l米直径.管道敷设于地面下2一3O米的隧道中.热网现在已达300公里,其中lO敷设于隧道中.斯德哥尔摩市建筑物不是完全集中,所以分设五个单拽的热网.其中凉瓦坦(vrtam)地区建筑物比较密集,而采用环状管网外,其余四个区域热网基本都是棱状管网.阿浦撒那城市市区建筑比较集中,是一个大的环状管刚,供水8512O.c,回水5570C.除城区的环状管网由集中供热靖,采用燃油,燃用固体燃料,燃用垃圾,电锅炉,热泵等多种方式供热外,在北边和南边还有两个单独的小的区域供热网.在城南2O公里处的凯利夫斯塔(Kniv-qsta)地区有一单独热网,与供热站直接连接.这个供热站原来是一座活动的可移动式动力厂,类似列车电站,1980年才建成一个以烧木屑为主的供热=Ii譬.瑞典采用可移动式动力广,这个方法很值得学习.当建设一个区域集中供热蹦时,只要热溺或区域内都分热网建成届,就可以由可移动式供热站立即供热,待将来正式供热站建成后,可移动式供热站可以拖至其他地区使用.我国有些地区新建或改建区域供热时,供热范围内的用户就不允许再新建锅炉房.但是必须整个热网干线租供热站建成后才能供热.热嗣和供热站的建立,需要一定的周期,而供热范围内已建成的单位又急于用热,而造成矛盾.新建小区,若先建成供热站和热网千戴,再修建用户建筑,则不仅造成集资困碓,而且使建成的供热站长期在低负荷下运行而不经济.若采用这种可移动式的供热站,筑可以较好地解决这种矛盾.在城北十五公里处的奈斯凯堡(Lyck-bo)地区是一些新建的建筑群,这个地区主要以太阳能为热源,也是一个单独的区域拱热.阿浦撒那全城集中供热的热量为933兆瓦,热网全长31.5公里,压力为1.7兆帕.在瑞典对于集中供热也有不同的看法和争议.归纳起来,这些争论主要有以下四点:有人认为地下埋管时阻碍交通这种反对的意见,说服力不大.因为地下理管毕竟是临时性的问题,而且不少城市粗的供热管网都先建成地下隧道,而在隧道内敷设.同l寸,随着热网敷设施工机械程度的提高,埋管时间也会缩短.有人认为集中供热不利用国防战备,万一发生战争,易遭破坏.而且一旦被破坏,则可能使整个热网停运.有人认为集中供热管网寿命是3O年,到一定时期会出现裂缝,维修将要消耗大量的资金.这一事实当然不能否认,但有人认为这是任何行业都存在的普遍问题,并不是只有热网才存在的特殊情况.任何工厂,任何企业的机器设备都有一定的寿命,到了一定的时期都要维修而投入资金还有一种意见,认为集中供热有其局限性,对建筑物密集的地区,其经济效益及社会效益都十分显着.但对单家独户散布很广很分散的居民来说,由于热网投资的增加,采用集中供热不一定经济.这种看法确有其遭理,持这种观点的人认为集中供热要达到占总供热量的40以上不现实.这种意见并不是反对或否定集中供热,而是认为应从经济效益出发,合理地制定集中供热发展规模的计划.这个发展规模只有瑞典政府,根据工程技术人员的调查研究,来进行论证.不论对集中供热有这样或那样的争议,瑞典的集中供热仍在不断发展.芬兰,丹麦和瑞典北欧三国在集中供热上有很多相似之处.由于我们参观考察时以瑞典为重点,所以,以瑞典为例阐述有关集中供热的情况,瑞典的情况也具有一定的代表性.北欧三国在地理环境,经济条件方面有共同的特点.这三国对环境保护榔十分重视,森林及绿化的覆盖率很高,河泊岛屿多,风景秀丽.集中供热对环境保护的要求也十分严格.仍以瑞典的阿浦撒城为例,该城对供热站污染的限制(按日平均值)的规定如下:粉尘;燃油1.5克/公斤油燃煤;5O毫克/标米.干烟气l3%COz燃泥煤:5O毫克/标米.干烟气1OCo燃垃圾:5O毫克/标米.干烟气1Ocoz术材燃料:500毫克/标米.干烟气lOCo2硫t燃油油中含1.O%燃煤燃料中含0.10克/兆焦燃汜煤燃料中含O.15克/兆焦No,(如No2):燃煤o.28克/燃料每兆焦7燃泥煤0.28克/燃料每兆焦.HCI:燃用垃圾209毫克/标米.干烟气1OCo2汞:燃用垃圾至少从烟气中分离出8O.北歇三国在燃用尉体燃料的锅炉中,采用流化床燃烧方式较为普遍,除了其燃料种类的适应性较好外,另一个主要原因是喷入石灰石粉可以脱硫.芬兰的伊沃(IVO)公司若姆派尔斯(TampelIs)有限公司合作提出LIFNC烟气脱硫的新技术,除了向流化床喷石灰粉外,还在尾部静电除尘之前装了一个活化反应器,向反应器内喷少量的水,使未参与反应的CaO变成了Ca(OH)2,烟气中来除净的SO2遇Ca(OH)2形成cBso一部分再氧化而鹿CaSO.反应后的飞灰灰粒完全干燥,很容易用静电除尘器或布袋除尘器除去.有救燃气蒸汽联台循环的动力厂或供热站,还采用向烟气内喷氨(NH.),然后经过促媒,使NO2变成N2及水北欧三国考察报告之二一集中供热采用多种热源我匿集中供热的热源.采用燃煤一种单一形式,无论是热水锅炉,蒸汽锅炉蒸汽采暖或用热交换器热水采暖,还是热电联产均是如此.但北欧三国一股都采用多种热源.这些能源有油,煤,天然气(丹麦生产天然气),工厂麈热,地方燃料(泥煤,术屑,秸草等)及垃圾,电锅炉,太阳能及热泵等一个供热站往往都不是单一热源,而是上述两种或两种以上热源.仍以瑞典为例,1986年瑞典集中供热的能源结构为油占5O,煤占16,电占12,术屑泥煤占l1,垃圾占7,其它为4%.斯德哥尔摩的五个区域集中供热的热源就不相同,最西部区域供热的哈赛欠(H8selby)供热站是以燃煤为主j最南部区域供热的洪格达兰(H5gdalen)供热站则以燃油及利用废热为主.中部区域供热的瓦坦Vrtan)动力站及供热站开始以燃油为主,部分电锅炉,1985年以后甩电锅炉承担的负荷量减少,而热泵提供的热量增多参阅图1.在瓦坦供热站建立了燃煤的流化床燃烧(PFBC)锅炉后,在瓦坦的一个浮功热泵8站将迁移他地,热泵承担的负荷减少,而以煤为热源所承担的负荷将日益增多.图l瓦坦地区集中供热能源结构北欧三国不仅在单独的居户中应用热燕采暖,在工业中也应用中型热泵,而且还应用大型热泵于集中供热.在瓦坦供热站来自波罗的海的海水与斯德哥尔摩西的梅拉伦湖淡水混台,因此表面的水比重轻,冬季结冰.l5术深度的海水比重大,冬季也较暖不致结冰水温约为2.G,可以整个冬季使矾.这个热泵站夏季用17.c海面水,冬季取l5米深处海水,抽暧热量衍排回海中时低子1.5.G.海水中吸水管都是大木管,以防腐蚀.Mw热图2预计1995年瓦坦供热热镥c多种热源的供热站可以调节而达飘经济运行的效果.图2所示为瓦坦供热站预计1995年年负荷曲线及供热热源的利用情况.其基本负荷主要由燃煤或其他固体燃料,流化床燃烧方式的热电联产供热.其供热负荷稳定不变,可设计或调芷热电联产始终在最优条件下运行.冬季除流化床燃烧的热电联产设备外,一部分基本负荷由燃油的热电联产设备供热,其热负荷也基本稳定.热泵在夏季可取17.C海水,热负荷全部由热泵承担,这也有利于热力设备的检修其他时间供熟不足的部分,由热泵补充.燃油的热水锅炉,仅承担很短时间的尖峰负荷,或补充其不足的热负荷.这样可以节省用油,同时也充分利甩燃油热水锅炉易启动易停运,比较灵活的特意阿浦撇那城巢中供热的热源更是多种多样孩城的集中供热热源其中有燃油或固体燃料的动力发电装置,同时利用其汽轮机冷凝器的冷却水供热l有燃油热水锅炉l有电蒸汽锅炉,有热泵;有燃用垃圾锅炉,有太阳能供热.该城市凯塔刹夫新塔(Knivsta)地区还燃用木屑的热水锅炉和电热水锅炉作为集中供热的热源值得介绍的是燃用垃城锅炉和太刚能用子集中供热.这台燃用垃圾的锅炉建立于1980年,每小时燃用32吨垃圾,全年燃用25万吨,这些垃圾来自20多个乡镇.燃烧后灰渣占23运至外地的一个综合利用工广加以利用.生产的蒸汽供集中供热热网,通过热交换器供应热水,同时供工业用汽.燃用垃圾的蒸汽锅炉其垃圾由汽车运来,卸至垃圾仓,然后由抓斗抓至料斗,再由落料管落至炉排.热风由炉排下送入,炉前墙有避二次风的系统.烟气经气锅,电除尘器,然后再经引风机排至烟囱.炉膛内燃烧温度可这800.c.若垃圾中有汞存在,在烟气汞是气体状态,静电除尘器难以除去这些汞来自垃圾中的小电池,所以1987年已定为法律,小电池不允许混在垃圾中.同时,为了净洁烟气,建立了烟气冷凝器.将离开电除尘器的烟气gl至烟气冷凝装置.这个装置是甩吸收式热泵来吸热,所吸的热用子集中供热.净洁并中和的烟气再回至引风机,最后由烟囱排出.这样烟气中的盐酸和汞至少可除去8O%.阿浦撒鄢城奈斯凯堡(Lyckebo)小区利用太阳能实行集中供热.在离建筑一定距离的地点,设置大面积的太阳能集热器.集热器就是一般的平板集热器,1983年已建立的集热器已有4320平方米.计划将来全部建成后,发展至三万平方米.瑞典在叶弗(Gable)的一个研究所中,正在研究各种9形式的高效集热器.将来再扩建的集热器也有可能用其他形式的商效集热器.集热器的进,出水管都与一个热交换器相连,由这个热交换器把二级水加热,热水贮于建筑群附近的地下岩石洞穴中.贮热水的岩石洞穴在地表下3O米,洞穴接近园形,外径75米,宽I8米.洞穴的顶即为地表面.这个封闭的地下洞穴可容l0万立方米的热水.洞穴上部为9O.c热水,可送至热交换器加热热网水,加热后温度降至4O.c的水,流回洞穴下部.由洞穴下部抽4O.c的水至一个热交换器使之加热至9O.c流回洞穴上部.这个热交换器的初级流体与太阳能集热器相连.若集热器出水温度太低,照吐在系统中设置一台电锅炉以增高水温.供热站包括电锅炉和热交换器,都设在地下隧洞中.这种利用岩石洞穴贮水的太阳能集中供热方式,不仅在瑞典.在棼兰也有.这不仅运行费用较低,而且是清洁能源.只是集热器要占用较大的地面积,同时要注意保护,避免集热器表面的玻璃被打碎.我国集中供热采用单一热源,由于供热热负荷随室外温度的变化而波动,很难保持锅炉或热电站稳定在最佳工况下运行.特别是热电联产,有时热负荷与电负荷也会出现不平衡的矛盾.象北欧三国采用多种热源集中供热就显示出其经济,灵活的优点.北欧三国考察报告之三一集中供热系统在欧洲集中供热有两种系统:在北欧,特别是芬兰与瑞典,都采用间接连接方式.而在南欧各国,则多采用直接连接方式.我们参观瑞典的集中供热,除前述阿浦撤以燃木屑热水锅炉为主要热源的凯莽夫斯塔地区的小区热网采用与用户直接连接而外,都采用间接连接.图3所示为直接连接的系统图.无论是圈3直接连接系统采暖或生活用水,都直接与外网连接.若有空调用热,其连接方式与采暖系统完全相同.我国都采用直接连接方式.图4所示为间接连接系统,无论采暖,生活用水,都不直接与外网连接,而是通过热交换器取得热水.因此,外网热水采暖圈4阍接连接秉辘热水生活用水是三个互不混淆的系统如有空调用热,则将另设一个系统,其连接方式与采暖系统完成相同果暖及空调的热变换器外网出水都连接至生活用水的热交换器,然后流回外网.芬兰为我国牡丹江市提供的集中供热总体规划,就采用了间接连接方式.北欧国家认为间接连接系统优干直接连接系统,间接连接具有以下的优点:直接连接,侧如采暖外阐选出用户的温降一般只能在20.C左右,为了满足需求的热置,就必定要增加流量.而间接连接,外网的热水在热交换器中水温可下降50.C左右.由于温降值的提高,流量的减少,这就使外网的管径减小而使初投资减少而且热水输送的费用也降低.他们认为管网费用的减少,足以补偿用户装置热交换器所付的额外费用.同时,间接连接系统中用户管网由于挠术要求较低,其费用也较低.间接连接的外管网是封闭系统,可以加入化学药品而对用户无任何危害.管网内水中基本无氧,腐蚀易于控制,管网的寿命也较长.间接连接管网,锅炉房等在运行时很容易控制.例如,管网泄漏率,在直接连接系统中,由于用户的放水,难以保持正常值.而间接连接系统与用户不混淆,外网封闭,囡而易于控制.间接连接在外网施工中也有较多的灵活性,可使一个太的系统可逐年分区投入运行.间接供热用户的参数不受外网热水参数的影响.例如,外网的可以是高压的,但用户采暖,空调,生活用水的系统都可采用不同的低压.这在用户的系统设计,设备选择上灵活性很大.同时也便于外网与热电站或其他热源的连接,这对形成城市太而完整的系统来说也十分有利.罘用阃按系统后,用户BI入121也有变化,主要是增加了热交换器图5为最常见的有采暖系统和生活用水系统的用户引八口设备系统.外网热水经过滤器1,阀门5及调节阀4,而进入采暖水热交换器6.外网水流入热交换器的管内,而采暖水在管外,井与采暖系统7相连.外网水离热交换器6后,进入生活用水热交换器8的管外,管内为生活用水与生活用水系统9相连.若生活用水达不到预期要求的温度,可调节通向热交换器8的支路上的调节阀4开度水经水表1O流回外网.外网引入及g【出用户处,都装有压力表2及温度计3.芬兰,瑞典都生产组合式用户引入口组合体.将图5中除采暖系统及生活用水系统外,所有设备都组合在一个体积不大的组合体内.芬兰LPM公司生产的UNEXLJS型用户B【入口组合体,就是包含采暖及生活用水的定型产品.其规格如表l所示,外形尺寸很小,重量也较轻.其宽度为700ram,既使已建成的建筑物,也很容易从门运入.该公司还生产包含采暖,空调及生活用水三个系统,三个热交换器及其阀门,调节等设备的用户引入组合体,型号为UNEXLJ一3/2.表2为其规格.这些组合体的主要部件为热交换器,组台体之所以可以使外形尺寸小和重量较轻,其原因也在于采用了高效的板型热交换器.这种热交换器称为UNNXLs型,其构造是在两块支撑板中间夹很多层热交换板,用螺拴夹紧.热交换板由不锈钢或耐酸钢制成,每片扳厚0.7ram.最高工作温度为20.c或150.C,最大工作压力1.6MPa,试验压力2.2MPa.芬兰经过研究,1982年开始改变采暖及生涪用热交换器进,出口的水温.表3所示为新老标准水温的对比数值.从表3可以看出,作为采暖系统,进出采暖系统的水温差均为2O.c(老标准为9070=20.C,新标准为8O一60=20.c),来11作改变.但初级进出口水的温差由老标准的1:O一73=47.C,改为新标准的11565=St,c,提高了3.c.这可使外网水流量减少,管径减少.同时冷端传热温差由737O=3c,改为6560=5.c,热端传热温差由12090=30.c,一改为11580=35.c.温差的提高能提高传热效率.生活用水的出水温度达50.c已能符合寰1图g间接连接用户引入口1一过滤器,2一压力表,3一温度计,4一调节橱,5一夏季关闭阀门6一采暖热变换器,7一采暖系统8一生活用承热交换器,9一生活用承系统,10一水表.UNI:XLJS用f口组合体出力,Kw最大外形尺寸mm最大l重量-53KPa/6KPa2oKPa/15KPalis一45/4070l7o一2s/s0I】l压力损失l压力损失LfHtHJI最式裹20m:xLJ一3/2用户目I入口粗备睬裹3断,老标准承沮对比銎萎杂堆类别初级进出口水温I=级进出口水盈.,.,.,.,.J一老1201c73C701c-9o1c采暖新llS1c一6S1c601c-8o1c生活用东老751c-251cS1c一