小城镇集中供暖热源技术发展现状

1、3.1小城镇集中供暖热源技术发展现状摘要：为节约能源和保护环境，集中供热已逐渐成为中国城镇的主要供热方式。介绍集中供热的热源种类、热源规模、小城镇供暖设备、及集中供热发展过程中所面临的问题，解决办法。关键词：热源种类；热源规模；存在的问题 我国集中供热发展到今天，经历了从无到有、从小到大、从弱到强、艰苦奋斗、竞争发展的历程。我国传统的集中供热主要采取热电联产、区域联合供热和小区锅炉房供热等几种方式。从20世纪40年代至今，近60年的历史大致分为4个阶段：单纯利用阶段单纯管理阶段基础建设阶段综合发展阶段。近年来，随着改革开放的深入，国民经济的发展和人们生活水平的提高，人民的居住环境不断改善。我国

2、的集中供热事业得到了迅猛的发展。3.1.1 热源种类 1.传统的以煤炭为燃料的集中供热方式以煤炭为燃料的集中供热方式污染严重，初投资大。2.大规模集中式太阳能供热技术 太阳对于地球的辐射是由不同波长的电磁波组成的。地球所能接收到的太阳辐射能，相当于全球各种能量消耗总和的2万倍。我国2/3 的地区年太阳能总辐射量超过5MJ/m2，年太阳辐照时数超过2200 小时，资源丰富。但是由于太阳能具有能量密度低、间歇性和不稳定性的特点，使太阳能的接收、利用和贮存具有难度和特殊性。20 世纪70 年代以来，世界性的能源危机导致了世界各国（特别是欧洲）对节约能源和开发利用可再生能源的重视，推动了太阳能热利用的

3、迅速发展。太阳能热利用分为低温（80以下）、中温（80-350以下）、高温（350以上）三类利用系统。属低温段利用的太阳能热水技术，是目前发展较为成熟和完善的太阳能利用技术，其产品性能稳定，系统运行成本低，具有明显的经济效益。目前，全球的住宅用太阳供热系统基本上分为分户供热、集中集热分户供热、大规模集中式供热3类系统。由于全球各地区资源状况、经济发展水平、城市化水平、人口密度和居住形态等方面存在差异，各类系统的工程应用情况也呈现出不同的特点。比如，以独立式住宅为主的住区多采用分户供热系统，而以集合住宅为主的住区则多采用其他两种系统。再如，一些国家和地区将太阳能供热系统作为夏季生活热水的主系统、

4、冬季采暖的辅助系统; 另一些国家则将其作为全年供热的主系统; 还有一些国家将其作为供热系统节能改造、或与其他可再生能源组合使用、减少常规能源使用、减排CO2的一种手段。此外各国对太阳能使用所采取的激励机制和政策不同，也使得用户选择的系统类型不尽相同。太阳能热水器产品共有平板型集热器、真空管集热器、闷晒式热水器三种类型，太阳能热水系统的运行方式主要有自然循环、强迫循环、直流式三种。整个太阳能供热系统多由集热器、贮热水箱、管道、控制设备和终端设备等构成，根据循环方式有些系统还需配备不同的膨胀水箱、热交换装置和循环泵。同时，由于太阳能不稳定的特点，还需要为系统设置其他组合热源，以保证太阳能系统的正常

5、运行。分户系统的集热器多布置在住宅建筑的屋面、墙面、遮阳、阳台栏板等部位。而今，一些可替代屋面、可与屋顶窗模数协调并组合在一起、可作为阳台栏板的集热板已出现，用户可选择的集热器将更便于在住宅建筑上安装，同时，随着太阳能与建筑整合设计观念的引入，集热器的安装与更换，将如同在计算机主板上插各种卡一样规范、便捷。集中式系统的大面积集热器一般会采取阵列形式布置在建筑屋面或室外空地上，还可以通过几个分开布置的集热器阵列，组成一个大的集热系统。太阳能供热系统的贮热水箱，需根据供热负荷和系统类型进行配置。大的可超过一万立方米，实现长期跨季节蓄热，小的仅考虑当天或一周短期蓄热容量即可。当太阳能供热系统与原有市

6、政供热设施相连时，也可以不设蓄热水箱，直接进行循环。4.小城镇生物质能供暖一、 我国农村生物质资源 1 农作物秸秆和农业加工剩余物 农作物秸秆是主要生物质资源之一，它根据各种农作物产量乘以相应草谷比来确定秸秆总资源量。目前每年秸秆产量约6亿t，农业加工剩余物主要是稻壳、蔗渣、玉米芯及其它农作物经加工后的残余物，其数量也很多。 1薪材及林业加工剩余物 薪材主要来源有3个：薪炭林：其它林种(用材林、经济林、防护林等)的修枝、抚育、采伐的剩余物；林业加工剩余物，主要是树皮、木屑和刨花等，年可供能源使用的薪材资源约2亿t，然而由于存在过量砍伐等不合理使用的情况，目前实际使用量达到259亿t，超出近30

7、。2禽畜粪便、工业有机废水和废渣 根据2002年我国生猪、鸡和牛的存栏量计算：主要禽畜的粪便排放量干物重2.04亿t 。从资源潜力看，可生产沼气 5224亿m3。但是，资源可获得量的确定还需考虑实际的利用量。全国农村广大农户饲养的家禽及牲畜排泄的粪便是农村户用沼气池的主要原料，考虑实际利用的可能性等因素，年气潜力估计为100亿m3。 3能源植物 能源植物是直接用于提供能源的植物。通常包括速生薪炭林、含糖或淀粉植物、可榨油或产油植物以及其它可提供能源的植物。糖类或淀粉类能源植物可通过发酵工艺生产燃料乙醇；纤维素类能源植物(速生林和芒草等)可用于生产燃料乙醇，也可生产生物质气或成型燃料；油料能源植

8、物可提取油脂生产生物柴油：烃类能源植物可提供类似石油的燃料。目前，多数能源植物的研究尚处于实验和示范阶段，我国在这方面的工作开展较少，主要集中在个别薪炭林树种、甜高梁、甘薯、光皮树、麻风树等少数物种。 我国可用于开发能源植物的边际土地达1657亿亩，其中荒草地资源7.4亿亩，盐碱荒地15亿亩(全国土地普查办公室，1999)，可人工造林面积7亿亩，薪炭林067亿亩(国家林业局，2003)。二、生物质能利用技术生物质能是清洁的可再生能源，利用方式分为传统生物质能和现代生物质能，主要包括发电、燃烧、厌氧发酵、压缩成型、气化、热解、液体燃料等。 1传统利用方式省柴节能灶炕：以薪柴、秸秆和畜粪等有机物质

9、为燃料、通过对传统炉灶的结构和燃烧方式进行改造，从而提高农村户用炉灶炕的热效率，改进后的省柴灶热效率可达2535，甚至更高。2现代生物质能利用技术 21沼气技术 动物粪便、秸秆、农业有机废弃物、有机废水等有机物质在厌氧发酵装置中利用甲烷细菌分解代谢，产生沼气(主要成分CH4 和C02)的技术。沼气可以作为燃料，用于生活生产、照明、取暖、发电等，沼液沼渣是优质的有机绿色肥料。2.2生物质现代化燃烧技术 生物质的大规模燃烧采用现代化的燃烧技术，主要用于工业工程、区域供热、发电及热电联产等。原料包括林业加工业废弃物、农业加工业废弃物、秸秆等。2005年8月13日在郑州召开的第三届中原电力论坛上，国家

10、发改委能源司、可再生能源中心副主任梁志鹛博士透露：“按照国家发展和改革委员会最新规划，到2010年国内生物发电总量达到550万kW。其中，秸秆等废弃植物发电将达200万kW。”可见，在我国发展生物质规模燃烧技术的潜力之巨大。2.3生物质热解技术 生物质热解是指生物质在隔绝空气或通入少量空气的条件下，通过热化学转换，转变成为炭、液体和气体等低分子物质的过程。通过热解的干馏气可作为可燃气为农村居民提供炊事能源，生物炭用于工业或第三产业，木醋液和木焦油可作为化工原料等。该项技术适合在农林废弃物比较集中的农村、农场或林场应用。 该技术易于集中利用，可大大提高燃烧效率，缓解我国化石燃料的不足，为农村居民

11、使用优质能源提供必要的补充。 2.4生物质气化技术 生物质气化是生物质在不完全燃烧条件下，靠热量使高分子有机碳氢化合物链裂解，变成较低分子的C0、H2、CH 等可燃气。主要以农村各种秸秆、农业废弃物、林产工业废弃物为原料，向农村、农场、林场用户供应燃气，用于炊事、供暖(热水)、农业生产、气化发电等，对改善农民以秸秆、薪柴为主的能源消费结构有积极的意义。2.5生物质压缩致密成型技术 生物质压缩致密成型技术是在一定温度和压力作用下，将各类生物质压制成密度较大的棒状、块状或颗粒状等成型饲料或成型燃料的技术。成型燃料可以取代煤、燃气等作为民用燃料进行炊事、取暖，也可用于工业供热、发电等。推广该技术可以

12、解决秸秆资源浪费与荒烧问题；提高秸秆资源利用效率，扩大应用范围：改善农村生活环境，提高农民生活质量，增加农民收入，提供更多就业机会；缓解我国化石能源供应紧张，减少化石能源对环境的污染。 2.6生物质液体燃料技术 生物质液体燃料主要包括燃料乙醇、植物油生物柴油等，燃料乙醇和植物油生物柴油都属于优质的清洁能源，可以直接代替柴油、汽油等石油燃料。3.1.2 热源规模1.太阳能目前，我国投入使用的住宅太阳能供热系统，多为仅提供生活热水的分户系统。大规模集中式太阳能供热系统，多用于学校、酒店、游泳池、宿舍。近几年来，以单栋集合住宅等为供热基本单元的集中集热分户供热系统开始出现，但大规模集中式住区级太阳能

13、供热系统的工程应用仍然处于空白，与国外相比，我国有待于在大规模集中式生活热水和采暖系统的集成和应用上尽早取得突破。欧洲各国的城镇基础供热（basic heating）大多是由区域供热（district heating）设施提供的。而中欧、北欧国家的供热设施最为完善，传统上多采用建设大型热力站的方式为住户供热，这就使得大型太阳能热力站（Large-scale Solar Heating Plant）技术在欧洲得到了大量的工程应用。截止到2003 年为止，欧洲已建成65 座、每座太阳能集热器安装面积均在500m2以上的大型太阳能热力站，其中有57座是直接为城镇住区服务的。丹麦于1996年开始运行、

14、并不断加以扩建的Marstal 区域热力站，太阳能总集热面积已达到17081m2;瑞典于2000 年开始运行的Kungalv区域热力站，太阳能总集热面积也达10048m2。 2004年36月，课题组通过小城镇建设2004年3月刊和国家住宅与居住环境工程技术研究中心网站，采用问卷形式进行了小城镇住宅预调查。从被调查住户得到有关初步统计结果如下：小城镇住区拥有的市政基础设施中，供暖18.2%，供水90.9%，供电98.0%，供气18.2%。家用能源种类（多选项）电71.4%，煤55.4%，天然气3.6%，煤气10.7%，液化气（罐）73.2%，沼气1.8%，薪柴10.7%，太阳能19.5%。使用上

15、述2 种能源组合28.6%，3种能源组合35.7%，4 种及4 种以上能源组合14.3%。采暖方式（多选项）自家煤炉40.0%，集中采暖14.5%，空调34.5%，电暖气21.8%，无采暖18.2%，其他1.8%;上述采暖方式2 种组合23.6%，3 种组合3.6%。认为当地住宅采暖系统需要改进的住户占39.4%。采用太阳能供热水用户非常多占18.2%，有一些占39.4%，非常少占27.3%。太阳能供热水系统用户个人安装占87.9%，集体安装占12.1%。从以上结果可以看出，一方面小城镇市政基础设施不全，多数小城镇住户采暖问题多靠自行解决，同时采暖所用能源构成复杂，液化气、电和煤仍是小城镇所依

16、赖的主要能源形式; 另一方面太阳能热水技术、特别是大规模集中式太阳能供热技术尚未向小城镇渗透和扩展。我国近10 年来太阳能热水器行业发展迅速，目前已拥有世界上独一无二的不靠政府补贴的巨大市场。但是，尽管我国太阳能热水市场的总量在世界上居于首位，但人均却只有中等水平。加强太阳能热水技术、特别是集中式太阳能供热技术的集约化、标准化、产业化工程应用，将成为推动和扩大太阳能产品市场发展的有效途径。可以预言，如果说分户式太阳能热水系统为中国成功地启动了太阳能热水产品市场的话，那么根据气候特点和太阳能利用条件，统一规划和建设大规模集中式住区级太阳能供热系统，可以使太阳能热水产品市场得到进一步扩大，并为小城

17、镇住宅市场的进一步发展带来新的机遇。不难看出，小城镇未来太阳能热水系统和产品市场的潜力更为巨大，如能通过技术开发和市场引导，可以有效地利用太阳能为小城镇住户改善生活居住条件，提高生活质量。一方面，通过规划设计合理的太阳能供热服务半径，不仅可以实现为小城镇住区提供生活热水、还可以实现为小城镇住宅解决基本采暖的目标。另一方面，对于现有小城镇住区的供热基础设施的节能改造来说，建设与原有供热设施相结合的大型太阳能热力站，通过合理的能源组合，实现增效和节能，可以有效地减少常规能源的使用，减少CO2排放，保护小城镇生态环境。2.生物质目前，生物质能的利用方法主要有直接燃烧法、生化转化、液化技术、 固化技术

18、及气化技术。我国主要生物质能利用技术所处的发展阶段见表1 。 表1 生物质能利用技术所处的发展阶段开发利用发展阶段燃烧完全商业化固化完全商业化液化技术上成熟，按展到示范阶段气化 充分开发，但经济效益不佳资源供应能力不足。资源分散、原料收集成本高， 运输需耗费能源， 这使得原料的供应出现问题。更由于盲目上马， 原料不足已经令一些地方生物质能项目的发展捉襟见肘。目前的关键是， 我国应尽快对生物质能的发展进行规划， 促使其合理发展 。生物质能供热产业的发展现状目前，我国农村地区供热燃料以薪柴、煤炭为主，用生物质固体成型燃料进行供热并不多见。在燃烧设备方面，开发了生物质燃烧器、生物质炊事采暖炉、生物质

19、常压热水锅炉等。生物质固体成型燃烧供热技术在欧洲各国发展的比较成熟，以瑞典、奥地利、德国为代表。从二十世纪九十年代开始，生物质固体成型燃料开始用于供热。随着生物质颗粒燃烧技术的逐渐成熟，互用生物质颗粒加热设备逐渐开始取代原先使用的燃油加热设备和电加热设备。国内现状：曹荣提出了生物质发电项目的特点及可能的供热方式，分别对供热对售电量的影响及供热对经济效益的影响进行了分析，得出采用合理的供热方式，生物质发电项目在采暖期供热，虽然会减少售电收入，但增加了供热收入，会提高总体经济效益。毕慧杰通过分析区域供热锅炉房燃煤与燃烧生物质颗粒燃料工艺的不同，提出了同时适用两种燃料的工艺系统以及工艺改造措施，并对

20、其进行了经济性的分析。王泽龙分析了国外应用比较广泛的生物质供热设备的特点以及生物质和太阳能联合供热系统，指出了生物质供热技术存在的主要问题，并提出我国生物质户用供热技术的发展方向。王立璞把太阳能集热技术、生物质厌氧发酵技术和地板采暖技术三者结合起来，设计了太阳能和生物质能互补的地板采暖系统，分析了系统的热力性能。利用生物质能供暖的方式还有1生物质燃气供暖生物质燃气是一种新兴的可再生能源，它以较干燥的(含水率一般<20)生物质为气化原料，其中，主要是农业、林业生产和木材加工的副产物、剩余物和废弃物，如农作物秸秆、稻壳、玉米芯、枯木、树头、枝桠、板皮、碎木、刨花、锯末等，经干燥、粉碎和去除杂

21、物后，将其投入生物质气化炉中，并向炉内输入适量的气化剂(如空气、水蒸气等)点燃，气化原料在缺氧的条件下进行氧化-还原反应(供氧量为气化原料完全燃烧时所需的理论供氧量的2028)，气化后生成可燃性的混合气体，称之谓生物质燃气，其主要可燃成分为CO， H2， CH4 等生物质燃气在发达国家已广泛用于供热及发电2.生物质与煤混烧生物质与煤混烧可以利用生物质碳循环的优点，并适用于现有燃煤锅炉改造，有效地降低成本，提高燃烧效率，但是由于生物质相比于煤含有更高含量的碱金属，而这些碱金属矿物在燃烧过程中又极易发生气化从而造成燃烧后的设备安全及环境问题，如灰沉积及其腐蚀的加剧、飞灰颗粒物排放的环境危害等。3.

22、1.3 存在问题及措施一在的问题经过近50多年的发展，我国城市集中供热已具备一定的规模，但当前的供热系统还存在一些缺陷。主要表现在以下三个方面：1.热源 以煤炭为燃料的集中供热方式污染严重，初投资大。具体表现在：（1）分散小，锅炉房多，浪费能源，污染环境，而国家针对发展集中供热的立法和管理不够完善。（2）特大城市和大城市现有热电厂、区域锅炉房的单机容量偏低，能源利用率低，供热成本高；（3）部门与地产的保护主义严重，在发展城市集中供热产业上不能协调一致共同发展，致使城市集中供热比例较小。 生物质能供热存在的问题（1） 沼气：沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵而生成的一种可燃性气体。由于

23、这种气体最先在沼泽地中被发现，所以称之为沼气。在密闭的沼气池内及进行厌氧条件下，人畜粪便、秸秆、污水等各种各样的有机物被多种沼气发酵微生物分解转化发酵，从而产生沼气。沼气是一种混合气体，可以燃烧，可作为能源应用在人民生活的各个方面。（2） 压缩成型燃料：生物质压缩致密成型技术是在一定温度及压力的共同作用下，将各种生物质原料制成密度比较大的棒状、块状或者颗粒状等成型饲料、成型燃料的技术。成型燃料有多种用途，其可以用来取代煤、燃气作为民用燃料进行炊事和取暖，也可以用来工业供热和发电等。2.用户热用户应用技术发展是城市供热产业中最薄弱的环节，主要是由于计划经济时期福利“包烧制”供暖制度造成的。因此，

24、目前我国民用住宅热用户室内采暖系统绝大多数为单管垂直串连系统，系统内垂直失调严重，高层和低层冷热不均，供热质量差；采暖管道材质均为普通碳素钢管，散热器以铸铁为主，室内系统中除了一些陈旧的关断阀门外，基本上没有任何调节设备及手段，也没有温度、压力、流量、热量表等设备。特别是单管垂直系统难以实现热用户按热量计量收费，成目前收费难，进而导致供热更难的严重局面。 3.热网（1）管网布局不合理。随着城市的发展，新建和翻新了许多工业和民用建筑，新增了不少支管线。但是，这些候选用户在上供热管网时，没有进行计算，管道的敷设一段一段施工，使一些管线单一枝状延伸。甚至为满足新用户的热负荷需求，采取加粗管道的方法，

25、二次网出现了热水由细管道流向粗管道的不合理现象。（2）静态运行模式。在全球能源匮乏的今天，寻找一种在确保供热品质前提下，能有效节能的供热方式显得很有意义。目前的调节方案主要有以下几种：即质调节、量调节、质和量并调。这几种方案都是从静态出发，忽略了供热系统的热惰性，引起能量损耗。热网的逐日逐时总供热量应与热用户逐日逐时的总热负荷始终保持一致。否则，或热用户平均温度偏高，造成能源浪费，或平均温度偏低，降低了用户的舒适感。室外温度变化时，一般来说十几个小时后房间温度才能引起变化，以上各种静态调节方法都是假定室温在很短时间内发生变化并达到稳定，忽略了供热系统的热惰性。（3）热力失调现象严重。由于我国的

26、供暖系统为定流量系统，所以传统常规室外供热系统多采用集中式热力站，有时一个小区只设一个热力站，小区热力站的规模从540 万平米不等。而集中供热发达的北欧，多采用建筑入口小型组装式热力站的形式，两种形式相比，集中热力站投资低，便于集中管理。热力站和热机组构成的优化配置和机组运行过程的自动控制与实时监控是今后供热产业发展的主流所在。其原因在于传统的机组配置方式和手动控制存在自身难以解决的不足：传统的一段式换热机组，也即主要热交换元件为单纯的一台列管换热器或一台板式换热器的机组，本身存在着列管式换热器热交换效率偏低和板式换热器的安全运行温度，压力受限的不足，这在很大程度上制约了对热能的高效利用。换热

27、器的人工手动控制难以达到精确的控制效果，造成热能的大量浪费，无法实现满意的供热服务，而且手动控制安全可靠性差，工作效率低，更难以满足实时控制的要求。从现行使用的换热机组自动控制部分的控制策略来看，多数采用单回路控制器或简单的PID算法，而PID 参数由于系统的长期运行已经偏离了最佳值，而传统的整定方法多是靠操作人员的经验。这必将与今后工业生产过程的大型化和复杂化，系统的非线性，时变性，大时滞，不确定性形成矛盾，无法满足生产控制的安全，平稳，优质的要求。二小城镇供暖节能措施（1）合理选择供暖热源【C】目前，小城镇的供暖热源主要包括土暖气、集中供暖热源，这2种供暖热源适应于不同的场合且各有优缺点。集中供暖可以创造相对较高的室内空气品质，可统一处理排烟，减少对环境的污染，但集中供暖要求居住区规划清晰。由于小城镇各住宅围护结构不同，导致供暖面积相同的住宅供暖热负荷不同，按供暖面积收取热费有失公平性且不利于节能。土暖气可提供相对较高质量的室内热环境且调节方便，适用于未经规划的居住区，但燃烧后的烟气低空排放，污染室外空气，使室外空气CO 浓度高于室内空气。就目前小城镇的供暖状况而言，集中供暖热源不会完全替代土暖气。在新规划的居住区宜采用集中供暖，但住宅的围护结构应尽量一致，并在住宅供暖系统入口处安装调节装置。在尚未规划的老居住区，集中供暖难以实