俄罗斯：集中供热发展之路

全俄动力工业研究设计院副总工程师科技副博士Я•A‘柯维良斯基为中国电机工程学会热电专委会访俄代表团撰写的专题报告 一、俄罗斯集中供热发展概况 俄罗斯已经有了一个强大的供热行业，计有： 供热汽轮机工作压力24与13MPa的热电厂162座； 供热汽轮机工作压力小于13MPa的热电厂大约450座； 各种单机容量的锅炉房188700座，其中含83000座工业锅炉房； 热网干线和分配管线大约257000Km。 l990年俄罗斯热需求量已达26.4Gcal其中工业方面13.15亿Gcal(50％)，公用民用建筑方面8.15亿Gca1(31％)，农村方面5.08亿Gcal(19％)。其供热来源，集中供热系统占了86％，其中有39％为热电装置(见图1)。 (译注：关于“集中供热”与“分散供热”的区别。据报告人讲目前在俄国是这样规定的：凡有室外热网者，均属集中供热，否则，即某一建筑以自备锅炉房供热，且仅供自用时，则属分散式供热)。 由于热电厂有这种发展，俄罗斯每年动力工业的燃料需求量已低于0.4亿吨标准燃料，而且1990年每千瓦小时发电量的标准燃料消耗量热电厂为271克，俄罗斯燃料动力部总计为312克。 在1996年之前，俄罗斯基本工业生产大幅度总体下滑(几乎下滑60％)的情况下，与1990年相比俄罗斯热需求总水平仅下降了8.2％(见图2)。这是因为：公民建和农村建设热负荷在持续增长(公民建方面增加了5.5％，农村方面增加了1．8%)： 有的企业即使大大压缩了基本产品的生产，并相应减少了工艺热需求(下降了20．7％)，但仍然保留了各类卫生技术方面的热需求； 现阶段节能措施减效尚小。 1996年工业生产速度指数使其滑坡情况有所抑制，但仍未达到结构转变性深入程度。现行的经济财政基础仍然面向诱人的金融业务，而不面向发展生产改进生产和进行技术革新方面的长期性投资。 俄罗斯燃料动力部热电厂的供热量大约下降了15.6％，其下降原因是： 在热电厂的总供热中生产工艺负荷的下降占有较大比例； 燃料动力综合体对热电联产盈利性估计不足，在论证进一步扩展热电厂热能销售市场可达效益方面放松了日常工作，特别是那些长远工作； 凭空地不考虑市场行倩地制定热电厂热能和电能价格构成，从而在许多情况下导致了用户拒绝购置热电厂高价热能，并作为后果，使这些年加速建造了自备锅炉房。 随着市场经济的建立在俄罗斯集中供热系统的发展中日益出现一些倾向，例如：经济结构和政治结构的分权制度；追求发展投资额最小的动力系统；划小工业项目，改变工业项目地区布置；渴望利用地方条件，二次能源，再生能源，等等。所有这些倾向，都应在选定供热系统时予以认真考虑。 二、提高现代大型热电系统效益的必要措施 罗斯即使在新经济条件下，以往以大型热电厂为基础发展城市和工业区热电系统的方针仍然是有效的。 在此方面，大型动力工程现阶段的主要任务是通过下述途径，提高热化的盈利性，即： 第一，依靠有目的的排解热电厂薄弱环节及加速热网建设，确保发电热电厂“锁定”电力；不仅靠厂内措施，而且通过把城市锅炉房热水供应负荷在夏季移交给热电厂，用背压机替代工作的减压冷却装置，以及调整热网工作状态等项办法，也可使汽轮机的拍汽达到较满负荷。热化循环发电量比例仅增加1％，就可给全部门一年节约燃料高达1百万吨标准燃料； 第二，利用国营地区发电厂和核电站进行供热； 第三，为提高热化效益，改善设备机动性能，而对热电厂进行改造、改装和技术革新； 第四，利用国产高效热力管道结构对热网进行改造、改装和技术革新； 第五，依靠废水利用，废气余热利用，高效蒸发器、换热器和省煤器装置，以及采用新型保温材料等等办法，实施热电厂及热力网节能； 第六，推广锅炉、汽轮机、各类蒸汽燃气装置系统及流化床锅炉等方面的新工艺新动力设备； 第七，依靠推广热电厂与锅炉房联合工作，采用优质材料优质设备和各类储备，以及”珍惜”式运行制度，而提高供热可靠性。 1．热电厂的改造改装与技术革新 现运行热电厂在技术革新和技术改造方面的主要工作方面是： 依靠增加热电联产比例来提高热化效率，而在此方面的障碍，主要是降低了工业工艺热负荷； 推广先进的工艺设备和非传统式固体燃料燃烧方法，改用较高的蒸汽参数，改善设备机动性能； 改造部分现运行热化设备，提高其可靠性与经济性； 延长过期设备使用期限(重新修复)； 由运行中拆除无形损耗和有形损耗老化设备； 应用高效国产热力管道结构建造新热网和技术更新现运行热网。 2．热网的改造与技术更新 1995年在引进国外聚氨酪硬质泡沫塑料“管中管”式热力管道结构方面迈出了很大的切实步伐，但遗憾的是并末考虑俄国热网建设与运行管理特点。“管中管”结构要求聚乙稀外壳绝对密闭，然而要想做到这一点，国外也未曾办到。此外，在推行保温受潮电子连续监控方面也情况欠佳。 图3为依据1989年6月13～15日斯德哥尔摩UNICHAL学术会议资料给出的“管中管’式热力管道(无沟敷设)与一般钢筋混凝土不通行地沟敷设的热力管道历时损伤对比数据图聚氨酯硬质泡沫保温“管中管”敷设方式已经在运行的第三年就有了因损伤而出现的冲溅物，要求立即进行修复，但是，尽管随后每年都要进行修复，运行的第7～9年损坏数量仍达每公里每年1.5次。而相比之下，莫斯科动力局有沟敷设的现行热网每公里平均仅0.985次损伤。圣彼得堡现行无沟敷设热网仅0.771次损伤。 热力管道损伤原因据国外资料介绍(r•邱里特根，瑞典，1986年)多为管外壳损伤(占25％)和接头损伤(占60％)，详见图4。其实，众所周知，运行过程中应该最耽心的不是保温层潮湿，而是保温层因周期性干燥与受潮而造成破坏，以及水分渗透到不防腐的钢管表面。 新研制开发的国产聚合物泡沫混凝土保温结构，其外壳具有透气性，同时又保护保温结构整体不受潮湿，钢管不受腐蚀(而且钢管表面不需专门防腐涂层)。 聚合物泡沫混凝土热力管道保温结构已经在俄罗斯使用，使用条件为热网热媒计算、温度150／70℃，而且自1978年开始使用起，未进行过任何预防性检修，小修或大修。 3．节能 在提高电厂节能水平方面可以推荐广泛采用各种系统与装置，其中包括： 1)废水利用 可采用氢阳离子交换过滤器(涅温诺梅斯克国营地区发电厂)，化学脱盐装置(利佩茨克第二热电厂)。 为了减少饱含矿物盐行水排放量，因而降低热电厂对周围环境的有害影响，全俄动力工业设计研究院为萨兰斯克第二热电厂及利佩茨克第二热电厂完成、推荐并进一步完善了T3C型化学脱盐装置污水热化学脱盐工艺。装置的出力为100T／h，用于冷却循环系统排污水、热电厂厂区工业污水、锅炉房排污水及纳阳离子过滤器还原水脱盐处理。处理结果可书蒸馏水和氯化钠及硫酸钠低硬度浓溶液。蒸馏水完全符合14MPa压力锅炉技术操作规程标准，而浓溶液则可用于钠阳离子过滤器进行还原，或者加工成无水盐或泥浆。无水盐和泥浆则是雪花石膏粘合剂制品的很好原料。 2）吸气余热利用 利用目标有： 再循环装置污水浓缩； 饱含矿物盐污水蒸馏； 饱含矿物盐污水净化； 采用热泵装置； 用于二级装置； 用于双回路蒸汽燃气装置； 污水净化； 气体除氧化硫，同时获取二氧化碳。 3)蒸发器 其中有用于污水净化的瞬时沸腾式蒸发器及多段式蒸发器。 4)换热器 带填料的接触式余热利用器； 大容量接触式加热器； 矿化泥渣水接触式换热器； 热管用自动净化式换热器。 5)系统 锅炉鼓风增湿预热系统； 鼓风预热系统； 烧煤锅炉电力除尘器及空气加热器最佳工况系统 锅炉房生水和软水加热系统； 泡沫装置锅炉房补水加热系统； ： 烧油蒸汽锅炉和热水锅炉补水加热系统。 4．推广新工艺新设备 这里主要谈推广蒸汽燃气装置和燃气轮机装置。 带废气锅炉的ΠTy-450型蒸汽燃气装置主要用于热电厂热电联产，但也可以用于纯凝汽式电厂。ΠTy-450在凝汽工况下运行，且燃料为天然气，室外温度为-26℃时，发电率可达590MW，效率为49％。室外温度+15℃时工ΠTy-450的发电功为468Mw，而效率为48％(下沃尔斯克国营地区发电厂)。ΠTy-450蒸汽燃气装置与T-150-7.7型供热汽轮机配套使用时，供暖期在发电功率为448Mw情况下可向用户保证提供热量330Gcal/h。 -5T-115／125-130型蒸汽动力机组相比，采用ΠTy-170型蒸汽燃气装置进行工作时(ΠTy-25型燃气轮机烧天然气或柴油，锅炉则烧天然气、重油或煤碳)，在供暖负荷最大值工况下，可以保证T-115／125-130型汽轮机的供热量计算值由180Ccal/h提高到240Gcal/h,同时使供热比发电量增大15％。在此工况下(并且在室外温度低于-5℃时)，ΠTy-170的发电功率为170的发电功率可达180Mw。在汽轮机凝汽工况下(室外温度+15℃时)，ΠTy-170的发电功率为170～175MW，效率为38.5％(锅炉烧褐煤时)和40.5～41％(ΠTy-170机组全体烧天然气时)。冷凝器蒸汽流量保持T-115／125-130蒸汽动力在编装置流量水平。凝汽工况下可以达到的效率等于容量500MW及以上超临界压力蒸汽动力机组的效率。为了使蒸汽动力部分能进行独立工作，在燃气轮机烟道内装有快动气密阀。 改善热电厂生态洁净状态的可行方案之一是推广下列各类蒸汽燃气装置系统，这些系统同样又能在降低燃料比耗量的同时额外增加电力系统的电能。这些系统是： 设有烧天然气高压蒸汽发生器的蒸汽燃气装置； 设有烧重油气和煤炭气体低压蒸汽发生器的蒸汽燃气装置； 设有废热锅炉的蒸汽燃气装置； 以蒸汽燃气装置为基础且采用煤炭内循环气化的生态洁净型热电厂。 根据燃气轮机型式和发生炉煤气燃烧产物冷却方式不断发生变化，生态洁净型热电一共分为三代： 第一代生态洁净型热电厂解决的问题是最大限度降低粉尘，S02和NOx排放量。 第二代厂解决的问题尚包含排除外部水源供水，以燃烧产物的凝结水弥补循环中的失，并且提高热电厂热力经济性。 第三代厂解决的问题，除了上述之外，还能靠C02从燃烧产物中“冻结”出来而将(总排放量几乎降低一倍，并且获得硫黄、二氧化碳、颗粒状灰渣及粉尘等项商品。 生态洁净型热电厂的原则已具体体现于基洛夫第五热电厂，下沃尔斯克热电厂、南萨克斯坦热电厂、古布金热电厂等项设计中。 对于新建和扩建的大型热电厂近年来仍采用以往开发的汽轮机和锅炉设备，但偏重于采用超临界参数。 由参数13MPa和555℃改换为参数24MPa和545℃时，凝汽工况的发电燃料比耗量下降6％，而供暖抽汽单位热负荷的比联产发电量增大0.13-0.16倍。因此，以一台T-250/300-240型汽轮机替代两台T-110／120-130型汽轮机，或相应地以三台T-250-300-240型汽轮机替代四台T-175/210-130型汽轮机，在汽轮机全年抽汽供热量相等的对比条件下，按一台T-250/300-240机组计算，每年可节省标准燃料达3.2万吨。在新设备中应首推KBr3rM型小型自动化蒸汽锅炉机组(由CKbK股份公司与全俄动力工业设计研究院联合研制)，其用途是为汽轮机和工业工艺用汽制备压力3.9MPa和温度450℃的过热蒸汽。 该锅炉为高压蒸汽锅炉，燃料在炉膛中燃烧，在余压下传热，炉膛为双面式结构，燃料采用天然气或重油，锅炉全部实现自动控制。 新锅炉的优点：与标准锅炉相比体积甚小(小14倍)，金属耗量很低(低9倍)；单元式快速安装(在已准备好的基座上安装不超过一昼夜)；大修间隔时间6年。 5．提高供热可靠性 标准文件规定了可靠性最低允许水平，这一水平是根据供热系统最近15年的事故及损坏统计，并考虑周围环境污染程度临界值、大气气象潜能、居民发病率、工作人员工作安全等项所谓“生物学”系数而确定的。 a)系统无故障工作概率0.86供热系统采用系数0．86，意思是在100年当中使Ⅱ和Ⅲ类用户无拐角供暖房间室内温度下降到某一值的故障不允许超过14次，其中： 住宅及公用建筑房间：低于+12℃，但不低于3℃； 工业房间：低于+8℃，但不低于3℃； b)系统完备系数0.97 供热系统采用系数0.97，意思是在一年当中使Ⅱ和Ⅲ类用户无拐角供暖房间室内温度下降到某一值的各种故障总持续时间不超过262个小时，其中： 住宅及公用建筑房间：低于建筑法规CHИΠ2•04•05•91规定值，但不低于12℃； 工业房间：低于建筑法规Π-90-81规定值。但不低于+8℃。个别房间规定温度低于十8℃者，不允许低于+3℃，以防供热系统发生冻结。 c)热网支线最小允许管径和无后备能力管段及支线管段总长度由建筑法规CH11141-01第5、2、3条一览表确定。 d)热网水水质应符合现行标准文件规定。 三、动力工程新发展方向 1990年之后动力源小型化倾向一直在不断发展，俄罗斯燃料动力部系统的热电联产新投生产能力大为下降。就俄罗斯而言。在动力工程中出现新方向已经益趋明显。这些新方面是： •在供热系统一切环节，首先是靠建筑物大规模采用耗热量单体统计和单体调节，而进行节能； •采用蒸汽动力设备和燃气轮机设备建造小型热电厂； •在各类容量的热电厂和锅炉房中采用燃气轮机和蒸汽燃气装置； •为处理固体生活废物和工业废物而建造垃圾处理型热电厂； •利用地下热水进行供热与发电； •应用，首先是对永久冻土带地区应用非传统式“冷态”热媒； •试验采用硅酸盐燃料。 1.节能 除了上述各项节能措施之外，这里要补充的是目前正在聚集力量，大规模开展住宅、公用建筑和工业建筑内部系统自动化准备工作。随着热价的提高，热用户一般希望以最大限度节能，减少热损失，以及引人室内温度经济型调节制度等项办法，来节约热能支付费用，而只有发展自动化技术，才能使供热系统的水力工况和热力工况在更大程度上服从用户个体要求。于是就面临着一个由质调节(或质一量调节)到量一质调节(或量调节)相当艰难的转换工作。调节器的主要作用将由热源逐渐移向用户。热源和集中式热力站的水泵及换热器设备，其功能与技术特性需要重新考虑，它们在自动化系统中的基本任务，从可靠性；安全性和供热质量角度看，将渐渐变为使水力工况和热力工况维持于允许范围。 2．建造小型热电厂 1)蒸汽动力型小型热电厂 提高集中供热系统能量利用率的一个有效办法是发展小型热电厂以取代(或立足)城区和工厂大型锅炉房(见表2和表3)。兴建小型热电厂既有利于热用户，附带生产的廉价电能又可出售给电网或用于自身需要。 目前俄罗斯共有920座单体产热量大于100百Kcal/h的锅炉房在运行。在最近10年内，尽管国民经济存在不安定倾向但仍拟定兴建和扩建大约70座单体产量大于400百万Kcal／h的锅炉房，其中产热量大于400百万Kcal／h者36座，产汽量大于200T/h的蒸汽锅炉房20座。取代拟建的大型锅炉房而兴建小型热电厂，仅此一项，即可使每年的标煤节约量不下150万吨。 早在40～50犯年代的苏联时代，即已有了发展小型热电厂的经验。例如，小型热电厂曾在制糖厂得到巨大发展，甚至直到目前为止那里还在使用着大约350台单机电功率0．5-6MW汽轮机(绝大多数为背压机)。 小型率汽轮机长期使用情况表明，操作人员很少，但它们的可靠性却很高(完备系数高达0．995)。此外，使用小型热电厂还有如下诸多优点： a)与大型热电厂相比投资较小但却保持热化长处，其中主要依靠的是放弃建造循环水供水系统，降低电力部分造价，简化汽轮机车间，降低汽轮机车间造价，简化热力系统，简化技术维修。在安装热功率相等的条件下，建设总费用总计可降低35-55％。 b)在缩减燃料绝对消耗量的同时，可使标准燃料的比耗量下降至160-170g／(Kw•h)(因取消凝汽循环发电)； c)由于“锅炉““汽轮机发电机组”部件的工厂供货和安装向大型组件形式转变，因而可降低建筑工程劳动耗费。 2)小型热电厂燃气轮机装置与蒸汽燃气装置 近年来燃气轮机及蒸汽燃气装置在世界动力工程中占据了重要地位。个别年份燃气轮机装置的订货量按总功率计算已经超过了汽轮机订货量。最先进的燃气轮机装置，其效率已接近55％。 热电厂燃气轮机及蒸汽燃气循环装置不过刚刚得到发展。在装机容量2．5—12kIW，相对来说不太大的西伯利亚热电厂，北方热电厂和远东热电厂，还在使用着第一代船用发动机和航空用发动机。废气热量供应外部用户。在这些热电厂中，燃料的热能利用率可达85-90％。 自1970年就已顺利运行的雅库茨克国营地区发电厂是燃气轮机热电厂的一个范例。该厂安装存四台ΓT-25和四台ΓT-33型哈尔科夫汽轮扰厂生产的燃汽轮机。目前第—期燃气轮机装置已在拆除，并改换成更为完善的55MW机组。燃气轮机使用的燃料为当地天然气。燃气轮机总工作时间在起动次数1.1万次下已达75万小时。虽然距离遥远，经营条件困难，但燃气轮机工艺相当简单、有效。 为了在使用天然气作为燃气轮机燃料的条件下提高热电效率，最好将KB-ΓM-100及KB-ΓM-180型热水锅炉与ΓTy-16及ΓTy-25型燃气轮机进行相应配套。KB-ΓM-100T和KB-ΓT-180型热水锅炉是由别尔哥罗德市“动力机械“股份公司开发研制的，它们可以在无燃气轮机而烧燃气和重油的独立工况下工作，也可以在含燃气轮机装置的联合工况下，以及KB-ΓM-180与ΓTy-25一起保证热负荷高达200百万Kcal/h的强化工况下进行工作。 燃气轮机装置甚至还可以与蒸汽锅炉，例如别尔哥罗德市“动力机械”股份公司生产的ΓTy-12与Ky-20，进行联合工作。 为了使锅炉能独立工作，在燃气轮机的烟道内装有快作用气密阀。 另一种有前途的系统，特别当进行火电厂技术改造时，是在气水换热器中对燃气轮机装置的排烟热量进行回收，用以加热补水，并相应地替代汽轮机回热。在这种情况下可以保证汽轮机额外增加发电功率，而在热电联产情况下还可增加供热数量。 作为复用性小型热电厂可以考虑以ΓTy-16+KB-ΓM-100-ΓTy单元组件建造中试生产热电厂方案。 俄罗斯有4000多个人口不足10万的较小城市，其中生活着一亿零二百余万人口。对于这样的城市来说，建造以上这种小型热电厂应该是效果最好的，但目前仍在以不经济的无形老化与有形老化小锅炉房进行供热。 该设计有广阔的销售市场(有4000多个工程项目)，并且利润高(热电联产)，投资回收快，能够依据“诺浩”推广国内外动力设备优秀样品。 在安装快作用气密阀保证热水锅炉能够独立工作的情况下，推荐的上述组件单元能保证； 发电功率： 16-18MW 产热能力： 废热利用工况下(不向锅炉附加燃料下)： 20百万Kcal/h； 向锅炉附加热燃料下： 100百万Kcal/h； 工程造价： 500-600亿卢布(1996年价格) ΓTy-16型燃气轮机装置(最大功率18MW)在俄罗斯广泛用于煤气压缩机站(目前有40座这种压缩机站在运行)，而且也参加热电厂和锅炉房蒸汽燃气动力机组进行工作。在同废热锅炉一起工作情况下，或KB-ΓM-100ΓTy在废热利用状况工作情况下，产热能力可保证达到20百万Kcal／h。而且对ΓTy-16无需建造专门的升压压缩机装置。 别尔哥罗德“动力机械”股份公司生产的KB-ΓM-100-ΓTy型锅炉(额定产热能力100百万Kcal／h)是为与ΓTy-16型燃气轮机装置联合工作而专门开发研制的锅炉。此种锅炉可以烧燃气，也可烧重油。 ΓTy-16+KB-ΓM-100-ΓTy单元组件供货日期为8-l0个月，热电厂总体工程“交钥匙”日期则为18-20个月。 小型自备热电厂一般采用发电功率30、60、75、100和160KW的柴油发电机(阿尔泰市发动机厂生产)，并且装备热出力分别为0.035,0.07,0.09,0.11,0．24百万Kcal／h的废热利用回路。 废热利用回路装置可由符拉基米尔市“HИKTИД试验厂制造。 发电功率500和800KW的自备热电厂是基于切博克萨雷市“柴油机制造厂”股份公司批量产品，并为利用废气及电动机冷却系统热量配齐废热利用回路装置而创造的。 燃料为天然气。 该自备热电厂可从1996年起开始供货。 主要技术性能： 发电功率，KW 500 800 产热能力，百万Kcal／h 0.6 0．9 发电效率，％ 37 37．5 含废热利用时效率，％ 83 83．5 总寿命，h 30000 40000 天然气压力，kg/cm2 3-6 这种自备热电厂可以紧挨着热出力大于20百万Kcal/h的供暖锅炉房和工业锅炉房增建。 3．垃圾处理型热电厂 俄国城市生活中一个急待解决的生态与社会问题是每年增加2800万吨的成维生活垃圾。 城市生活固体废料堆积物是环境污染，传染病发病和传播的一个重要根源。而另一方面，绝大多数城市又以直接布置在住宅区的烧煤、烧重油或烧燃气动力源进行供热和解决部分供电，这些动力源同样也是环境的强大污染物。 在城市进行垃圾焚烧热电厂大规模建设，可以为城市需要每年额外获得不少于26百万Gcal的热能和高达300亿KW•h的廉价电能。 垃圾焚烧型热电厂实际上不产生废物。热电厂的粉尘及炉渣在提取重金属、有色金属和黑色金属之后、被拿去加工成建筑材料和建筑特品、而排烟气体中的有害物(包括二氧化物及呋喃)残余浓度，由于有高效气体净化，已微乎其微，因此此类热电厂被认为是生态洁净型热电厂。 下面介绍一个能不额外增加燃料而保证城市用户热能电能，并且能解决消灭生活与工业固体废料问题的标准垃圾热电厂： 热电厂主要设备： 3台单机容量为25T／h的锅炉； 3台单机容量为50T／h的废热锅炉； 3台单机容量为6KW的汽轮机发电机组。 产热能力： 可达100百万Kcal/h； 发电功率： 18htW； 废物处理量： 160000吨／年 热电厂中需另加的配套设备； 年产4000吨的垃圾金属提取加工设备； 年产40000吨的粉尘护面板加工设备； 年产420000吨的炉渣建筑制品加工设备。 整套工程造价：35仍亿卢布 全部费用回收年限：5．5年 4．非传统式供热系统 对于采用非传统式技术，以独自热源和集中式热源实现用户供热的合理性问题，全俄动力工业设计研究院继续在进行技术经济论证工作。