王新雷，周 云，徐 彤，张 锋

(1．国网北京经济技术研究院，北京 102209;

2．哈尔滨工业大学 能源科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001)

0 前言

目前，我国北方采暖地区中小规模城市供热现状中，仍有大量分散锅炉(按建设部规定:指单台容量在7 MW 及以下锅炉)运行［1］，分散锅炉不仅能耗高、污染重，而且供热质量差。随着我国计划到2020 年碳排放强度降低40% －45%目标的确定，以及大气污染防治行动计划的实施，为满足节能减排的需求，淘汰现有分散锅炉已成为必然选择［2－3］。

北方采暖地区中小规模城市具有采暖期相对较长，热负荷规模相对较小但较稳定的特点［4］，建设背压机供热替代分散锅炉，在一定条件下可以充分发挥背压机供热煤耗低，综合热效率高的优势，并能够较好改善区域供热质量，是相对较好的措施［5－6］。

目前，国内外关于背压机的研究主要涉及机组本身结构设计、运行控制及热力计算等，对于特定区域、不同供热负荷特点下建设背压机的技术经济性，以及我国发展背压机的相关政策建议尚未有系统性、成熟的研究成果。

针对目前实施背压机供热替代分散锅炉在技术和政策上还存在较多问题的情况，本研究通过对天津、江苏、黑龙江等典型地区分散供热锅炉运行状况以及背压机运行经济效益情况的调研，结合理论研究，为未来试点先行，因地制宜建设背压机替代分散锅炉，以进一步促进节能减排和火电行业结构调整提供理论和实践依据。

1 分散锅炉运行及北方采暖地区供热现状

1．1 分散锅炉运行特点及存在问题

近年来随着我国用热/汽量水平的快速增长，工业锅炉数量也增长较快。根据相关统计数据，目前我国共有工业锅炉约54 万台，以燃煤锅炉为主，其中2 ～10 t/h 容量的锅炉约占70%，锅炉平均容量不到3 t/h。工业锅炉中，蒸汽锅炉总容量187 万t/h，热水锅炉总容量97 万t/h。锅炉运行呈现负荷率低、效率低、污染物排放量大等特点。

对天津、江苏、黑龙江分散供热锅炉调研表明，大部分锅炉单台容量在10 t/h 及以下;同时，根据业主提供数据，锅炉燃烧1 t 煤产蒸汽5 t，运行效率仅达到55%，供热煤耗高达60 kg/GJ。锅炉运行效率低主要表现为无专职的动力操作人员，造成锅炉运行参数，主要为空气过量系数等控制不当，燃烧损失严重;锅炉配套辅机容量选择过大、设备不完全出力运行效率较低;锅炉燃用煤种品质差，燃烧效率远低于设计值。

就全国而言，虽然供热/汽需求量增长带动了锅炉制造企业的发展，但目前全国取得A 级工业锅炉制造证企业仅70 多家，大部分锅炉设计制造水平得不到保证，也是造成目前锅炉运行技术差、能耗高原因之一。

按照调研的煤耗水平，对于全国全部供采暖的热水锅炉而言，假设50%热水锅炉满负荷运行，耗标煤量0．3 ×104t/h，排放二氧化硫72 t/h，将对环境造成较大影响。

在污染物排放控制方面，调研的上述三省/市目前仅有一家企业进行了湿法脱硫系统及其配套设备改造，改造费用为60 万元，其余企业锅炉全部采用水膜除尘、脱硫一体化装置，脱硫效果较差，基本上单位容量锅炉年需交纳排污费2 ～3 万元(受锅炉具体运行状况影响)，给企业带来了较大经济压力。

1．2 北方采暖地区供热现状

以采暖期最长的东北三省为例，2012 年供热现状如表1 所示。

表1 东北三省供热现状

从表中可以看出，三省份分散供热比例仍较高，分散锅炉台数达到8 万多台，按单台容量3 t/h 计，总容量超过20 万t/h。同时，从整个北方采暖地区看，集中供热比例平均水平为41%，分散供热面积和分散锅炉总容量较高，其中，青海、河南、陕西三省集中供热普及率在20%以下，分散供热比例相对较大。如何减少分散锅炉运行容量，以改善区域供热质量和环境质量是迫切需要解决的一个问题。

2 背压机供热运行技术性分析

通常认为背压机供热具有煤耗低的优势，但其供热节能是有条件的［7－8］，对热负荷稳定性和运行负荷率要求较高，当机组运行负荷率降到额定负荷一半以下时，机组效率和热经济性大幅度下降。对于特定区域供热系统，热负荷持续曲线内，热负荷随着时间持续变化，机组不可能始终处于满负荷运行状态。

本文通过理论研究，给出背压机在不同负荷率下的煤耗特性，并结合具体实例，提出有利于实施背压机供热的技术条件。

理论研究采用我单位开发的背压机变工况热力计算模型［9－10］，模型主要计算过程为首先进行背压机变工况特性方程的拟合，并建立热负荷计算的数学方程;其次，联立求解变工况特性方程和热负荷计算数学方程，确定采暖期内各时刻机组发电量、进汽量及排汽量(供热量);最后，通过积分方式求解机组运行时长内的总发电量、总进汽量及总排汽量，并按照热经济指标的计算规定，求解机组综合发电煤耗和供热煤耗。

拟合的背压机变工况特性方程型式为

式中

N、Dp、D0——分别为机组发电功率、排汽量、进汽量;

α、γ、φ、λ——分别为常数项系数。

表2 计算了B12 －4．9/0．294 型背压机在不同负荷率下，机组运行的标煤耗情况(锅炉效率取0.82)。

表2 不同负荷率下机组发电煤耗

同时，以某10 万人口规模城市为例，研究背压机供热合理技术方案，其采暖室外计算温度－9.9℃、采暖室外平均温度－1．1℃、采暖期天数127 天、最大热负荷504 GJ/h。经比较分析，选择如图1 所示的2 台B12 －4．9 －0．294 机配调峰锅炉供热模式。

图1 某地区背压机供热运行图

从图中可以看出，供热热化系数0．8，2 台背压机满负荷运行时间713．8 h，每台背压机运行最低负荷率60%，能保证相对较好的热经济性。经计算，采暖期内机组运行综合标煤耗率186 g/kW·h。

对于其他地区、不同规模城市，虽然采暖期热负荷曲线形式与所给案例不同，但通过选择合理的热化系数和合理的机组单机容量和台数，能确保机组运行最低负荷保持在较高水平，保证机组运行低煤耗特性。

3 背压机供热运行经济性分析

尽管北方采暖地区中小规模城市采用背压机供热技术上是可行的，并且具有煤耗水平优势，但由于机组仅在采暖季运行，与建设和运营成本相比，机组发电、供热产生的收益相对不足，使得企业经常处于保本微利，甚至亏损的经营环境。

本研究通过实地调研，分析并总结目前背压机供热运营存在的问题，为提出相关政策建议保障背压机运行经济效益提供支撑。调研电厂具体情况如下。

3．1 电厂装机及运行情况

该电厂所在地区采暖期7 个月，采暖建筑面积674 ×104m2，装机规模2 ×C12 +3 ×B15 +1 ×B25，其中2 台C12 机组已改为低真空供热运行，由于B25 机尚未得到最终核准，目前采用临时上网方式运行。

电厂运行方式为:随着供热负荷增长，按2 ×C12、3 ×B15、1 ×B25 机组顺序依次满负荷投入运行;在采暖后期，按相反顺序依次停运机组。总体上机组全部投运运行时间占采暖期长的34%，投运70%机组运行时间占采暖期长的16%，投运60%机组运行时间占采暖期长的34%。

3．2 电厂运行效益情况

电厂燃用原煤价格(含运费)179 元/t;综合热价32 元/m2(不含税);B25 机执行0．304 元/kW·h(不含税)临时上网电价，其余5 台机组执行当地脱硫标杆电价0．337 元/kW·h(不含税)。

对各机组供热收入－成本，发电收入－成本分别进行财务分析，其中每台机组供热和发电成本按热电比分摊。分析结果如下。

3 台B15 和1 台B25 机组均处于发电盈利，供热亏损状态，但B15 机组发电盈利能够弥补供热亏损，使得机组总体处于盈利状态。而B25 机组由于执行临时上网电价，发电收益不能弥补供热亏损，总体处于亏损状态。

机组运营能够取得相对较好的经济效益，一方面，是由于电厂燃用当地煤，运营燃料成本相对较低，另一方面，由于采暖期长，机组运行时间较长，有利于机组效益的回收。而机组运营供热亏损是由于地区综合热价相对较低造成的，若使供热部分处于盈亏平衡，则综合热价较现状应上调4 元/m2。

通过对该电厂的总结，就北方采暖地区而言，背压机供热建设项目运营收益的影响因素主要为电价、热价及采暖期长，成本的影响因素主要为燃料价格。在目前我国供热价格制订机制下，各地建设项目供热经济性难以得到保证。同时，采暖期相对较短地区，机组供热量和发电量也相对较小，机组仅在采暖期运行，则经济效益也难以得到保证。

4 下一步工作开展思路

(1)开展更广范围内的调研、总结经验

目前国家针对建设背压机供热替代分散锅炉已开展了相关调研和总结工作，并实施了企业投资建设背压机项目审批权下放政策。

建议下一步工作，围绕如何解决背压机建设遇到的实际困难，保障项目经济效益，保证项目实施能够落到实处，以及如何处理建设背压机与关停分散锅炉的关系等方面，制订调研目标，扩大调研范围，选择更多典型项目，充分了解不同地区建设背压机的有利和不利条件、企业投资建设背压机的意愿及面临的问题、锅炉业主对关停分散锅炉的态度及在关停过程中所遇到的困难、被关停分散锅炉的资产处理、人员安置和经济补贴办法等，通过调研反馈结果，对建设背压机替代分散锅炉进行可行性研究，提出更加科学、合理、切实可行的建设方案和关停措施，，确保为下一步示范项目建设提供支持。

(2)试点先行、总结经验适时推广

建设背压机供热替代分散锅炉将遵循循序渐进、试点先行的原则，在对示范项目进行可行性研究的基础上，选择建设积极性高、条件较好且已开展前期工作的区域，建设一批示范项目，通过对试点项目的剖析总结，积累机组建设运行经验，进一步寻求背压机建设和分散锅炉替代的最佳解决方案，为背压机替代分散锅炉产业规划和产业政策的科学制定提供强有力的支撑，并为下阶段项目的大规模推广积累经验。

(3)研究制订财税支持政策

建议政府在目前实施的审批权下放政策基础上，综合考虑建设背压机供热替代分散锅炉遇到的实际困难及能够取得的节能环保效益，在热价、气价、电价、燃料价格以及其他税费等环节给予政策支持，提供优惠条件，如项目运营初期可对企业的所得税、增值税予以减免等，创造有利于项目建设和发展的外部环境。

［1］中国城乡建设统计年鉴［M］． 北京，中国计划出版社，2013．

［2］王振铭．我国热电联产发展历史、现状及展望［C］．北京:中国电机工程学会热电专业委员会，2014 年度热电联产学术交流会论文集，2014:1 －8．

［3］孟繁波，姜涌，吴洪达．集中供热取代分散锅炉房的节能评价［J］．电站系统工程，2013(2):71 －72．

［4］国家发展和改革委员会．热电联产项目可行性研究技术规定［S］．北京，2001．

［5］刘军，常先江． 用供热补水改抽凝为背压机组的节能方法与效果［J］．节能技术，2011，29(6):560 －563．

［6］段彦明，卢耀红． 试论背压机在城市热电联产中的应用［J］．电力科技与环保，2013，29(2):59 －60．

［7］Kachan，A．D．;Kachan，S．A．Optimization of conditions of operation of the utilizing combined power plants with back pressure turbines［J］．Engineering Village，2013(4):49－56．

［8］Khlebalin，Yu． M． Modernization of thermoelectric plant contains back －pressure turbine and reheating［J］． Engineering Village，2012(8):2 －4．

［9］周云，徐彤，王新雷．300 MW 热电联产机组热经济性研究［J］．能源技术经济，2012，24(4):57 －61．

［10］徐彤，周云，王新雷．300 MW 级热电联产机组调峰能力研究［J］．中国电力，2014，47(9):5 －11．