中国供热采暖技术发展概况及现状分析

温　　丽
建筑节能专业委员会供暖节能网
 
一、中国供热采暖技术发展概况
冬季采暖是中国北方地区城镇居民的基本生活要求。新中国成立56年来，供热事业有了很大发展，对国家经济建设、提高人民生活水平和改善环境发挥了重要作用。
让我们先一起回顾一下热力供热和锅炉供热的发展概况。这样做一方面是为了让我们看到成绩，增强信心；另一方面是因为只有了解过去，才能更深刻地分析现状，明确今后的努力方向。
1．热力供热
中国采用热电联产的城市集中供热方式，是在1958年由北京市建设第一热电厂开始的，48年来经历了曲折发展的过程。在最初的10年中曾有过较快的发展，如继北京市之后，1968年东北地区的沈阳市也率先开始发展集中供热，但是后来在很长一段时间里，一直发展缓慢。改革开放后，尤其是1986年国务院22号文件的颁布，对“三北”（东北、西北、华北）地区集中供热事业的发展起到了重要的推动作用，各大、中城市积极规划和实施。据统计，1980年北方只有10个城市建设了集中供热设施，到1989年已有81个城市发展了集中供热，供热面积达1.56亿m2。最近的15年来更有了快速的发展，2003年全国600个设市城市中，有集中供热设施的城市已达到了321个，供热面积18.9亿m2，是15年前1989年的12倍。热水管网5.8万公里，蒸汽管网1.19万公里。
北京市的热力供热近十几年来也得到了很快发展，供热面积由1989年的1675万m2，增加到2004年的8487万m2，目前已突破9000万m2，是1989年的5.7倍，其管网能力尚有很大余量，只是热源不足。
在热力供热发展的进程中，时刻伴随着技术进步。如过去因存在运行管理水平低和缺少有效的调控装置而造成热用户冷热不均，曾采用过加大系统循环流量和提高供水温度的办法试图加以解决，实际形成了“大流量、小温差”的不合理运行，不仅不能从根本上解决问题，反而浪费了能源。后来通过采用国外先进调控装置（包括消化吸收研制国产化产品）才得到了较好的解决。再如，过去的运行调节普遍采用质调节，目前正在探索质、量并调以及为提高供热的可靠性，将枝状单热源系统变为多热源联网的环状供热系统等，这些技术都正在有效地实施和推广之中。此外，大部分供热企业已经在热源的生产和热网的输配上采用了计算机监控技术，而供热企业管理的信息化建设尚处于起步阶段。现在存在较为普遍的仍是因过热造成能源浪费的问题，这是因为热力供热企业一般只管到热力站，而二次网和热用户终端是由单位自管，因此解决起来难度较大。
2．锅炉供热
回顾热力供热艰难、曲折的发展进程，不难看出，正是由于热力建设跟不上城市高速发展的需求，在缺少热力供热和锅炉供热统一规划的条件下，必然导致锅炉供热自发、无序的发展，最终形成了单台锅炉容量小、能耗多、污染大的众多分散小锅炉房在“三北”地区各大、中城市占主导地位的被动局面。据全国供暖专业网1989年对“三北”地区八大城市的调查，锅炉供暖占82%，热力供暖占15%，其他占3%。尽管北京市2004年热力供热已发展到8487万m2，而其在全市供热的份额中仍只占19.8%。这表明抓好锅炉供热十分重要。
那么，在中国的北方，量大面广，以锅炉房为热源的供热采暖系统几十年间是怎样发展过来的？在技术上有过哪些进步？取得了什么节能效果？还存在什么主要问题？其形成原因是什么？下面暂以北京市为例做简要概述。北京市是首都，又是特大城市，与北方的一般城市相比，具有其特殊性，但供热采暖系统的发展进程和模式大体是一致的，只不过是规模比北京市小一些，在发展的时间段上滞后一些，总的来看，还是可以说明问题的。
⑴　以锅炉房为热源的供热采暖系统发展概况
·　锅炉房
几十年来，供热行业变化最大的应该说是锅炉。新中国成立初期至1975年，只有手工燃烧的铸铁锅炉，最大单台容量仅为0.46MW，由于住宅小区规模的不断扩大，到1960年和平里当时最大的一个锅炉房，需供13万m2的供热面积，苦于没有大容量锅炉，无奈曾选用过32台铸铁锅炉，100人烧锅炉。好在1975年2.8MW机械燃烧的快装链条炉排热水锅炉终于在上海问世了，这才为上世纪70年代中期北方的消烟除尘、锅炉改造创造了条件。当时，要求将手烧锅炉全部改为快装锅炉，或往复炉排机烧锅炉，以求不冒黑烟，环保达标。进入80年代，不少住宅小区规模已超过百万m2，但仍无大容量热水锅炉，再次出现过24台2.8MW快装锅炉的设计方案送审的怪事。后在多方呼吁下，1981年和1987年14MW和29MW的大容量热水锅炉终于首批投入了使用。此后，在1997年前，北京市建成了一大批选用14MW和29MW锅炉的大型供热厂，大约100余座，供热面积6000万m2左右，一般采用间供式，设热力站。而1997年之后至今这一阶段的突出任务，就是对14MW以下的燃煤锅炉实施“煤改气”。2006年北京市控制大气污染已进入第十二阶段，作为加快实施奥运倒排期环境治理项目，要求城四区和石景山区14MW以下的燃煤锅炉1400台于年内全部改完，对朝阳、海淀、丰台三个近郊区要求改50%以上。此外，几十年来由于环保的要求不断提高，燃煤锅炉的脱硫除尘任务日益繁重，一直处于改造之中，问题不少。
·　室外管网
以往普遍采用半通行沟的敷设方式，现已逐步被直埋管取代了，新建管网已全部采用，既有的管网直埋管约占40%。
·　室内采暖系统
2000年以前一直采用垂直式单管（双管）热水采暖系统，至2000年12月1日执行《新建集中供暖住宅分户热计量设计技术规程》后，开始采用共用立管的分户独立系统型式，并设户用热表。近几年低温热水地板辐射采暖也开始占有一定市场份额。顺应上述变化，室内系统也开始广泛采用各种塑料类管材。
散热器，过去一直采用铸铁散热器，直至70年代中期，才增加了钢串片对流散热器，后改进为闭式。随后陆续出现了多种钢制散热器，但始终没有广泛采用。进入21世纪，中国经济持续快速增长和巨大的散热器市场吸引了外商，很多知名品牌进入中国市场，中国的散热器生产大发展，新型、美观的钢制（板式、柱式）散热器、钢铝复合散热器、铝制散热器以及新型无粘砂铸铁散热器等都遇到了商机。为适应这一形势，2004年12月15日，北京市发布了《供热采暖系统水质及防腐技术规程》，正在贯彻执行中。
⑵　燃煤锅炉供热的十项节能技术措施和节能效果
全国供暖专业网1985年成立以来，广泛开展“三北”地区供热运行管理单位的课题成果交流，于1993年正式总结出燃煤锅炉供热十项节能技术措施，并在网内外大力推广，收到良好效果。
燃煤供热十项节能技术措施
·采用连续供暖辅以间歇调节的运行制度，改变锅炉低负荷不合理运行，提高锅炉运行效率。
·提高集中锅炉房间供式系统一次水参数，改变换热器低负荷不合理运行。
·在搞好外网初调节、消除水平失调的基础上，改变“大流量、小温差”的不经济运行。
·把凭经验的“看天烧火”变为科学的运行调节。在集中锅炉房配装微机，根据外温变化实行监控；在分散锅炉房安装仪表实行监测。
·采用变频调速补水泵定压，改“变压运行”为“定压”运行。
·在大容量锅炉上采用分层燃烧装置，减少炉渣含炭量，提高锅炉效率。
·在小容量锅炉上采用炉渣与煤混合回烧的“混合烧煤法”，节约用煤。
·将室内采暖系统末端的手动集气罐换成国外质量可靠的自动排气阀，防止暖气不热和控制丢水。
推广燃煤锅炉供热十项节能措施的效果
·据全国供暖专业网对“三北”地区八大城市的调查，1989年连续供暖只占28%，到目前绝大部分已实行连续供暖，使每0.7MW（1t/h）的锅炉容量由原来只能供4000－5000m2，提高到8000－10000 m2，供热面积，提高了负荷率，效率也相应提高，且全天保持室温达标，提高供热质量。连续供热运行效率74.2%,间歇供热运行效率57.65%。
·室外管网的平衡调节有效地解决了冷热不均，并实现节电、节煤。
·鼓、引风机采用变频技术后，大幅度节电（30%－40%）。
·变频调速定压补水泵保证了系统的安全、稳定运行。
·各项措施综合节能效果明显，如天津市1989年单方煤耗为32.4kg/ m2，据全国集中供暖分网的调查，2000年集中锅炉房降为21.14kg/ m2，已低于北京市集中锅炉房的22.45kg/m2。
⑶　燃气锅炉供热七项节能技术和节能效果
北京市建委下属的北京市房地产科研所金房暖通节能技术公司开发研制的七项节能技术，在北京市实施节能效果明显。
燃气锅炉供热七项节能技术
·气候补偿系统
·烟气冷凝热回收系统
·锅炉集控系统
·变频风机系统
·分时空控制供热
·水力平衡系统
·室温调控系统
推广燃气锅炉供热七项节能技术的效果
·据北京市2003－2004年度燃气锅炉供热普查，全市平均单方气耗为11.9m3./m2，采用上述部分节能技术后，可降为9－9.5m3/m2，投资回收期2－3年。
·提高供热质量。
·延长锅炉使用寿命。
⑷　燃煤锅炉供热存在的主要问题及形成原因
·锅炉运行热效率低
中国工业锅炉的设计效率不低，一般为72%－82%，但实际运行热效率大多在60%－65%，国家节能标准要求运行热效率达到68%。国际先进水平为80%－85%，低20个百分点。其形成的主要原因是燃用散烧的未经洗选、筛分的原煤，不能符合锅炉燃烧的基本要求（灰分高、细末多），机械不完全燃烧热损失大，普遍存在低负荷运行，过剩空气系数大，排烟热损失大等。这也运行人员水平低以及缺乏最基本的自动控制密切相关。
·除尘脱硫较难实现达标
目前北京市要求烟尘排放浓度为50mg/ m3，SO2排放浓度为150mg/ m3。实际运行中问题不少，真正达标的不多。烟尘减排与锅炉的初始排放浓度密切相关，标准要求1600 mg/ m3－1800 mg/ m3（国际先进水平一般小于1000 mg/ m3），实际多为1000 mg/ m3－3000mg/ m3，这就增加了除尘器的负担。而煤的灰分和细末量直接决定锅炉初始排放浓度。因此，原煤散烧对减排也是十分不利的。
关于SO2减排，目前多采用“燃烧后“减排，较难达标。如采用循环流化床技术，就可以在“燃烧中”脱硫，但适用于大中型锅炉。而“燃烧前”SO2减排技术，是指采用洗选块煤、固硫型煤等，这应是中小型锅炉比较实用的方法，但目前供热锅炉还没有条件用。
·管网输送效率低
国家节能标准要求管网输送效率达到90%（基础值定为85%，现在看来定得偏高）。据清华大学近年来的实测数据（一次管网损失2w/m2，二次管网损失5 w/m2，失调损失7 w/m2）推算，管网输送效率只有66%－68%。其主要原因，国外管网热损失基本上是保温，在中国此项热损失除保温外，还有泄漏和失调的因素，特别是失调造成的热损失很大又非常普遍，必须改进。
⑸　燃气锅炉供热存在的主要问题及形成原因
2004年本人亲自参加了北京市市政管委组织对全市以住宅为主的锅炉供热普查和典型调查，初步摸清了燃气锅炉供热存在的四个主要问题及形成原因。
·燃气锅炉供热平均单位面积耗气量偏高,且高低差别很大。
耗气量低的9－10 m3/m2，高的14－15m3/m2，平均11.9 m3/m2。主要原因是在“煤改气”的设计中未采用燃气节能技术，经实测，平均运行热效率80－85%，比国际先进水平低10－15个百分点。
·燃气锅炉供热普遍存在因冷凝水腐蚀锅炉而缩短炉龄的问题。
其主要原因是，燃气燃烧后烟气成分中水蒸汽的比例比燃煤时大很多倍，而烟气中水蒸汽的露点温度是58℃，其只要接触到低于露点温度的介质，就会冷凝成水，因此要求进入锅炉的回水温度一定不能低于此限，而供热回水温度往往较低，故造成结露腐蚀。
·燃气供热锅炉房供热质量有所下降。
主要原因是运行人员缺乏运行经验，不能正确地实施自动控制，只是为了节约，就按燃煤时的老经验“想当然”地去运行，结果气也没省，供热质量反而有所下降。
·燃气锅炉供热的外网水平失调对节能十分不利
外网水平失调的情况比较普遍，和燃煤没有什么区别，只是燃气更为可贵，必须重视外网调节，调查中发现，耗气量最高的往往与水平失调严重有关，造成燃气的浪费。
二、中国供热采暖系统现状分析
中国开展建筑节能已20年，从准备到逐步推进“热改”也近10年了，下面本人想就这两个当前最热门的话题，回顾一下我们走过的历程，做认真的反思，在分析现状的基础上，正视存在的问题，以便找出今后的努力方向。
20年来，我们经历了前所未有的加强围护结构保温性能、供热采暖系统节能、热计量方式、改变燃料结构以及供热方式多元化的全过程，为寻找适合中国的技术路线，同行们作了极大的努力。怎样分析和看待这段工作的经验和教训，本人想就以下四个问题谈谈个人的看法，与大家共同探讨。
1．建筑节能已经取得了一定的节能效果
从1986年首次发布建筑节能设计标准至今已经二十年了，我们从无到有编制了系列节能标准，并在全国建成了相当数量的节能住宅，如北京市2004年底共有住宅2.69亿m2，其中65%是节能住宅（一步节能约占1/3，二步节能约占2/3），尚有35%为非节能既有住宅，应该说成绩是很大的，是很不容易的。尽管人们似乎一直在怀疑这些建成的节能住宅，其耗热量指标是否能真正的达标？特别是据调查供热运行的实际煤耗指标仍居高不下，没有明显降低，让人们感到距离节能标准的要求差得太远，有些失去信心。但是，必须看到，近几年来出现的一个不容质疑的事实，那就是这些年来，凡住进二步节能商品住宅的人们，已经开始体会到了节能住宅“冬暖夏凉”的优越性，感到冬季暖气送热不多，但室内温度已经不是过去的16℃，而是18℃－20℃，甚至21℃－22℃，总之，舒服多了。有个别的热力供热，因过热用户几乎要长期“开窗放热”。过热的当然是一种浪费，应该改进。而锅炉供热一般不过热，而是提高了舒适度。煤耗指标未降，室温明显提高，这正是节能建筑带来的效益，也就是说节能建筑是节能的，这一点必须看到。因为当室温由16℃提高到20℃，约需标煤4 kg/ m2，据北京市2004年最新的调查结果，集中锅炉房和分散锅炉房平均煤耗量指标为25.3 kg/ m2，而集中锅炉房为22.5 kg/ m2。如果我们把提高室温4℃的煤耗减去，全市集中和分散锅炉房平均为25.3-4= 21.3 kg/ m2，集中锅炉房为22.5-4=18.5 kg/ m2。这表明，节约下来的煤用于提高了舒服度。至于煤耗指标比标准规定的差得很多，这也并不奇怪，因前边已讲，目前的锅炉效率和管网输送效率皆存在很大的节能抗潜空间，而提高能效正是我们今后努力的方向。
2．推进建筑节能要与供热采暖系统节能同步
在建筑节能发展过程中的最初几年，由于刚起步缺乏经验，对供热采暖系统的节能重视不够，节能建筑的围护结构保温性能提高了，而室内采暖系统依然故我，因热负荷偏大导致室温过高，用户开窗放热，后来才逐步有了改进。当前，既有非节能建筑的改造已提到日程上来，更应十分重视“二者同步”的问题，我们一定要引以为戒，不能再次出现同样的失误。
3．要综合考虑锅炉房、管网和室内采暖系统的节能
众所周知，供热采暖系统由锅炉房、管网和室内采暖系统组成。系统节能效果如何，包括用户的“行为节能”在内，最终都会反映在锅炉热效率和管网输送效率这两个能放指标上。前面介绍过，中国现实的状况，恰恰是这两个能效指标与国际先进水平有很大的差距。但是，遗憾的是，在过去的十年中，我们并没有下大力气，在提高锅炉房和管网的两个能效上下功夫（包括技术上和政策上），而是几乎把全部的注意力投向了住宅室内采暖系统。一方面，努力寻求适合中国、能满足“节能”和“热改”需要的新的室内采暖系统形式；另一方面，忙于引进和开发相应的硬件。围绕“分室调控室温，按户计室收费”这个目标，业内同行们投入了极大的热情和精力，发表论文、开会研讨，出现了前所未有的活跃局面。现在看来，在推进节能上，我们欠缺了对供热采暖系统的综合考虑，忽视了锅炉房、管网的节能，有些顾此失彼，丢失了时间。
实际上，欧洲各国在推进供热采暖系统的节能过程中，一直是坚持按整个系统的综合考虑的，他们始终如一地重视供热能效的提高，早就有了很好的基础，在70年代初推进建筑节能过程中，进一步把“行为节能”也作为一项重点工作来抓，取得了明显的效益。
“行为节能”可以激励用户的积极性，肯定是节能的一个重要环节，但又不是全部，因此对其节能预期值不宜估计过高。近年来，中国建研院空调所完成的一些测试结果，正在提示我们，在中国节能住宅的现实状况下，由于户间传热、建筑热惰性等因素影响，实测的行为节能值比预期值低很多，这表明完全没有必要一律采用户用热表计量到户，而宜多种热计量方式并存。
因此，本人认为，供热采暖系统的节能一定要按整个系统综合考虑，在中国要十分重视提高锅炉效率和管网输送效率，因为这是最大潜力之所在，要尽快行动，不能再等。当前实现“行为节能”难度较大，在“热改”初期宜先易后难，稳步推进。
4．选择计量供热方式要适合中国现实状况
在“建筑节能”和“热改”的推动下，为探索和选择符合中国国情的计量供热方式，我们整整走过了十年，至今在新建和既有住宅中采用何种方式计量，在各地都有试点，但皆尚无定论，也没有真正实施计量收费。
在选择计量方式过程中，最初人们接触的是在欧洲有悠久历史的丹麦模式――即采用楼栋热表与散热器热量分配表相结合的分摊热费方法，但普遍认为适合既有住宅改造，对新建住宅似乎应选择更完美一些的方法，最终基本定位于采用进口或国产的户用热表。随后即用了很大的精力去探索能够配装户用热表的室内采暖系统，并于2000年12月1日由北京市率先发布了《新建集中供热住宅分户热计量设计技术规程》，规定采用共用立管的分户独立系统（即“按户分环”），并设置户用热表。此后在实践中逐渐暴露出此种方式计量成本太高，各类故障等问题较多，特别是按常规要按两部制计算热费，使人们体会到户用热表不仅有别于水、电表不可能直接按计量来收费，而且也同热量分配表一样，仍是一种热费分摊工具，于是采用户用热表计量收费的“优势”不多了。天津市2000年在中国成立了第一家热计量收费公司，在新建住宅试点采用热量分配表。随后又出现过“温度法计量”、“热水表计量”等方案，近来不少业内人士认为“芬兰模式”――即设楼栋表，各户按面积分摊，比较简单，似乎更适合在中国“热改”的初期阶段采用。
看来，十年后的今天，表面上看我们似乎从过去按面积计算热费又回到了原位，实际上并不是，因为我们的现状，从新建到既有住宅每座楼栋前并没有热量表，我认为如果真的能普遍装上楼栋热表，本身就是一个进步，因为这是由粗放的经验管理逐步过渡到量化管理的重要的一步，何况不论今后采用热量分配表，还是温度法，其分摊都要用楼栋热表作为依据。而户用热表成本高，各类问题多，最好是用于独立建筑或有特殊要求之处，不宜大范围采用，而热水表误差大一般不应采用。
三、今后建议
供热采暖系统的“节能”和“热改”的目标是完全一致的，对今后的工作，我个人的建议有以下几点。
1．锅炉房
⑴　燃煤锅炉房
·强烈呼吁行政主管部门切实把解决燃煤供热锅炉燃用洗选、筛分用煤或型煤的问题提到日程上来。先试点，再逐步解决。因此问题长期存在，国家有标准（《链条炉排锅炉用煤条件》2001），应认真贯彻执行，否则提高锅炉热效率和解决脱硫除尘达标等问题都很难落实。
·大力加强司炉人员的技术培训，提高运行管理水平。
·解决质、量并调的运行调节问题。
·提高锅炉一次水参数，改变换热器低负荷运行问题。
·解决循环水泵变频技术的应用问题。
⑵　燃气锅炉房
·已完成“煤改气”的燃气锅炉房，应全面实施节能改造。
·今后新、改、扩建的燃气锅炉房，设计中要采用燃气节能技术，以避免二次节能改造。
2．管网
⑴　新建管网应按标准要求配置可实施平衡调节的各类装置。
⑵　既有管网应做好相应改造，使其具备平衡调节能力。
3．室内系统
⑴　新建住宅按标准要求在散热器安装恒温阀。
⑵　既有住宅在节能改造中按标准要求在散热器安装恒温阀。
4．热计量装置的设置（新建、既有）
⑴　锅炉房、热力站一次水进口和二次水出口均应设置计量总供热量的热量表。
⑵　楼栋的各热入口均应分设各热力入口的热量表
关于配装热计量装置的说明
本人认为，中国锅炉供热长期以来在能源消耗上没有条件实施量化管理，原因是锅炉房、热力站和楼栋前皆没有设热量表，对节能和热计量皆十分不利，如果此次配置相应热量表的建议能够实现，其好处很多，必将极大地推进供热采暖系统的节能和计量供热。因为它简便、有效，非常适合目前中国国情，并可利于逐步引导供热行业走向量化的科学管理轨道。
它的好处表现在：
·运行管理单位（供热企业）可以自行核算锅炉运行热效率，一次网和二次网的输送效率，定期上报主管部门接受监督检查，不断挖掘节能潜力，提高能效，降低成本。
·楼栋热入口的热量表可以作为各户计量供热分摊的依据，在中国“热改”初期阶段采用很合适。
·可以核算各建筑物的实际耗热量指标，检验建筑是否节能达标。
我介绍的相关情况就这些，不妥之处请大家批评指正。谢谢！