关于北方城市工业余热供热的调研与探讨

赵宇通 王春林

摘 要：本文针对我国北方城市工业余热供热及清洁取暖资源的调研内容进行论述，形成针对城市及周边低碳供热资源的调研思路。通过调研各类统计资料，形成了低碳供热资料，包括电厂余热、工业余热、风电资源、生物质资源、污水余热、城镇垃圾等热源形式的北方城市低碳能源供热能力的调研清单。针对北方城市及周边的低碳及清洁能源资源，给出工业余热作为能源供热的调研方法和建议。为城市利用工业余热供热提供基础规划资料，从而探究北方低碳供热的发展方向。

关键词：工业余热；低碳供热；清洁能源；调研方法

中图分类号：TU833；TK11+5  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2024）04-0016-05

2020年以来，我国提出了“碳达峰”和“碳中和”（双碳）的目标，如何从目前以化石能源为主的能源结构转向为低碳甚至是零碳能源结构是这一政策能否实现的关键。应推动能源清洁低碳安全高效利用，深入推进工业、建筑、交通等领域低碳转型[1]。目前能源结构革新是我国各行业非常重要的一个工作目标，而供热系统作为城市能源系统中非常重要的一个环节却时常被忽视，往往人们更为关注的是节电、节气、节水。根据相关专家的研究，城市级的供暖的能耗和碳耗可以占到我国全部建筑运行维护能耗和碳耗的1/4以上。城市供热的目的是为人民提供舒适的生活和工作环境，降低建筑能耗和碳耗不能以牺牲人们的环境舒适性为代价，对于供热系统如何实现低碳甚至是零碳供热，目前的方法主要是“节流”，即降低建筑物本身的能源消耗：采用传热系数较小的墙体材料和结构，降低建筑自身向外界的传热量；使用密封性较强的门窗，使室内外空气通过门窗缝隙交换的能力大大降低；不同地方设立不同的建筑节能标准等措施。目前“节流”这个手段已经取得较好的效果，工艺技术也比较成熟，但若想进一步降低能耗和碳耗已经很难得到很大的进展。今后我国城市供热系统的热源结构和热源效率优化是从“开源”的角度来降低建筑能耗碳耗的，低碳能源供暖就是优化热源的有效模式。

近年来北方城镇集中供热面积快速增加，对于北方城市供热来说，工业余热作为清洁、低碳的供暖热源，成为一个城市降碳的重要举措和可行方式。我国2020年总能耗折合49.8亿tce，工业能耗占65%，其中70%以上用于冶金、化工、水泥、燃料等生产行业，这些行业能源综合利用效率不足50%[2]，余热回收潜力巨大。我国北方城镇集中供热仍以燃煤和燃气为主，截至2020年底工业余热集中供热面积占比仅为1.2%[3]。未来工业余热可以占到北方城镇供暖的20%以上，研究发展工业余热是我国城市能源结构革新的非常重要的环节。

本文就工业余热及低碳能源调研给出了调研的思路和方式方法，以期为北方城市工业余热调研工作提供参考。

1 工业余热调研目的

结合我国工业大国的基本国情，我国各类工业余热资源丰富，且我国城镇的集中供热管网覆盖率高，未来应发展以工业余热为主的低碳清洁供热技术。工业余热供热调研是为了工业余热等清洁能源作为供热热源积累前期数据并且作为北方城市未来供热规划的基础数据。城市级供暖系统的建设和设计若采用工业余热等低碳清洁能源作为热源，需要在城市供热规划和设计前摸清整个城市及周边可采用的工业余热，而工业余热作为供热热源是近些年采用的新技术，各个城市普遍无相关资料和数据，并且各个城市的工业产业也在不停地随着行业发展而变化，工业余热的数据和资料每个时期变化很大。目前我国北方地区对于工业余热等低碳清洁热源的供热数据较为欠缺，缺少各个城市的工业余热作为热源供热的相关调研工作，北方地区城市缺少较为全面和系统的工业余热调研思路和方法。故而，在“双碳”政策背景下北方城市急需尽快进行工业余热供热的调研工作，也是实现低碳供热需长期进行的工作，对于我国能源结构有着重要的意义。

2 工业余热调查内容及调研任务

2.1 调研内容

工业余热调研从城市层面，围绕供热系统和清洁能源资源展开，城市及周边资源如图1所示，主要调研内容包括城市及周边城镇的工业余热及其他低碳清洁资源和城市供暖系统现状。

2.1.1 调研思路

为了对城市进行工业余热低碳清能源规划，首先需要了解城市既有供热系统的现状，通过对既有供热系统的调研，分别从热源、输配、末端上了解目前城市供熱运行存在的问题，并逐一给出解决思路。其中，为了解决上述问题，需要对城市的可行热源进行调研。除了工业余热资源外，热电联产、风电资源等低碳清洁热源都是调研的范畴。通过合理组合分配热源，可以实现较大比例的工业余热和低碳清洁热源供暖，避免“一刀切”式的煤改气或者频繁使用低效高污染的散煤锅炉。与此同时，调研也需要对城市发展情况进行调研，以便进行未来供热规划。这样，分别从热量供给侧和需求侧进行调研规划，实现工业余热低碳清洁供热。此外，在进行城市调研的同时，也需要对城市周边的县镇进行相同内容的调研，调研思路如图2所示。从宏观层面完成对工业余热热源资源的部署，促进城市和周边城镇低碳清洁供热协调发展。

因此，工业余热调研有以下几项核心任务：

（1）城市供热系统现状调研及问题总结。

（2）城市周边现状热源及其他清洁热源资源调研。

（3）城市发展现状调研及未来规划。

（4）城市周边县镇供热现状及供热资源调研。

（5）工业余热低碳清洁供热技术路线规划。

围绕上述核心任务，调研小组需要分别进行细致的调研和分析任务。

2.2 调研具体任务

工业余热调研以发现现有供热系统存在的问题和为城市设计工业余热及低碳清洁取暖发展路线为核心目标。在工业余热调研中，以一个城市和周边的县镇为单位进行调研。需要完成详细数据调研清单。考虑到具体城市的情况，在实际调研的过程中不局限于仅满足此章节描述的调研任务要求，需多从实际角度出发思考存在的问题和需要调研的资料，更好地实现调研目标。

2.2.1 城市供热系统现状调研

通常来看供热系统运行现状的数据主要从各个城市的热力公司获得，城市住建委相关供热管理部门也会有部分数据统计。如果一个城市存在较多的热力公司，则以最主要的热力公司为重点调研对象，其他小型热力公司只调研热源容量、供热面积、热网情况这些基本信息。可以和当地城市的供热管理部门了解城市整体供热情况（如热力公司个数，各自规模，热网等），再选取最大的热力公司進行重点调研。

在调研供热系统运行数据时一般需要调研历史三年的数据，时间间隔为一天或者一小时。但调研小组可以视实际情况决定。如果运行系统无自动监控系统且历史数据获取比较麻烦则可以仅获取历时一年的数据。

（1）热源系统现状：包括并不限于热源位置，规模，热源工作流程，供热面积，热源运行供热量、能耗，热源出口运行数据（温度、流量）；对于热源为热电联产的单位，除上述资料外，还需要调研热电联产机组装机容量，年度发电量，供热量，煤耗，发电满小时数，汽轮机热平衡图。

（2）输配系统运行现状：包括并不限于一次网运行数据（温度、流量、压力），一次管网图纸，一次管网总长度，一次网所带总面积，历史三年一次网运行电耗，水耗：根据热源的位置和一次网水泵的位置确定，公司统计。历史三年一次网运行数据（温度、流量、压力）：如果为单一热源，则可能与上一节热源出口数据重合。是否存在蒸汽管网，蒸汽管网长度。各热力站位置和负责供热面积，热力站类型，历史三年热力站热耗、电耗、水耗：最好根据各个站分别给出。历史三年热力站运行数据（温度、流量、压力）：对于有自控系统的热力站，建议全面获取数据。对于无自控系统的热力站，可以选取典型站获取。

（3）末端建筑情况：城市保温改造进度、节能建筑与非节能建筑的面积和分布情况、末端建筑采暖形式、散热器供暖和地暖供暖各自面积。

（4）运行管理机制：包括并不限于热力公司运行调节方法，居民、公建供热价格和热网建设费，热源购热价格，热力站电价、水价。

（5）调研内容总结：通过关键指标的计算，总结调研内容。这里提供一些调研中需要计算的关键指标。但实际指标可能不止于下表，根据各个调研的实际情况灵活分析。

2.2.2 城市周边工业余热资源调研

在进行工业余热资源调研时，注意多参照相关研究和文献中对工业余热资源利用的陈述，结合调研的产量和流程结果计算供热利用潜力。包括有余热回收潜力的高能耗工业企业包括但不限于：钢铁企业、炼铜企业、水泥企业炼油厂、烧碱厂，需要收集工艺流程图、每项工艺对应产量、各工艺温度概况和余热回收潜力、是否已进行相关改造等。

我国城市及周边的工业资源丰富，与之带来的工业能耗也十分巨大，2020年底我国工业各行业能耗达到32.27亿tce，如图3所示各工业行业能耗情况[4]。目前可以采用技术比较成熟的工业余热资源有以下五种：黑色金属冶炼（主要为钢铁）、有色金属冶炼（主要为铜、铝）、化工业（制酸、合成氨、电石、甲醇、氯碱）、石油煤炭及其他燃料加工（主要为石油化工）和其他行业（主要为水泥熟料制造）[5]，调研内容主要围绕着这五种工业资源来进行。其他工业余热资源由于成本、技术等原因还不能大规模回收利用，不做考虑和论述。

2.2.3 城市周边其他低碳清洁热源资源调研

在进行城市周边其他低碳清洁热源资源调研时，注意多参照相关研究和文献中对低碳清洁热源资源利用的陈述，结合调研的产量和流程结果计算供热利用潜力。包括的资源如下：

（1）风电资源：机组位置、装机容量、发电小时数、逐月发电量、上网电量等。

（2）生物质资源：主要农作物种类、周边农作物秸秆产量、剩余可回收秸秆量等。

（3）垃圾和污水资源：城市主要垃圾和污水处理厂位置、处理能力、处理工艺、有无热量回收潜力等[6]。

（4）太阳能资源及水利资源：机组位置、机组装机容量、发电小时数、逐月发电量、上网电量等。

调研时注意了解这些低碳清洁热源资源是否已进行了供热相关的改造，或者是否有改造的计划。

2.2.4 城市发展现状调研及未来规划

在调研中规定现状为调研时间上一年年底统计的数据。进行规划时根据各地规划年限确定。

（1）发展现状：城市行政规划、各区人口、用地面积、建筑面积，城市主导产业等。并计算现状人均建筑面积。

（2）未来发展规划：是否有城市整体的发展规划，对未来人口和面积的估计，未来城市工业企业发展情况，是否有迁入或者迁出的工业企业等。

2.2.5 城市周边县镇供热现状及供热资源调研

（1）县镇基本信息：人口、用地面积、建筑面积等。

（2）县镇供热现状：按照上文2.2.1所述进行调研。

县镇周边工业余热资源和其他低碳清洁热源资源调研：按照上文2.2.2和2.2.3所述进行调研，注意考虑与城市的重合部分。

2.2.6 工业余热及低碳清洁供热技术路线规划

（1）总结城市和县镇供热系统存在的问题，分别提出解决技术路线，降低供热系统能源消耗，提升供热质量。

（2）根据城市发展现状和未来的规划，预测城市和县镇供热负荷需求。

（3）根据调研结果，设计工业余热及其他低碳清洁能源的利用方案，提升现有优质热源供热能力，开发周边可行的工业余热及低碳清洁热源利用，综合考虑城市和周边县镇的协调发展。

（4）根据热源方案，同时设计配套的管网和运行调节技术。

3 工业余热调研方法

由于工业余热调研的数据量庞大，涉及部门和单位较多，这里对调研方法和时间安排给出建议。当然，调研小组需根据实际工作时应灵活协调，根据实际情况制定调研计划。调研示意图4所示：

3.1 调研涉及部门和单位

（1）城市发改委及工业企业管理部门及各类清洁资源管理部门：对当地工业企业进行管理，不同类型资源可能归不同部门管理。

（2）城市住建委供热管理部门：负责管理整个城市供热事务，协调热力公司与用户的需求。

（3）具体工业企业。

（4）城市热力公司：直接负责供热，可能会有多个分公司或者分所，可能有多个热源和热网运行情况出现。

（5）热电厂、工厂：很多城市热源和热力公司独立运行，热源将热量销售给热力公司。

（6）周边县镇供热管理部门和热力公司。

3.2 调研方法建议

在调研的过程中首先通过城市住建委和发改委等相关管理部门了解城市的宏观供热和发展情况完成城市发展现状调研及未来规划调研任务。再联络各个热力公司，如果一个城市有多个热力公司，则可以根据调研时间精力选择最大最具代表性的热力公司进行细致供热现状调研，其余热力公司粗略调研现状。

对热力公司调研的同时，可以根据当地热源情况，针对周边有供热资源的热源单位（电厂、工业企业），对工艺流程进行细致调研，分析计算供热潜力。对于生物质、垃圾污水这样的资源，以走访和问卷调研的形式获取信息。同时，对当地企业的发电情况，耗电量情况进行调研，方便后面进行整体能源规划[7]。

针对工业余热及其他低碳清洁资源调研时，首先根据相应城市的统计年鉴获得该城市该生产工艺或其他环节的生产总量，结合工程案例和文献相关工艺环节回收余热的估算方法获得可回收余热量，如下式所述。

某城市工业余热回收量

在城市调研后，对周边县镇供热情况进行调研，设计问卷填写的方式完成调研任务。尤其对于县镇和城市有共用热源的情况，一定要做到细致调研，合理统筹规划城市和县镇发展。因此，在调研前，建议先对各县镇的基本情况有所了解。根据工作精力选择重点县镇细致调研。

在一个城市或地区调研结束后，需要对调研数据进行汇总，进行科学整理，统一数据及整理格式，方便日后数据的综合分析和方案设计。

4 结论和展望

工业余热作为热源供热是我国实现“双碳”政策的有效手段和行动路线，工业余热供热的大范围应用的前提就是对于城市及周边的充分且有效的调研。本文对于工业余热调研的内容清单、调研方法等内容进行了阐述，这些内容是根据多次项目的实际、实地调研总结归纳出来的，通过本文阐述的调研内容和方法进行了多个北方城市工业余热调研，并且得到了相关城市工业余热及低碳清洁供热规划中的大量基础数据，对于今后北方城市的工业余热利用有着很大的参考意义。

参考文献：

〔1〕中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要[N].人民日报，2021-03-13（001）.

〔2〕赵国明.工业余热、废热在集中供热中的应用[C]//中国市政工程华北设计研究总院有限公司，中国建设科技集团股份有限公司.2021供热工程建设与高效运行研讨会论文集.煤气与热力，2021：3.

〔3〕清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2023（城市能源系统专题）[M].北京：中国建筑工业出版社，2023.58，59.

〔4〕国家统计局能源统计司.中国能源统计年鉴2021[M].北京：中国统计出版社，2022.60-65.

〔5〕夏建军.流程工业余热资源及利用[J].可持续发展经济导刊，2022，20（04）：30-31.

〔6〕鄭雯，夏建军，左河涛，等.北方地区清洁热源与热负荷调研[J].区域供热，2019，9（01）：26-35+53.

〔7〕王东，左河涛，方豪，等.清洁供热规划关键问题的思考[J].建筑节能，2020，48（09）：51-54.