熱泵替代燃油鍋爐供熱項(xiàng)目節(jié)能效果分析

張昌勝 王興東 (中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中心)

熱泵替代燃油鍋爐供熱項(xiàng)目節(jié)能效果分析

張昌勝 王興東 (中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中心)

燃油供熱給企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)的完成和成本的增加帶來(lái)沉重負(fù)擔(dān)，大慶油田公司燃油鍋爐房急需進(jìn)行燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整，節(jié)省能源，減少環(huán)境污染。通過(guò)對(duì)井下作業(yè)分公司井下作業(yè)三大隊(duì)鍋爐房和壓裂大隊(duì)鍋爐房進(jìn)行熱泵改造，給出改造前后效果對(duì)比分析，實(shí)踐證明熱泵替代燃油鍋爐供熱項(xiàng)目取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

燃油鍋爐 熱泵 技術(shù)改造 節(jié)能

由于水源熱泵技術(shù)是利用地下（表）水作為熱泵機(jī)組制冷制熱的熱源，是國(guó)家推廣的一項(xiàng)成熟技術(shù)，具有可再生能源利用、高效節(jié)能、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、環(huán)境效益顯著、一機(jī)多用、應(yīng)用范圍廣、自動(dòng)運(yùn)行、運(yùn)行安全等優(yōu)點(diǎn)。

大慶油田井下作業(yè)分公司三大隊(duì)鍋爐房建于1985年，地處大同區(qū)高平村，鍋爐房建有3臺(tái)4.2 MW熱水鍋爐，1臺(tái)7.0 MW熱水鍋爐，1臺(tái)2 t/h蒸汽鍋爐。主要承擔(dān)廠區(qū)辦公樓、住宅、廠房以及車庫(kù)共計(jì)51 715 m2（后重新核算面積近70 000 m2）采暖用熱。供/回水溫度77℃/61℃；供/回水壓力0.45 MPa/0.2 MPa，鍋爐房年耗油1 990 t。

井下作業(yè)分公司壓裂大隊(duì)鍋爐房建于1999年，地處東湖小區(qū)東南側(cè)，鍋爐房建有2臺(tái)4.2 MW熱水鍋爐，1臺(tái)4 t/h蒸汽鍋爐。主要承擔(dān)廠區(qū)辦公樓、廠房以及車庫(kù)共計(jì)41 176 m2采暖用熱，供/回水溫度70℃/58℃；供/回水壓力0.45 MPa/0.2 MPa，鍋爐房年耗油2 500 t。

高昂的供熱成本給企業(yè)帶來(lái)了沉重負(fù)擔(dān)，并且鍋爐房附近都有充足的低溫回注水熱源，因此優(yōu)先對(duì)以上兩個(gè)大隊(duì)進(jìn)行熱泵替代燃油鍋爐技術(shù)改造。通過(guò)改造，避免了石油資源和低溫?zé)嵩吹睦速M(fèi)，降低了企業(yè)供熱成本，減輕了企業(yè)負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目的。井下作業(yè)分公司替代燃油鍋爐供熱的熱泵技術(shù)有兩種方式，從技術(shù)及經(jīng)濟(jì)角度分析結(jié)果看，電動(dòng)水源熱泵供暖工程投資和運(yùn)行費(fèi)用高出吸收式熱泵較多，其原因是天然氣價(jià)格為油田內(nèi)部?jī)r(jià)，價(jià)格低（0.78元/m3），而電價(jià)是市場(chǎng)價(jià)格[0.547 3元/（kW·h）]。從管理和適用性能上看，電動(dòng)水源熱泵機(jī)組運(yùn)行操作簡(jiǎn)單、管理方便，因此本項(xiàng)目采用電動(dòng)水源熱泵技術(shù)。

1 熱泵的原理

水源熱泵是一種進(jìn)行熱（冷）交換來(lái)作為熱（冷）源的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能系統(tǒng)。通過(guò)輸入少量的高品位能源（如電能），實(shí)現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移。通常水源熱泵機(jī)組消耗1 kW·h的能量，用戶可以得到3～5 kW·h以上的熱量或冷量。水源熱泵機(jī)組與制冷設(shè)備的原理和系統(tǒng)設(shè)備組成及功能是一樣的，見(jiàn)圖1。主要由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器和膨脹節(jié)流閥組成。水源熱泵是通過(guò)冷凝器提取高溫位熱量制熱和通過(guò)蒸發(fā)器提取低溫能量制冷實(shí)現(xiàn)制熱與制冷兩種工況的。在冬季利用熱泵供暖，是以水為熱源把水中的熱量“取”出來(lái)，提高溫度后，供給室內(nèi)采暖。由于水源熱泵以水為熱源，全年較為穩(wěn)定，其能效比（COP）可達(dá)4以上。

圖1 熱泵原理示意圖

井下作業(yè)分公司熱泵站工藝流程見(jiàn)圖2。

（1）從污水站引出的42℃的含油污水經(jīng)升壓泵升壓后，送至板式換熱器與循環(huán)清水換熱，污水釋放熱能后，溫度降至32℃再回到注水罐，回注地下。

（2）在板式換熱器內(nèi)吸收熱能的37℃循環(huán)清水被送至熱泵機(jī)組蒸發(fā)器，釋放低溫?zé)崮芎螅瑴囟冉抵?7℃，流回開式水箱。經(jīng)清水循環(huán)泵升壓，循環(huán)使用。

（3）60℃的采暖回水在熱泵機(jī)組冷凝器吸收高品位熱能，溫度升至80℃后送至采暖系統(tǒng)，釋放熱量后，回采暖循環(huán)泵升壓，循環(huán)使用。

圖2 熱泵站工藝流程

2 熱泵改造前后耗能對(duì)比

2.1 井下作業(yè)分公司三大隊(duì)鍋爐房熱泵改造

利用大慶油田第五采油廠太一聯(lián)合站回注水余熱，將井下作業(yè)分公司三大隊(duì)鍋爐房已建鍋爐拆除，鍋爐間改建為熱泵站，供熱參數(shù)與原鍋爐房相同，已建熱網(wǎng)及室內(nèi)采暖系統(tǒng)不做改造。太一聯(lián)合站距三大隊(duì)鍋爐房約3 km。改造前后效果具體見(jiàn)表1。

表1 三大隊(duì)鍋爐房改造前后耗能

2.2 井下作業(yè)分公司壓裂大隊(duì)鍋爐房熱泵改造

利用大慶油田第二采油廠薩西Ⅱ注水站回注水余熱，將壓裂大隊(duì)鍋爐房已建鍋爐拆除，鍋爐間改建為熱泵站，供熱參數(shù)與原鍋爐房相同，已建熱網(wǎng)及室內(nèi)采暖系統(tǒng)不做改造。薩西Ⅱ注水站距離井下壓裂大隊(duì)辦公樓約2.5 km。改造前后效果具體見(jiàn)表2。

表2 壓裂大隊(duì)鍋爐房改造前后耗能

3 熱泵改造后節(jié)能效果分析

渣油價(jià)格按2 800元/t計(jì)算，電價(jià)按0.547 3元/kW·h計(jì)算。

3.1 井下作業(yè)分公司三大隊(duì)熱泵改造后效果

改造前使用燃煤鍋爐年耗渣油量約1 990 t；循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵共耗電量約6.288 5×105kW·h；一年燃用渣油的費(fèi)用約5.572×106元；循環(huán)泵費(fèi)用約3.442×105元；總費(fèi)用約5.916 2×106元。

改造后使用熱泵、循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵共耗電量約4.7991×106kW·h。年節(jié)能量相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤約2 330.39 t；使用熱泵的費(fèi)用約2.725 1×106元；每年共節(jié)約3.191 1×106元；碳減排量約1 258.4 t；二氧化碳減排量約為614.59 t。具體詳見(jiàn)圖3。

圖3三大隊(duì)熱泵改造前后效果

3.2 井下作業(yè)分公司壓裂大隊(duì)熱泵改造后效果

改造前壓裂大隊(duì)使用燃煤鍋爐年耗渣油量約為2 500 t；循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵共耗電量約3.833 8×105kW·h；一年燃用渣油的費(fèi)用約7×106元；循環(huán)泵費(fèi)用約2.098 2×105元；總費(fèi)用約7.209 82×106元。

改造后使用熱泵、循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵共耗電量約4.26×106kW·h；年節(jié)能量為標(biāo)準(zhǔn)煤約3 095.06 t；使用熱泵的費(fèi)用約2.331 50×106元；每年節(jié)約費(fèi)用約4.878 3×106元。碳減排量約1 671.33 t；二氧化碳減排量約6 128.78 t。具體詳見(jiàn)圖4。

圖4 壓裂大隊(duì)熱泵改造前后效果

5 結(jié)論

兩個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施結(jié)果表明，熱泵技術(shù)可節(jié)約優(yōu)質(zhì)能源，實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益，是一項(xiàng)值得推廣的節(jié)能減排技術(shù)。

（1）投資3.3×107元，直接年節(jié)約費(fèi)用8.069 42×106元。

（2）直接投資回收期4.09 a（未考慮其他費(fèi)用的節(jié)省，如維修維護(hù)、人力、環(huán)境設(shè)施、消耗的柴油等）；年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤5 425.45 t。

（3）碳減排量：5 425.45 t×0.54（碳排放系數(shù))=2 929.74 t；二氧化碳減排量：2 929.74 t×3.667（系數(shù)）=10 743.37 t；年實(shí)現(xiàn)減少二氧化碳排放量10 743.37 t。另外，還減少了二氧化硫、氮化物等氣體的排放，減排的效益非常巨大。

6 建議

（1）熱泵改造設(shè)計(jì)上要充分考慮熱泵的裝機(jī)功率和功率的衰減因素，使供暖期間達(dá)到供暖要求，特別是寒冷的冬季。

（2）要充分考慮熱源的性質(zhì)。一是熱源的熱量，二是熱源的品質(zhì)，對(duì)含油污水應(yīng)及時(shí)處理，保證機(jī)組正常運(yùn)行。

（3）改造后使用方應(yīng)加強(qiáng)管理和維護(hù)，及時(shí)調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到運(yùn)行優(yōu)化和節(jié)能的目的。

[1]姜湘山.燃油燃?xì)忮仩t技術(shù)叢書[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.

[2]車得福,劉銀河.供熱鍋爐及其系統(tǒng)節(jié)能[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[3]趙軍,戴傳山.地源熱泵技術(shù)與建筑節(jié)能應(yīng)用[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2007.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.01.003

2010-11-25）

張昌勝，2007年畢業(yè)于吉林化工學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，大學(xué)本科學(xué)歷，助理工程師，主要從事節(jié)能技術(shù)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)工作，地址：大慶市讓胡路區(qū)西賓路552號(hào)，163453。