泰安市以工業冷卻循環水為低溫熱源供熱的可行性研究

孫大偉 李欽峰

摘 要：熱泵是近年來在全世界備受關注的新能源技術。人們越來越重視如何通過熱泵技術，將生活和生產排出的廢熱以及貯存在土壤、地下水、地表水以及空氣中的太陽能，用于建筑物采暖和熱水供應等方面，從而有效地降低高位能的耗散速度，減少環境污染，給人類創造美好的家園。文章淺議泰安市以工業冷卻循環水為低溫熱源供熱的可行性研究。

關鍵詞：集中供熱；熱泵；采暖

1 前言

我國工業余熱的資源很豐富，利用的潛力很大，分布也很廣，不少余熱溫度較高且載熱體流量穩定，具有較好的利用條件。凝汽發電廠的冷源放熱就是一例。由于這部分熱量的品位低而一直未被利用。近年來，雖然有些電廠采用低真空運行方式用循環冷卻水來向采暖用戶供熱，但用量少，且供熱量不大，多數電廠還是將這部分熱量排放到自然環境中。對于低溫位工業余熱的回收利用技術，目前提出的有熱泵技術、低溫發電、吸收式制冷等手段[1]。

采用熱泵為建筑物供熱可以大大降低一次能源的消耗。通常我們通過直接燃燒礦物燃料（煤、石油，天然氣）產生熱量，并通過若干個傳熱環節最終為建筑供熱。在鍋爐和供熱管線沒有熱損失的理想情況下，一次能源利用率（即為建筑物供熱的熱量與燃料發熱量之比）最高可為100%。但是，燃燒礦物燃料通常可產生1500～1800℃的高溫能源，是高品位的熱能，而建筑供熱最終需要的是20～25℃的低品位熱能，直接燃燒礦物燃料為建筑供熱意味著大量可用能的損失。如果先利用燃料燃燒產生的高溫熱能去發電，然后利用電能驅動熱泵從周圍環境中吸收低品位的熱能，適當提高溫度再向建筑供熱，就可以充分利用燃料中的高品位能量，大大降低用于供熱的一次能源消耗。供熱用熱泵的性能系數。即供熱量與消耗的電能之比，現在可達到3～4；火力發電站的效率可達35～58%[2]。采用燃料發電再用熱泵供熱的方式，在現有先進技術條件下一次能源利用率可以達到200%以上。因此，采用熱泵技術為建筑物供熱可大大降低供熱的燃料消耗，不僅節能，同時也大大降低了燃燒礦物燃料而引起的CO2和其他污染物的排放。為滿足低溫熱負荷的需要，同時提高能源利用率，我們可以考慮利用工業余熱作為熱源采達到這一目的[3-4]。

據泰安市經貿委提供的數字顯示：今年1-6月份，78家重點資源綜合利用認定企業實現資源綜合利用產品銷售收入14.74億元、利潤1368萬元。利用工業固體廢物404.42萬噸。21家資源綜合利用電廠發電148525.61萬千瓦時。68戶重點用水企業工業用水量38562.57萬噸，重復利用水量36008.01萬噸，重復利用率達到93.38%，由此可見泰安市的工業余熱的利用是有很大發展潛力的。

2 工程實例

壓縮式水源熱泵調研地點為大慶陽光佳苑社區供熱站。此供熱站是讓湖路區熱泵改造項目中的一個熱泵站，大慶市讓湖路區采用熱泵集中供熱工程，是以大慶煉化公司工業循環冷卻水為熱源，采用壓縮式熱泵機組，熱泵房建設面積1500平方米。

2.1 項目設計參數

2.1.1 熱源：利用大慶煉化公司第三循環場及擴建水場的循環冷卻水，設計總的循環水量52000m3/h，實際總的循環水量35300m3/h，設計給水溫度38℃，實際給水溫度34℃。

2.1.2 驅動源：220V、50HZ交流電，總的需電負荷為50000kw。

2.1.3 熱泵機組：根據調查，七個小區內需供熱的老式非節能建筑約12萬平方米，末端均采用散熱器形式，新式節能建筑約308萬平方米，末端均采用地板幅射形式，整個工程所需熱負荷192000kw，擬建熱泵房7個，節能建筑選用R22制冷劑的常溫機組，非節能建筑選用R134a制冷劑的高溫機組。

2.1.4 系統水設計溫度：節能建筑（地暖）供回水溫度55/45℃；非節能建筑（散熱片）供回水溫度65/50℃。

2.2 工程量

2.2.1 在煉化公司區域內，建換熱站一座，鋪設工業循環冷卻水供回水Φ1420×12管線各0.2km，一級管網供回水Φ920×10各為1.9km。

2.2.2 從煉化公司6號門東側圍墻外2m起至讓胡路供熱小區鋪設供回水主干管線Φ920×10各為6.7km。

2.2.3 各小區建熱泵房一座；通過熱泵機組將二級循環水溫度從45-50℃提升至55-65℃后給居民供熱。

2.3 整體320萬m2建筑工程節能減排情況

2.3.1 該項目建設可節煤（以七臺河煤為基準） 73686噸/年。

2.3.2 該項目節約水量為120萬噸/年。

2.3.3 通過該項目實施可實現減少二氧化碳排放量為：189667.764噸/年；二氧化硫442116kg/年；減少煙塵排放量8355992kg/年；減少氮氧化物排放量1433929.56kg/年；減少煙氣量為1.59×109標準立方米/年。

2.4 一期工程節能減排情況

56萬平米供暖面積改造后燃料煤消耗減少12895噸/年，節約水量為21萬噸/年；通過該項目實施可實現減少二氧化碳排放量為33191.86噸/年；二氧化硫77370kg/年；減少煙塵排放量1462298.6kg/年；減少氮氧化物排放量250937.7kg/年；減少煙氣量為2.8×108標準立方米/年。節能減排效果顯著。

2.5 實施效果

一期工程于2006年11月14日正式投入使用，經過一個采暖期的運行，達到了設計效果，在整個采暖期內，室內平均溫度在21℃以上的達到了95%，室內平均溫度在18℃以上的占5%。熱泵供熱系統運行參數與設計參數對比如下表。

熱泵運行參數與設計參數對比如表

3 泰安工業廢熱應用前景

泰山現有淺層地熱應用項目大多都是采用土壤源熱泵技術，土壤源熱泵：是以大地為熱源對建筑進行空調的技術，缺陷是地下埋管換熱器的供熱性能受土壤性質影響較大。

以現在泰安市的工業基礎及工業結構采用工業冷卻循環水為低溫熱源是未來幾年內的發展趨勢，泰安市可利用的高品位低溫熱源有多處：如泰安市的新汶礦業集團、肥城礦業集團的在生產過程中礦井水冬季能到達30℃左右是很好的低溫熱源，山東石橫特鋼集團、泰安石化等公司的工業冷卻循環水溫高達35℃，山東石橫發電廠、山東石橫中華發電有限公司等發電過程的高溫蒸汽及高溫水供暖市政管網后的余溫還能高達50℃左右這都是冬季采用熱泵集中供暖的優質的的高品位熱源。

以工業冷卻循環水為低溫熱源的熱泵系統不僅熱源品質比以土壤為低溫熱源的熱泵系統熱源品質高，而且其造價也遠遠低于土壤源熱泵（節省了打地源井的開支，增加的設備只有板式換熱器及循環水泵）。因此據實際調研數據，泰安完全有能力及條件采用工業冷卻循環大規模供熱。

參考文獻

[1]何榮幟，林弈誠.國外熱泵發展與應用譯文集（一）[C].

[2]蔣爽，李震端木琳.海水熱泵系統在斯德哥爾摩應用及其在中國的發展前景[C].2005年全國空調與熱泵節能技術交流會論文集，2005.

[3]謝汝鏞.我國水源熱泵機組應用的現狀與發展[J]. 現代空調，1999（2）：35-39.

[4]T.Ryushi，IchirouKita，TomonobuSakurai，MikinobuYasumatsu，MasanoriIsokawa，Yasutugu Aihara，Kotaro Hama.The effect of exposure to negative air ions on the recovery of physiological responses after moderate endurance exercise[J].International Journal of Biometeorology.1998（3）.

作者簡介：孫大偉（1988，1-），男，山東泰安，本科，助理工程師，淺層地熱的開發與利用。