泰安市以工業(yè)冷卻循環(huán)水為低溫?zé)嵩垂岬目尚行匝芯?/h1>
2014-01-03 02:59:12孫大偉李欽峰
科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年1期
孫大偉 李欽峰
摘 要：熱泵是近年來在全世界備受關(guān)注的新能源技術(shù)。人們越來越重視如何通過熱泵技術(shù)，將生活和生產(chǎn)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(yīng)等方面，從而有效地降低高位能的耗散速度，減少環(huán)境污染，給人類創(chuàng)造美好的家園。文章淺議泰安市以工業(yè)冷卻循環(huán)水為低溫?zé)嵩垂岬目尚行匝芯俊?/p>
關(guān)鍵詞：集中供熱；熱泵；采暖
1 前言
我國工業(yè)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(wěn)定，具有較好的利用條件。凝汽發(fā)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(yùn)行方式用循環(huán)冷卻水來向采暖用戶供熱，但用量少，且供熱量不大，多數(shù)電廠還是將這部分熱量排放到自然環(huán)境中。對于低溫位工業(yè)余熱的回收利用技術(shù)，目前提出的有熱泵技術(shù)、低溫發(fā)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(chǎn)生熱量，并通過若干個(gè)傳熱環(huán)節(jié)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(fā)熱量之比）最高可為100%。但是，燃燒礦物燃料通?？僧a(chǎn)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(chǎn)生的高溫?zé)崮苋グl(fā)電，然后利用電能驅(qū)動熱泵從周圍環(huán)境中吸收低品位的熱能，適當(dāng)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(shù)。即供熱量與消耗的電能之比，現(xiàn)在可達(dá)到3～4；火力發(fā)電站的效率可達(dá)35～58%[2]。采用燃料發(fā)電再用熱泵供熱的方式，在現(xiàn)有先進(jìn)技術(shù)條件下一次能源利用率可以達(dá)到200%以上。因此，采用熱泵技術(shù)為建筑物供熱可大大降低供熱的燃料消耗，不僅節(jié)能，同時(shí)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?zé)嶝?fù)荷的需要，同時(shí)提高能源利用率，我們可以考慮利用工業(yè)余熱作為熱源采達(dá)到這一目的[3-4]。
據(jù)泰安市經(jīng)貿(mào)委提供的數(shù)字顯示：今年1-6月份，78家重點(diǎn)資源綜合利用認(rèn)定企業(yè)實(shí)現(xiàn)資源綜合利用產(chǎn)品銷售收入14.74億元、利潤1368萬元。利用工業(yè)固體廢物404.42萬噸。21家資源綜合利用電廠發(fā)電148525.61萬千瓦時(shí)。68戶重點(diǎn)用水企業(yè)工業(yè)用水量38562.57萬噸，重復(fù)利用水量36008.01萬噸，重復(fù)利用率達(dá)到93.38%，由此可見泰安市的工業(yè)余熱的利用是有很大發(fā)展?jié)摿Φ摹?/p>
2 工程實(shí)例
壓縮式水源熱泵調(diào)研地點(diǎn)為大慶陽光佳苑社區(qū)供熱站。此供熱站是讓湖路區(qū)熱泵改造項(xiàng)目中的一個(gè)熱泵站，大慶市讓湖路區(qū)采用熱泵集中供熱工程，是以大慶煉化公司工業(yè)循環(huán)冷卻水為熱源，采用壓縮式熱泵機(jī)組，熱泵房建設(shè)面積1500平方米。
2.1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)參數(shù)
2.1.1 熱源：利用大慶煉化公司第三循環(huán)場及擴(kuò)建水場的循環(huán)冷卻水，設(shè)計(jì)總的循環(huán)水量52000m3/h，實(shí)際總的循環(huán)水量35300m3/h，設(shè)計(jì)給水溫度38℃，實(shí)際給水溫度34℃。
2.1.2 驅(qū)動源：220V、50HZ交流電，總的需電負(fù)荷為50000kw。
2.1.3 熱泵機(jī)組：根據(jù)調(diào)查，七個(gè)小區(qū)內(nèi)需供熱的老式非節(jié)能建筑約12萬平方米，末端均采用散熱器形式，新式節(jié)能建筑約308萬平方米，末端均采用地板幅射形式，整個(gè)工程所需熱負(fù)荷192000kw，擬建熱泵房7個(gè)，節(jié)能建筑選用R22制冷劑的常溫機(jī)組，非節(jié)能建筑選用R134a制冷劑的高溫機(jī)組。
2.1.4 系統(tǒng)水設(shè)計(jì)溫度：節(jié)能建筑（地暖）供回水溫度55/45℃；非節(jié)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(qū)域內(nèi)，建換熱站一座，鋪設(shè)工業(yè)循環(huán)冷卻水供回水Φ1420×12管線各0.2km，一級管網(wǎng)供回水Φ920×10各為1.9km。
2.2.2 從煉化公司6號門東側(cè)圍墻外2m起至讓胡路供熱小區(qū)鋪設(shè)供回水主干管線Φ920×10各為6.7km。
2.2.3 各小區(qū)建熱泵房一座；通過熱泵機(jī)組將二級循環(huán)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(jié)能減排情況
2.3.1 該項(xiàng)目建設(shè)可節(jié)煤（以七臺河煤為基準(zhǔn)） 73686噸/年。
2.3.2 該項(xiàng)目節(jié)約水量為120萬噸/年。
2.3.3 通過該項(xiàng)目實(shí)施可實(shí)現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)立方米/年。
2.4 一期工程節(jié)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(jié)約水量為21萬噸/年；通過該項(xiàng)目實(shí)施可實(shí)現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)立方米/年。節(jié)能減排效果顯著。
2.5 實(shí)施效果
一期工程于2006年11月14日正式投入使用，經(jīng)過一個(gè)采暖期的運(yùn)行，達(dá)到了設(shè)計(jì)效果，在整個(gè)采暖期內(nèi)，室內(nèi)平均溫度在21℃以上的達(dá)到了95%，室內(nèi)平均溫度在18℃以上的占5%。熱泵供熱系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)對比如下表。
熱泵運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)對比如表
3 泰安工業(yè)廢熱應(yīng)用前景
泰山現(xiàn)有淺層地?zé)釕?yīng)用項(xiàng)目大多都是采用土壤源熱泵技術(shù)，土壤源熱泵：是以大地為熱源對建筑進(jìn)行空調(diào)的技術(shù)，缺陷是地下埋管換熱器的供熱性能受土壤性質(zhì)影響較大。
以現(xiàn)在泰安市的工業(yè)基礎(chǔ)及工業(yè)結(jié)構(gòu)采用工業(yè)冷卻循環(huán)水為低溫?zé)嵩词俏磥韼啄陜?nèi)的發(fā)展趨勢，泰安市可利用的高品位低溫?zé)嵩从卸嗵帲喝缣┌彩械男裸氲V業(yè)集團(tuán)、肥城礦業(yè)集團(tuán)的在生產(chǎn)過程中礦井水冬季能到達(dá)30℃左右是很好的低溫?zé)嵩?，山東石橫特鋼集團(tuán)、泰安石化等公司的工業(yè)冷卻循環(huán)水溫高達(dá)35℃，山東石橫發(fā)電廠、山東石橫中華發(fā)電有限公司等發(fā)電過程的高溫蒸汽及高溫水供暖市政管網(wǎng)后的余溫還能高達(dá)50℃左右這都是冬季采用熱泵集中供暖的優(yōu)質(zhì)的的高品位熱源。
以工業(yè)冷卻循環(huán)水為低溫?zé)嵩吹臒岜孟到y(tǒng)不僅熱源品質(zhì)比以土壤為低溫?zé)嵩吹臒岜孟到y(tǒng)熱源品質(zhì)高，而且其造價(jià)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于土壤源熱泵（節(jié)省了打地源井的開支，增加的設(shè)備只有板式換熱器及循環(huán)水泵）。因此據(jù)實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù)，泰安完全有能力及條件采用工業(yè)冷卻循環(huán)大規(guī)模供熱。
參考文獻(xiàn)
[1]何榮幟，林弈誠.國外熱泵發(fā)展與應(yīng)用譯文集（一）[C].
[2]蔣爽，李震端木琳.海水熱泵系統(tǒng)在斯德哥爾摩應(yīng)用及其在中國的發(fā)展前景[C].2005年全國空調(diào)與熱泵節(jié)能技術(shù)交流會論文集，2005.
[3]謝汝鏞.我國水源熱泵機(jī)組應(yīng)用的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 現(xiàn)代空調(diào)，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?zé)岬拈_發(fā)與利用。
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我國工業(yè)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(wěn)定，具有較好的利用條件。凝汽發(fā)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(yùn)行方式用循環(huán)冷卻水來向采暖用戶供熱，但用量少，且供熱量不大，多數(shù)電廠還是將這部分熱量排放到自然環(huán)境中。對于低溫位工業(yè)余熱的回收利用技術(shù)，目前提出的有熱泵技術(shù)、低溫發(fā)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(chǎn)生熱量，并通過若干個(gè)傳熱環(huán)節(jié)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(fā)熱量之比）最高可為100%。但是，燃燒礦物燃料通?？僧a(chǎn)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(chǎn)生的高溫?zé)崮苋グl(fā)電，然后利用電能驅(qū)動熱泵從周圍環(huán)境中吸收低品位的熱能，適當(dāng)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(shù)。即供熱量與消耗的電能之比，現(xiàn)在可達(dá)到3～4；火力發(fā)電站的效率可達(dá)35～58%[2]。采用燃料發(fā)電再用熱泵供熱的方式，在現(xiàn)有先進(jìn)技術(shù)條件下一次能源利用率可以達(dá)到200%以上。因此，采用熱泵技術(shù)為建筑物供熱可大大降低供熱的燃料消耗，不僅節(jié)能，同時(shí)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?zé)嶝?fù)荷的需要，同時(shí)提高能源利用率，我們可以考慮利用工業(yè)余熱作為熱源采達(dá)到這一目的[3-4]。
據(jù)泰安市經(jīng)貿(mào)委提供的數(shù)字顯示：今年1-6月份，78家重點(diǎn)資源綜合利用認(rèn)定企業(yè)實(shí)現(xiàn)資源綜合利用產(chǎn)品銷售收入14.74億元、利潤1368萬元。利用工業(yè)固體廢物404.42萬噸。21家資源綜合利用電廠發(fā)電148525.61萬千瓦時(shí)。68戶重點(diǎn)用水企業(yè)工業(yè)用水量38562.57萬噸，重復(fù)利用水量36008.01萬噸，重復(fù)利用率達(dá)到93.38%，由此可見泰安市的工業(yè)余熱的利用是有很大發(fā)展?jié)摿Φ摹?/p>
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2.1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)參數(shù)
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2.1.2 驅(qū)動源：220V、50HZ交流電，總的需電負(fù)荷為50000kw。
2.1.3 熱泵機(jī)組：根據(jù)調(diào)查，七個(gè)小區(qū)內(nèi)需供熱的老式非節(jié)能建筑約12萬平方米，末端均采用散熱器形式，新式節(jié)能建筑約308萬平方米，末端均采用地板幅射形式，整個(gè)工程所需熱負(fù)荷192000kw，擬建熱泵房7個(gè)，節(jié)能建筑選用R22制冷劑的常溫機(jī)組，非節(jié)能建筑選用R134a制冷劑的高溫機(jī)組。
2.1.4 系統(tǒng)水設(shè)計(jì)溫度：節(jié)能建筑（地暖）供回水溫度55/45℃；非節(jié)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(qū)域內(nèi)，建換熱站一座，鋪設(shè)工業(yè)循環(huán)冷卻水供回水Φ1420×12管線各0.2km，一級管網(wǎng)供回水Φ920×10各為1.9km。
2.2.2 從煉化公司6號門東側(cè)圍墻外2m起至讓胡路供熱小區(qū)鋪設(shè)供回水主干管線Φ920×10各為6.7km。
2.2.3 各小區(qū)建熱泵房一座；通過熱泵機(jī)組將二級循環(huán)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(jié)能減排情況
2.3.1 該項(xiàng)目建設(shè)可節(jié)煤（以七臺河煤為基準(zhǔn)） 73686噸/年。
2.3.2 該項(xiàng)目節(jié)約水量為120萬噸/年。
2.3.3 通過該項(xiàng)目實(shí)施可實(shí)現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)立方米/年。
2.4 一期工程節(jié)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(jié)約水量為21萬噸/年；通過該項(xiàng)目實(shí)施可實(shí)現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)立方米/年。節(jié)能減排效果顯著。
2.5 實(shí)施效果
一期工程于2006年11月14日正式投入使用，經(jīng)過一個(gè)采暖期的運(yùn)行，達(dá)到了設(shè)計(jì)效果，在整個(gè)采暖期內(nèi)，室內(nèi)平均溫度在21℃以上的達(dá)到了95%，室內(nèi)平均溫度在18℃以上的占5%。熱泵供熱系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)對比如下表。
熱泵運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)對比如表
3 泰安工業(yè)廢熱應(yīng)用前景
泰山現(xiàn)有淺層地?zé)釕?yīng)用項(xiàng)目大多都是采用土壤源熱泵技術(shù)，土壤源熱泵：是以大地為熱源對建筑進(jìn)行空調(diào)的技術(shù)，缺陷是地下埋管換熱器的供熱性能受土壤性質(zhì)影響較大。
以現(xiàn)在泰安市的工業(yè)基礎(chǔ)及工業(yè)結(jié)構(gòu)采用工業(yè)冷卻循環(huán)水為低溫?zé)嵩词俏磥韼啄陜?nèi)的發(fā)展趨勢，泰安市可利用的高品位低溫?zé)嵩从卸嗵帲喝缣┌彩械男裸氲V業(yè)集團(tuán)、肥城礦業(yè)集團(tuán)的在生產(chǎn)過程中礦井水冬季能到達(dá)30℃左右是很好的低溫?zé)嵩?，山東石橫特鋼集團(tuán)、泰安石化等公司的工業(yè)冷卻循環(huán)水溫高達(dá)35℃，山東石橫發(fā)電廠、山東石橫中華發(fā)電有限公司等發(fā)電過程的高溫蒸汽及高溫水供暖市政管網(wǎng)后的余溫還能高達(dá)50℃左右這都是冬季采用熱泵集中供暖的優(yōu)質(zhì)的的高品位熱源。
以工業(yè)冷卻循環(huán)水為低溫?zé)嵩吹臒岜孟到y(tǒng)不僅熱源品質(zhì)比以土壤為低溫?zé)嵩吹臒岜孟到y(tǒng)熱源品質(zhì)高，而且其造價(jià)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于土壤源熱泵（節(jié)省了打地源井的開支，增加的設(shè)備只有板式換熱器及循環(huán)水泵）。因此據(jù)實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù)，泰安完全有能力及條件采用工業(yè)冷卻循環(huán)大規(guī)模供熱。
參考文獻(xiàn)
[1]何榮幟，林弈誠.國外熱泵發(fā)展與應(yīng)用譯文集（一）[C].
[2]蔣爽，李震端木琳.海水熱泵系統(tǒng)在斯德哥爾摩應(yīng)用及其在中國的發(fā)展前景[C].2005年全國空調(diào)與熱泵節(jié)能技術(shù)交流會論文集，2005.
[3]謝汝鏞.我國水源熱泵機(jī)組應(yīng)用的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 現(xiàn)代空調(diào)，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）.
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