热泵技术利用地热尾水在集中供热系统的应用案例

一 � 前言 能源是人类赖 以生存和发 展的物质基础 .随着人类 文 明的进步和社会发展， 人类对能源的消耗愈来愈多. 因此， 大 力发展新能源与 可再生能源已成为我国 21 世纪发展国民 经 济和建设小康社会刻不容缓的主要任务和战略目标. 国务院 总理温家宝在十一届 全国人大三次会议上指 出： 要大力发 展 新能源, 新材料, 节能环保等产业.大力发 展低碳技术， 推广 高效节能技术， 积极发展新能源和可再生能源 . 供热是能源消 耗的大户，从 目前我国的 能源利用结 构 和城市集中供热发展 态势看， 以 热电联产和大型区域锅炉 房 为热源集中供热仍 然为主体.但近年来， 随着一次石化能 源 开采量飞速增加而 带来的能源紧张情势促使 以利用地热, 工 业废水 , 地表 水, 城 市污水 , 燃 气, 太阳能 等方式作 为辅助 性 环保热源参与集中供热所占的比例逐年增加. 热泵技术是应 用低位可再生能源的重要技术措施之一. 人们愈来愈关注如 何通过热泵技术， 将贮存在土建 , 地下水, 地表水或空气 中的 太阳能之类的自然能 源以及生活和生产排除 的废热， 用于建 筑物采暖和热水供应 等方面， 从 而有效地降低高位能的耗散 速度. 本文通过阐述 天津塘沽渤海 石油水电服 务公司港区 水 暖分公 司 （下 简称 "港区 " ） 采用热 泵技术 利用地热 尾水资 源 替代原有燃气锅炉进 行供热所取得的可观经济 和社会效益， 从而为同行业的供热企业提供借鉴和参考. 二 � 热泵技术简 介 （ 一 ） 热泵. 热泵 仅需要 消耗少 量高 品位能 源 （电能 或燃 料 ） ， 就能 从低温 热源 （如环境空 气, 海水, 土壤 等 ） 中抽取 大量低温 热 能， 将其温度升高后 "泵送" 给用户. 顾名思义， 热泵也就是向 泵那 样, 可以 把不能 直接 利用 的地 位热 能 （如 地热 , 工业 废 热, 城市 污水, 空气 , 土壤, 太阳能等 ） 转换为可以利用的高 位 热能， 从而达 到节约部分 高位能 （如 煤, 燃气, 油, 电能 等 ） 的 目的. 热泵虽然需要 消耗一定量 的高位能，但 所供给用户 的
论 文 与 案 例 交 流
�资源节约与环保� 2012 年 第四期

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地热尾水 25�以下排放标准.天津市 �关于进一步规范地热 开 发利 用 方式 提 高 地热 资 源 利用 率 的 通知� (津国 土 房 热 ［2008］ 63 号)文件中规定 "2008 年底前地热 尾水 35�以 下排 放， 2009 年底前地热尾水 25 �以下排放" . 四 热泵技术应用项目 针对上述问题 ， 我们在国内 对热泵技术进行了大量的 调 研和论证工作 ， 最终确定了 溴化锂吸收式水源热泵 .由于项 目的 核心设备 �溴化锂吸 收式水 源热泵为 国内较 早使用 天 然气为动力的 吸收式水源热泵， 因此我们邀请国内行 业专家 对项目进行综 合论证和评审， 经专家评审该项目技术 和经济 可行.同时根 据港区的实际供暖情况， 我们要求厂家 依据实 际及后期的保障运行进行设计和制造. （一 ） 改造创造性 国内首例利用 以天然气为 动力的吸收 式水源热泵提 取 地热尾水的余热， 将低温水加 热成满足采暖需求 70 �高温热 水.同时将供 暖尾水排放温度由原来的约 42 �降低到 25 � 以下. 水源 热泵原理 ： 通过压 缩或 吸收工 艺将 热量由 " 低" 温 介质 向 "中 " 温介 质传递， 形成 "高 " 温 介质加 以利用， 提升 了 所用介质 （水 ） 的热品质. 形象类似于用水泵将低处的水提升 到高处. 米. 经 2009- 2010 年一个完整采暖期的运 行， 地热 直供结合 热泵经受住了天津几十年 不遇的极寒 气温 - 16 �的考验 （150 天供暖， 3 台锅炉一天没点 ） ， 保障了渤海港区生产, 办公供暖 需求， 大幅度降低了供暖运行成本. 五 �热泵应用产生的效益 （一 ） 经济效益 每年节省天然气 180 万方 （由 260 万方至 80 万方） 直接 产生经济效益 486 万元； 同时节约材料 , 修理费, 自用水电等 费用 24 万元， 累计节约 510 万元 / 年. 项目投资 500 万元， 实 现了当年投 资， 当年回收成本. （二 ） 社会效益 减少污染物排放： 二氧化碳 300t/a. 地热尾水由之前的 42� 降至 25 �以下达 标排放，地热 资源得到充 分应用. 七 �结论 能源结 构调整是 今后集 中供热企 业需要 面对的严 峻的 社会现实问题.减少煤炭 , 燃油在整个 供热能源系统中所占 比例是环节国家能源紧缺 的当务之急之举措， 因而从事集中 供热行业的 专家, 企业 都应当结 合不同 的区域 实际, 不拘一 格， 挖 掘并开发 多种能 源利用形 式， 完善并 切实保障 城市现 代化建设需要的新型集中供热系统. 热泵作为一种利用高位 能使热量从低位能源流向 高位热源的节能装置， 在制取热能 的能源消耗可比传统方 法节省一倍甚至数倍.因 此， 热泵在 制取生产和生活热能的诸多 领域， 具有 广阔的发展与应用前 景. 参考文献 1, 马最良， 吕悦 .地源热泵系统设计 与应用.北京： 机械工 改造工艺示意图 业出版社， 2007.1 （二 ） 热泵技术应用情况 改造前供暖模式：
热量 却是消耗的高位热能与吸 取的地位热能的总和， 也就是 说， 应用热泵， 用户获得的 热量永远大于所消耗的高位 能 （水 源热泵常规能效比在 4 以上 ） .因此， 热泵是一种节能装置. （二 ） 热泵应用. 70 年代以来， 热泵 工业进入了 黄金时期， 世界各 国对热 泵 的研究 工作都十 分重视 ，诸如国 际能源 机构和欧 洲共同 体， 都制定了大 型热泵发展计划， 热泵新技术层出不穷 ， 热泵 的 用途也在不断的开拓， 广泛应用于空调 , 供热和工 业领域， 在能源的节约和环境保护方面起着重大的作用. 我国热泵技术的研究工作起步较晚.80 年代以 后， 热泵 技 术的研究日益受到重视，并 取得了一系列的研究成果 ， 部 分 企业产品 技术水 平和产品 质量已 达到或 接近国际 领先的 地位.90 年代 后在集中供热领域得到了较好发展， 像北京的 地 热尾水利 用, 沈阳的 大面积地 下水源 , 污 水热源泵 利用项 目等均很成功. 热泵系统 的经济 性和可能 提供的 热能品质 都与热 源的 特性 有关， 而热泵 应用的关键之一就是寻找 并巧妙地利用合 适的热源. 三 �热泵技术应用背景 渤海 石油港区原有供暖热源为区 内 40 蒸吨的 燃气蒸汽 锅炉房.2007 年 10 月 � 港六地热井直接供暖项目� 实施投产 后， 利 用港六井 地热水 替代原来 锅炉蒸 汽， 实现了港 区 6 万 m2 办公楼的冬季供暖.地热井在供暖生产中得到初 步应用， 港区地热供暖份额由改 造前的 5% 提高到 42% 左右，经济和 社会效益明显.但仍存在以下节能减排潜力： 1, 地热尾水还有利用潜力 港区地热 直供后 港六井的 地热水 虽得到较 大程度 的利 用， 也有了较好的 节能成效.但其直供后 地热尾水排放温度 为 42 �左右， 流量约为 80 方 / 小时 ， 这部分地热 尾水的排放 也存在着热量的浪费. 依靠现有工艺和设备无法对其进行利 用， 还存在较大的利用潜力. 2, 地热尾水未实现达标排放 港六井直供后尾水排放温度为 42�左右， 未达到天津市
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热泵技术利用地热尾水在集中供热系统的应用案例
朱宪良 1 郝庆 2（渤海石油水电服务公司， 天津， 邮编： ������）
摘
要：我 公司通过对 地热水 资源的进 一步挖 潜，结合 水源热泵 技术利 用地热 尾水实现 用户供热 .通过
2009- 2010 年一个完整采暖期的运行， 实现 了地热直供结合热泵技术 应用于供暖全部替代原有燃 气锅炉运行的模 式.节约了燃料的使用， 减少了污染物的排放， 降低了供暖运行成本， 实现了经济与社会效益的双丰收. 关键词： 水源热泵 地热直供 地热尾水 热源 节能