熱泵技術(shù)利用地?zé)嵛菜诩泄嵯到y(tǒng)的應(yīng)用案例

朱憲良郝慶（渤海石油水電服務(wù)公司，天津，郵編： 30045）

一、前言

能源是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著人類文明的進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展，人類對能源的消耗愈來愈多。因此，大力發(fā)展新能源與可再生能源已成為我國21世紀(jì)發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)和建設(shè)小康社會(huì)刻不容緩的主要任務(wù)和戰(zhàn)略目標(biāo)。國務(wù)院總理溫家寶在十一屆全國人大三次會(huì)議上指出：要大力發(fā)展新能源、新材料、節(jié)能環(huán)保等產(chǎn)業(yè)。大力發(fā)展低碳技術(shù)，推廣高效節(jié)能技術(shù)，積極發(fā)展新能源和可再生能源。

供熱是能源消耗的大戶，從目前我國的能源利用結(jié)構(gòu)和城市集中供熱發(fā)展態(tài)勢看，以熱電聯(lián)產(chǎn)和大型區(qū)域鍋爐房為熱源集中供熱仍然為主體。但近年來，隨著一次石化能源開采量飛速增加而帶來的能源緊張情勢促使以利用地?zé)?、工業(yè)廢水、地表水、城市污水、燃?xì)?、太陽能等方式作為輔助性環(huán)保熱源參與集中供熱所占的比例逐年增加。熱泵技術(shù)是應(yīng)用低位可再生能源的重要技術(shù)措施之一。人們愈來愈關(guān)注如何通過熱泵技術(shù)，將貯存在土建、地下水、地表水或空氣中的太陽能之類的自然能源以及生活和生產(chǎn)排除的廢熱，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。

本文通過闡述天津塘沽渤海石油水電服務(wù)公司港區(qū)水暖分公司（下簡稱“港區(qū)”）采用熱泵技術(shù)利用地?zé)嵛菜Y源替代原有燃?xì)忮仩t進(jìn)行供熱所取得的可觀經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，從而為同行業(yè)的供熱企業(yè)提供借鑒和參考。

二、熱泵技術(shù)簡介

（一）熱泵。

熱泵僅需要消耗少量高品位能源（電能或燃料），就能從低溫?zé)嵩矗ㄈ绛h(huán)境空氣、海水、土壤等）中抽取大量低溫?zé)崮?，將其溫度升高后“泵送”給用戶。顧名思義，熱泵也就是向泵那樣、可以把不能直接利用的地位熱能（如地?zé)帷⒐I(yè)廢熱、城市污水、空氣、土壤、太陽能等）轉(zhuǎn)換為可以利用的高位熱能，從而達(dá)到節(jié)約部分高位能（如煤、燃?xì)?、油、電能等）的目的?/p>

熱泵雖然需要消耗一定量的高位能，但所供給用戶的熱量卻是消耗的高位熱能與吸取的地位熱能的總和，也就是說，應(yīng)用熱泵，用戶獲得的熱量永遠(yuǎn)大于所消耗的高位能（水源熱泵常規(guī)能效比在4以上）。因此，熱泵是一種節(jié)能裝置。

（二）熱泵應(yīng)用。

70年代以來，熱泵工業(yè)進(jìn)入了黃金時(shí)期，世界各國對熱泵的研究工作都十分重視，諸如國際能源機(jī)構(gòu)和歐洲共同體，都制定了大型熱泵發(fā)展計(jì)劃，熱泵新技術(shù)層出不窮，熱泵的用途也在不斷的開拓，廣泛應(yīng)用于空調(diào)、供熱和工業(yè)領(lǐng)域，在能源的節(jié)約和環(huán)境保護(hù)方面起著重大的作用。

我國熱泵技術(shù)的研究工作起步較晚。80年代以后，熱泵技術(shù)的研究日益受到重視，并取得了一系列的研究成果，部分企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量已達(dá)到或接近國際領(lǐng)先的地位。90年代后在集中供熱領(lǐng)域得到了較好發(fā)展，像北京的地?zé)嵛菜?、沈陽的大面積地下水源、污水熱源泵利用項(xiàng)目等均很成功。

熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可能提供的熱能品質(zhì)都與熱源的特性有關(guān)，而熱泵應(yīng)用的關(guān)鍵之一就是尋找并巧妙地利用合適的熱源。

三、熱泵技術(shù)應(yīng)用背景

渤海石油港區(qū)原有供暖熱源為區(qū)內(nèi)40蒸噸的燃?xì)庹羝仩t房。2007年10月《港六地?zé)峋苯庸┡?xiàng)目》實(shí)施投產(chǎn)后，利用港六井地?zé)崴娲瓉礤仩t蒸汽，實(shí)現(xiàn)了港區(qū)6萬m2辦公樓的冬季供暖。地?zé)峋诠┡a(chǎn)中得到初步應(yīng)用，港區(qū)地?zé)峁┡蓊~由改造前的5%提高到42%左右，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益明顯。但仍存在以下節(jié)能減排潛力：

1、地?zé)嵛菜€有利用潛力

港區(qū)地?zé)嶂惫┖蟾哿牡責(zé)崴m得到較大程度的利用，也有了較好的節(jié)能成效。但其直供后地?zé)嵛菜欧艤囟葹?2℃左右，流量約為80方/小時(shí)，這部分地?zé)嵛菜呐欧乓泊嬖谥鵁崃康睦速M(fèi)。依靠現(xiàn)有工藝和設(shè)備無法對其進(jìn)行利用，還存在較大的利用潛力。

2、地?zé)嵛菜磳?shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放

港六井直供后尾水排放溫度為42℃左右，未達(dá)到天津市地?zé)嵛菜?5℃以下排放標(biāo)準(zhǔn)。天津市《關(guān)于進(jìn)一步規(guī)范地?zé)衢_發(fā)利用方式提高地?zé)豳Y源利用率的通知》(津國土房熱［2008］63號）文件中規(guī)定“2008年底前地?zé)嵛菜?5℃以下排放，2009年底前地?zé)嵛菜?5℃以下排放”。

四熱泵技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目

針對上述問題，我們在國內(nèi)對熱泵技術(shù)進(jìn)行了大量的調(diào)研和論證工作，最終確定了溴化鋰吸收式水源熱泵。由于項(xiàng)目的核心設(shè)備—溴化鋰吸收式水源熱泵為國內(nèi)較早使用天然氣為動(dòng)力的吸收式水源熱泵，因此我們邀請國內(nèi)行業(yè)專家對項(xiàng)目進(jìn)行綜合論證和評審，經(jīng)專家評審該項(xiàng)目技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行。同時(shí)根據(jù)港區(qū)的實(shí)際供暖情況，我們要求廠家依據(jù)實(shí)際及后期的保障運(yùn)行進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造。

（一）改造創(chuàng)造性

國內(nèi)首例利用以天然氣為動(dòng)力的吸收式水源熱泵提取地?zé)嵛菜挠酂幔瑢⒌蜏厮訜岢蓾M足采暖需求70℃高溫?zé)崴?。同時(shí)將供暖尾水排放溫度由原來的約42℃降低到25℃以下。

水源熱泵原理：通過壓縮或吸收工藝將熱量由“低”溫介質(zhì)向“中”溫介質(zhì)傳遞，形成“高”溫介質(zhì)加以利用，提升了所用介質(zhì)（水）的熱品質(zhì)。形象類似于用水泵將低處的水提升到高處。

改造工藝示意圖

（二）熱泵技術(shù)應(yīng)用情況

改造前供暖模式：

總供暖面積14.5萬m2（辦公區(qū)6萬m2，生產(chǎn)作業(yè)區(qū)8.5萬 m2）。

3臺(tái)燃?xì)忮仩t（15蒸噸2臺(tái)，10蒸噸1臺(tái)），1口高溫地?zé)峋?口低溫地?zé)峋?座中心換熱站。

改造后供暖模式：

地?zé)嶂惫?萬平米）+熱泵供暖（8.5萬平米）=14.5萬平米。

經(jīng)2009-2010年一個(gè)完整采暖期的運(yùn)行，地?zé)嶂惫┙Y(jié)合熱泵經(jīng)受住了天津幾十年不遇的極寒氣溫-16℃的考驗(yàn)（150天供暖，3臺(tái)鍋爐一天沒點(diǎn)），保障了渤海港區(qū)生產(chǎn)、辦公供暖需求，大幅度降低了供暖運(yùn)行成本。

五、熱泵應(yīng)用產(chǎn)生的效益

（一）經(jīng)濟(jì)效益

每年節(jié)省天然氣180萬方（由260萬方至80萬方）直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益486萬元；同時(shí)節(jié)約材料、修理費(fèi)、自用水電等費(fèi)用24萬元，累計(jì)節(jié)約510萬元/年。項(xiàng)目投資500萬元，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)年投資，當(dāng)年回收成本。

（二）社會(huì)效益

減少污染物排放：二氧化碳300t/a。

地?zé)嵛菜芍暗?2℃降至25℃以下達(dá)標(biāo)排放，地?zé)豳Y源得到充分應(yīng)用。

七、結(jié)論

能源結(jié)構(gòu)調(diào)整是今后集中供熱企業(yè)需要面對的嚴(yán)峻的社會(huì)現(xiàn)實(shí)問題。減少煤炭、燃油在整個(gè)供熱能源系統(tǒng)中所占比例是環(huán)節(jié)國家能源緊缺的當(dāng)務(wù)之急之舉措，因而從事集中供熱行業(yè)的專家、企業(yè)都應(yīng)當(dāng)結(jié)合不同的區(qū)域?qū)嶋H、不拘一格，挖掘并開發(fā)多種能源利用形式，完善并切實(shí)保障城市現(xiàn)代化建設(shè)需要的新型集中供熱系統(tǒng)。熱泵作為一種利用高位能使熱量從低位能源流向高位熱源的節(jié)能裝置，在制取熱能的能源消耗可比傳統(tǒng)方法節(jié)省一倍甚至數(shù)倍。因此，熱泵在制取生產(chǎn)和生活熱能的諸多領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展與應(yīng)用前景。

1、馬最良，呂悅.地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.1