泰安电厂热泵改造方案

1目录前言.........................................................................................................................11项目概况和特点..................................................................................................22水源热泵技术原理和特点...............................................................................22.1水源热泵技术原理......................................................................................22.2水源热泵机组的特点.................................................................................32.3实施水源热泵技术的意义........................................................................43方案设计................................................................................................................53.1设计目的及设计依据.................................................................................53.2方案设计原理...............................................................................................53.3方案设计特点...............................................................................................63.4方案设计计算...............................................................................................64经济效益分析.......................................................................................................84.1投资概算.........................................................................................................84.2运行费用分析...............................................................................................84.3收益分析.........................................................................................................95环境效益分析.......................................................................................................96结论.......................................................................................................................101前言节能与环保已成为我国乃至世界可持续发展的主要瓶颈，“节能减排”已成为人类生存与发展的首要命题。我国确立了“十一五”时期节能减排的明确目标：单位国内生产总值能源消费比2005年降低20%，污染物排放总量减少10%。国家发展与改革委员会发布的《中国节能技术政策大纲（2007年版）》第三章“建筑节能”中明确提出“3.3.4发展地热源、水源、空气源热泵技术和污水源热泵技术。”这表明国家对该技术应用领域的积极鼓励态度和实施类似节能技术项目的迫切性及必要性。从低温热源取热并转移到温度高于环境温度的机器或设备称为热泵，由地下井水、城市污水、湖泊或河流中抽取的水作为冷（热）源，制取冷（热）风或冷（热）水的设备称为热泵机组，它分为压缩式和吸收式两种，具有制冷和制热双重功能。热泵由于具有节能效果好、环保效益高、利用可再生余热等优越性，是传统暖通空调和热水供应系统的替代技术之一。本文为泰安市城区热电厂水源热泵改造工程，热电厂循环冷却水流量相对稳定，水质较好，冬季水温基本维持在18℃左右，为热泵系统的应用提供了充分条件。通过本文的分析，如果采用水源热泵技术利用循环冷却水余热，可以使用两台热泵机组，一台汽轮机拖动，一台电机拖动。可以增加供热面积41.82万m2，每年热费收入1054万元。项目初投资约770万，年运行费约310万元，而使用相同蒸汽量发电仅能销售422万元；每年可以增加收益322万元，项目的实施具有显著的经济和社会效益。21项目概况和特点泰安市泰山城建热电有限公司位于泰城南部，是一家集供热、发电为一体的国有中型热电联产企业。公司占地85亩，目前安装有75t/h循环流化床锅炉1台，35t/h链条炉5台，3000kW（背压）、6000kW（背压）、12000kW（抽凝）汽轮发电机组各1套。发出的电力通过35kV线路并入电网并通过东、西、南、造纸四条管线向用户供热，年发电能力1.4亿kWh，蒸汽供热能力100万吨，供热面积180万m2，担负着泰城数十家工业企业生产用汽和城区210余家机关、学校及企事业单位的采暖、供热任务。目前一条热水管线采用循环水供热，供热面积为54万m2，供回水温度57/45℃，电厂冷凝器处于恶化真空状态下运行，把冷凝器作为热网回水加热器。采取恶化真空式供热，免除了冷源损失，热能利用效率高，但是降低了电厂机组的发电功率，降低了年总发电量，同时供水温度低，供回水温差小、流量大，外网阻力损失大。为此需要提高供水温度，扩大供热量。采用汽水换热器提高供水温度，并使冷凝器恢复正常运行状态，项目考虑利用水源热泵机组将循环冷却水中的余热回收，增加供热能力，达到综合节能的效果。2水源热泵技术原理和特点2.1水源热泵技术原理水源热泵是一种热能置换装置，输入少量能量驱动机组运行，机组就可以把低温位热能置换到高温位，供人们加以利用。它的的核心部分是：以电机或汽轮机带动压缩机、低温吸热侧蒸发器、高温放热侧冷凝器及节流阀等四大件。本文所指水源热泵实质上主要是利用电厂循环冷却水冬季预热热网回水的热泵装置。通常水源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量，故热泵技术是国家大力提倡和推广的节能技术。由原理可知水源热泵通过消耗少量能量，回收余热水余热资源，然后将能量和余热资源转化为用户所需热量，故水源热泵的制热系数永远＞1。实际上，根据余热水和用户侧所需热水等参数的不同机组3的运行工况将有所不同，但它的制热系数一般4-5之间。例如热泵的制热系数为4.5，相当于有3.5份能量从低温侧无偿获得，而只消耗了1份能量。2.2水源热泵机组的特点与传统的锅炉（电、燃料）供热系统相比，水源热泵具有明显的优势。锅炉供热只能将90％～95％的电能或55～80%的燃料内能转化为热量，因此水源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量。概括来讲，主要有以下特点：1.属可再生能源利用技术。热泵机组是利用了地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统，其中可以利用的水体包括地下水、地表水、工艺循环冷却水、矿井排水等。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的500倍还多（地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量），而且是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对均衡。这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为可能。所以说，水源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。由于水源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为8～22℃，其制冷、制热系数可达3.8～4.4。因此，近十几年来，尤其是近五年来，水源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及中、北欧如瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，中国的水源热泵市场也日趋活跃，可以预计，该项技术将会成为本世纪最有效的供热和供冷空调技术。2.高效节能。水源热泵机组可利用的水体温度冬季为8～22℃，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用户30～40％的运行费用。热泵系统之所以节能，很重要的一点就是它所提供的热量中大部分是从低温侧无偿获得，如果热泵的制热系数为4，相当于有3份能量从低温侧无偿获得，而只消耗了1份电能。对于水源热泵机组来讲，换热过程是和地下水或地表水来完成的，一般在10～22℃左右，基本不受外界环境的影响。43.运行稳定可靠。水体的温度一年四季相对稳定，是很好的热泵热源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。与燃气和燃油锅炉系统相比，省去了储油设备和燃气管道的敷设，若是燃煤锅炉系统则可以省去锅炉房及与之配套的煤场和渣场，大大减少了机房的占地面积，节约了土地资源，产生附加经济效益，提高了建筑物的使用率。4.环境效益显著。水源热泵的使用电能，电能本身为一种清洁的能源。设计良好的水源热泵机组的电力消耗，与电供暖相比，相当于减少70％以上。水源热泵技术采用的制冷剂，可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代共质，水源热泵机组的运行没有任何污染，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。热泵系统在冬季供热时省去了锅炉房系统，没有燃烧过程，无燃烧设备，避免了有害烟尘和有害物质的排放，从而不存在爆炸、燃烧的隐患。热泵机组运行安全、可靠、稳定，几乎不受天气及环境温度变化的影响，符合环保理念。5.一机多用，应用范围广。水源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。特别是对于同时有供热和供冷的需求，水源热泵有着明显的优点。不仅节省了大量能源，而且用一套设备可以同时满足供热和供冷的要求，减少了设备的初投资。6.自动运行。水源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单的系统，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低；自动控制程度高，使用寿命长可达到15年以上。2.3实施水源热泵技术的意义如果系统采用传统的燃煤、燃气锅炉供热或制取热水，则设备的效率低下、耗能较高；造成的后果是：运行费用较高，对环境的污染严重。而水源热泵技术通过回收低品位热能，在降低对环境污染的同时，还大大减少了运行费用，同时根据国家相关政策，如果实施了该项技术，还可申请较为可观的政策性补贴。5根据水源条件和供热方式可知，若能采用水源热泵这种可再生能源系统，将会从根本上改变传统的供热方式，节约大量的常规能源，减排大量的CO2和其他有害物质，为建设环境友好型、资源节约型社会探索出新的出路。本项目的实施，将会对今后水源热泵应用起到示范、促进和推动作用，特别是对项目周边地区应用可再生能源