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10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2、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“ 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3、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。1 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（4、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，5、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6、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9095的电能或5580%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7、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822，其制冷、制热系数可达3.84.4。因此，近十几年来，尤其是近五年来，水源热泵空调系8、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822，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3040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1022左9、右，基本不受外界环境的影响。 3.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10、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11、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。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12、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提供有益借鉴。3 方案设计3.1 设计目的及设计依据（1）设计目的采用水源热泵技术，回收循环冷却水低品位热能，预热一级网回水，增加供热能力。通过改造，减少能源消耗，提高了能源的综合利用效率，节约资源和运行费用。（2）设计依据1、采暖通风与空气调节设计规范（GB500192003）2、制冷设备安装、施工及验收规范GBJ66843、建筑设备专业设计技术资料4、通风及空调工程安装、施工及验收规范GBJ500243-2003 5、设备及管道绝热工程设计规范GB50264-976、通风与空调工程施工质量13、验收规范GB 5024320037、建筑给水排水设计规范8、业主提供的技术资料及相关要求。3.2 方案设计原理热电厂改造后，原循环水供热改为高温水供热，一级网供回水设计温度为110/60。冷凝器改善真空度正常运行，进入冷凝器蒸汽流量为25t/h，这些蒸汽冷凝释放的热量传给循环冷却水，利用新建的热泵机组可以将这些热量从冷却水中提取出来加热一级网回水，将其温度从60加热到65，再进入汽水换热器加热到110供用户使用。热泵机组主要利用汽轮机拖动其压缩机工作，蒸汽由电厂内抽凝式汽轮机抽气提供，乏汽再进入换热器继续加热一级网回水。3.3 方案设计特点（1）回收了循环冷却水低品位余热资源，用于冬季建筑供暖14、，增加了供热面积，较传统系统更加节能。（2）热泵机组使用汽轮机拖动，蒸汽来源于电厂内抽凝机，不耗费电能，同时乏汽排出后仍可进入换热器继续对热网的水进行加热。（3）针对循环冷却水水温较低、而一级网侧所需水温较高的特点，热泵机组采用压缩机双级串联，满足用户需求，每台机组使用两台压缩机，两台汽轮机拖动。3.4 方案设计计算（1） 设计参数冬季平均室外温度： -3冬季采暖室外计算温度： -9冬季采暖室内计算温度： 18采暖期天数： 120天循环冷却水进出热泵蒸发器温度： 18/13一级网回水进出热泵冷凝器温度： 60/65一级网设计供、回水温度： 110/60其它相关设计参数参见甲方提供参数和国家相关15、设计规范及标准。（2） 供热能力分析进入冷凝器的乏汽流量G=25t/h，这些乏汽完全冷凝为水所放出的热量为根据上述设计参数及热泵机组厂家计算结果，可以选择两台热泵机组。单台机组吸热量Q=8.806MW，输出功率W=2.867MW，制热量Q+W=11.5MW。热泵机组的实际制热系数为即在上述工况下，即热泵从低温热源取3.011MW热量,需要消耗1MW高品位能，可向高温侧提供4.011MW热量。两台机组总输出功率5.734MW，总吸热量17.612MW，总制热量23MW。泰安地区的采暖面积综合热指标按55W/m2计算，则可以增加供热面积为万m2整个采暖季热泵的实际供热量为（3） 设备选型通过上文分16、析，选两台热泵机组，型号为CYKQRQRK7U25DGDGG，单台机组吸热量Q=8.806MW，输出功率W=2.867MW，额定制热量为11.5MW，热泵机组的实际制热系数为4.011，热泵机组的总供热能力23MW。机组蒸发器、冷凝器及机组汽轮机参数详见下表机组蒸发器、冷凝器器参数表蒸发器冷凝器介质水水管束271*261*回程数2*2*污垢系数0.08600*0.08600*进水温度（）1860出水温度（）1365水流量（L/s）421549阻力（kPa）81.579.6机组汽轮机参数表高压汽轮机低压汽轮机汽轮机进气温度（）300300汽轮机排气温度（）190190汽轮机进气压力（表压）0.717、MPa0.7MPa汽轮机排气压力（表压）0.15MPa0.15MPa汽轮机进气量（t/h）2426总进气量50 t/h汽轮机输出功率（kW）14001467总输出功率2867 kW由于单台机组需蒸汽50t/h，两台供需蒸汽100t/h，而电厂抽凝机最大抽气量80t/h，无法满足需求。因此考虑一台机组由汽轮机拖动，另一台使用电动机拖动，输出功率不变。单台机组尺寸为725058254890mm（不含汽轮机）（4） 机房布置由于场地限制，机房采用双层布置，每层一台热泵机组，单台机组大约占地1100070005000mm(含汽轮机)，一层设卫生间、休息室。因此机房跨度12m，长度21m，单层净高7.518、m。4 经济效益分析4.1 投资概算投资机房部分包括：热泵机组设备、机房设备、管道安装、电气及自控工程、机房土建工程等。机房系统投资概算设备名称设备参数型号数量单位小计（万元）热泵机组（含汽轮机）制热量:11.5MW功率：2.867MWCYKQRQRK7U25DGDGG1台1150热泵机组（含电动机）制热量:11.5MW功率：2.867MWCYKQRQRK7U25DGDGG1台920机房设备、管道安装、电气及自控工程设备及管道包括：机房热水及蒸汽管路、阀门、管件、仪表、安装、保温、调试等电气及自控包括：机组及附属设备配电箱、仪表、自控、调试等以上两项大概占机组设备总投资的30%1项620机房土19、建工程按1500元/m2计算1项80合计（万元）2770通过上表可知，改造工程共需投资2770万元。该项目属于国家大力提倡的节能环保技术，国家会进行补贴2000万元，实际初投资为770万元。4.2 运行费用分析（1）热泵系统运行费用分析该系统使用两台机组，一台蒸汽拖动，一台电机拖动，因此其运行费用仅为一台机组的电耗费用。由于热泵机组整个采暖季不可能都在设计工况下运行，所以在计算热泵机组的电耗时应采用平均制热系数，电动机组整个采暖季的耗电量为：万kWh电价0.4401元，因此设备运行费用为：万元。（2） 人工运行成本热泵机组的运行实行两班制，每班需6人，全天共12人，按照2500元/人/月计算，20、人工成本共计12万元。（3） 折旧费若回收期为20年，则每年的折旧费为万元。综上，热泵机组系统年运行成本费共计310万元。4.3 收益分析泰安市平均采暖热价为25.2元/m2，如增加供热面积41.82万m2，则收缴热费金额为：万元如果采用热泵机组，每个采暖季除去系统运行成本可盈余万元。如果不采用热泵机组，蒸汽不用来拖动机组汽轮机，而是用来发电，电厂汽轮机使用该参数蒸汽发电汽耗一般为15kg/kWh，则50t/h蒸汽发电为：电厂售卖电价0.4401元，可以实现销售收入为万元。采用热泵机组回收循环冷却水余热，增加热网供热能力，扩大供热面积，每年能比使用相同蒸汽发电多收益万元，而热泵系统投资770万21、元，则静态回收期约2.39年。每年获得较多收益额的原因在于：水源热泵仅消耗少量电能，75%以上热量从循环冷却水无偿获得。5 环境效益分析如果增加的供热面积使用燃煤锅炉房供热，锅炉效率按70%计算，耗能折合为标煤，经计算每年可节省标煤消耗约为电厂循环水余热利用可取得很好的环保效应，每年还可少排放CO217720吨，SO2 55吨，NOx 55吨，粉尘71吨。不仅节省了煤的输送费用、储存费用等，同时解决了燃煤锅炉污染物排放对环境造成的大气污染的问题，符合当前节能减排的战略方针。6 结论1、应用水源热泵技术，改造工程初投资约770万元，每年热费收入1054万元；而使用相同蒸汽量发电仅能销售422万元22、；每年可以增加收益322万元。2、采用水源热泵机组能源利用率提高，投入1kW的能耗可得到4kW的高品位热能，而且使用汽轮机拖动，乏汽还可以对水继续加热，运行费用与常规方式相比更节约。符合国务院关于加强节能工作的决定中所指出的：大力推进节能技术进步，全面实施重点节能工程，区域热电联产、余热余压利用的方针。同时，该技术也是目前暖通空调界最推崇的节能设计思路。3、改造后水源热泵机组冬季供热温度稳定可靠、操作管理方便、维护费用低、设备寿命长。综上所述，本工程热泵方案技术可行，经济效益明显，社会效益显著，符合国家大力发展可再生能源的基本国策和能源战略。该项目的建成将在环保、节能等方面具有很好的示范作用。