周小霞（渤海石油水電服務(wù)公司天津300452）

水源熱泵調(diào)峰技術(shù)在地?zé)峁┡到y(tǒng)中的應(yīng)用
——鍋爐調(diào)峰供暖系統(tǒng)改造

周小霞（渤海石油水電服務(wù)公司天津300452）

結(jié)合濱海石油新村供暖改造工程實例，詳細(xì)講述了如何將“地?zé)?鍋爐調(diào)峰”系統(tǒng)改造為“地?zé)?水源熱泵調(diào)峰”系統(tǒng)，從而提高地?zé)崂寐?，降低尾水排放溫度，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，減少污染物排放。

水源熱泵調(diào)峰地?zé)峁┡到y(tǒng)鍋爐

0 引言

在實際供暖當(dāng)中，地?zé)峁┡到y(tǒng)中采用鍋爐調(diào)峰，地?zé)岬臒崮苤焕昧艘徊糠?，造成了地?zé)崂寐实停潘疁囟容^高。如果采用水源熱泵調(diào)峰，基本熱負(fù)荷由地?zé)嶝?fù)擔(dān)，尖峰熱負(fù)荷由水源熱泵負(fù)擔(dān)，通過地?zé)豳Y源的梯級利用及熱泵技術(shù)的應(yīng)用，可提高地?zé)崂寐?，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，減少污染物排放。

2010年11月投產(chǎn)的濱海石油新村“地?zé)嶂惫┙Y(jié)合熱泵完全替代鍋爐供暖”工程成功利用燃?xì)怛?qū)動水源熱泵調(diào)峰供暖替代鍋爐調(diào)峰供暖，實現(xiàn)供熱模式新突破，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能環(huán)保效益?，F(xiàn)結(jié)合濱海石油新村供暖改造工程實例，詳細(xì)講述如何將“地?zé)?鍋爐調(diào)峰”系統(tǒng)改造為“地?zé)?水源熱泵調(diào)峰”系統(tǒng)。

1 項目改造

渤海石油濱海石油新村現(xiàn)有建筑面積約33萬m2，其中工業(yè)建筑面積7萬m2，民用建筑面積26萬m2。冬季供暖主體熱源為區(qū)內(nèi)40蒸噸的重油燃油鍋爐房，輔助熱源為2口高溫地?zé)峋?口低溫地?zé)峋，F(xiàn)采用“地?zé)?鍋爐調(diào)峰”供暖系統(tǒng)，地?zé)嵛菜欧艤囟雀撸責(zé)崂寐实?，且鍋爐燃料油為重油，煙塵中帶有大量的硫化物（SOx）、二氧化碳（CO2）、氮氧化物（NOx）、碳?xì)浠衔铮℉C）等有害氣體，環(huán)境污染嚴(yán)重，因此濱海新村供熱系統(tǒng)改造勢在必行。

1.1 熱負(fù)荷

濱海石油新村冬季室外供暖計算溫度為-9℃，根據(jù)《城市熱力網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》，建筑供暖供熱平均熱指標(biāo)采用60W/m2。按濱海石油新村供暖實際情況統(tǒng)計，室內(nèi)供暖溫度20℃；供暖期從當(dāng)年11月1日起，至次年3月31日止，供暖天數(shù)為150 d，供暖小時數(shù)為3 600 h。濱海石油新村現(xiàn)有供暖面積約33萬m2，熱負(fù)荷19.8MW；其中工業(yè)7萬m2，熱負(fù)荷4.2 MW；民用26萬m2，熱負(fù)荷15.6MW，年供暖供熱量為16.89萬GJ。全年熱負(fù)荷見表1，供暖熱負(fù)荷延時圖見圖1。

表1 濱海石油新村全年熱負(fù)荷表

圖1 供暖負(fù)荷延時圖

1.2 改造前熱源

1.2.1 改造前濱海石油新村內(nèi)主要供熱熱源為燃油蒸汽鍋爐，其中20 t/h（供熱能力為14 MW）鍋爐1臺，10 t/h（供熱能力為7MW）鍋爐2臺。

1.2.2 地?zé)峋?口：濱六井，濱七井，濱四井。其中高溫井2口（濱六井、濱七井），總出水量140 t/h，水溫為70℃（供暖供回水溫度42～70℃，供熱能力4.6 MW）；低溫井1口（濱四井），出水量40 t/h，水溫為42℃，作為鍋爐水。

1.2.3 在供暖初、末期采用地?zé)峁┡?，中期采用鍋爐調(diào)峰供暖。

1.3 改造原則

在供暖初、末期利用地?zé)嶂苯訉τ脩暨M(jìn)行供暖，中期采用水源熱泵進(jìn)行調(diào)峰供暖，從而實現(xiàn)地?zé)豳Y源的梯級利用，降低地?zé)崤潘疁囟?，提高地?zé)崂寐剩瑫r減少燃料燃燒污染物排放，使地?zé)豳Y源發(fā)揮最大效益。

1.4 擴(kuò)建熱源

1.4.1 改造后地?zé)峋崮芰τ嬎恪I六井和濱七井進(jìn)行技術(shù)改造后，兩井出水量由140 t/h變?yōu)?70 t/h，出水溫度為70℃。地?zé)嶂惫r供熱能力為5.6 MW（供回水溫度42～70℃）。

42℃低溫水量為（170+40）t/h，其中10 t/h作為居民生活熱水，其余200 t/h經(jīng)熱泵二次提取熱量后，水溫降至25℃，計算提取熱量4MW。熱泵cop值取1.7，熱泵供熱量為10MW。則“地?zé)?熱泵調(diào)峰”系統(tǒng)供熱能力為5.6+10=15.6 MW，比小區(qū)熱負(fù)荷19.8 MW少4.2MW。因此，決定采取新打一口熱源井的方式來增加供熱能力。

1.4.2 增加地?zé)峋蠊崮芰ΑＴ跒I海石油新村新打一采一灌地?zé)峋?，新井出水量?10 t/h，出水溫度為70℃。地?zé)嶂惫r供熱能力為9.2MW（供回水溫度42～70℃）。42℃低溫水量為（280+40）t/h，其中10 t/h作為居民生活熱水，其余310 t/h經(jīng)熱泵二次提取熱量后，水溫降至25℃，計算提取熱量為6.2MW，熱泵cop值取1.7，即熱泵供熱量為15.5MW。則“地?zé)?熱泵調(diào)峰”系統(tǒng)供熱能力為9.2+15.5=24.7MW，比小區(qū)熱負(fù)荷19.8MW節(jié)省4.9MW，考慮能量轉(zhuǎn)換過程中熱損失等其他因素，預(yù)留余量。

1.4.3 在現(xiàn)有燃油鍋爐房內(nèi)利用拆除的20 t/h燃油鍋爐的位置，新建3臺8.0MW高溫水源熱泵機(jī)組及配套設(shè)施，熱泵為燃?xì)怛?qū)動，采取兩用一備的運行方式。

1.4.4 新建1 000m3的地上式儲熱罐，保障地?zé)崴吹膬Υ婕罢{(diào)配。

1.4.5 備用熱源。將兩臺10蒸噸的燃油蒸汽鍋爐改為燃?xì)庹羝仩t，作為應(yīng)急備用熱源，備用率70%。形成地?zé)?高溫水源熱泵+備用燃?xì)忮仩t的一套具有多重保障的供熱系統(tǒng)，為濱海石油新村的用戶提供可靠的供熱服務(wù)。

1.5 熱平衡分析

通過對改造后的濱海新村供熱系統(tǒng)進(jìn)行熱平衡分析（見表2），可得出這樣的結(jié)論：地?zé)?水源熱泵調(diào)峰系統(tǒng)總供熱量能夠滿足濱海新村的供熱需求，改造后的兩臺10蒸噸燃?xì)忮仩t總供熱量為14MW，可在事故工況下作為整個區(qū)域的備用保障性熱源，使新村內(nèi)供熱穩(wěn)定性、安全性進(jìn)一步提高。

表2 濱海新村供熱系統(tǒng)熱平衡表

1.6 供熱運行調(diào)節(jié)

1.6.1 供暖初、末期改造后濱海新村供暖系統(tǒng)在供暖初、末期采用地?zé)嶂惫?，直供模式為?/p>

供暖初、末期采用變流量調(diào)節(jié)方式進(jìn)行運行調(diào)節(jié)，整個控制系統(tǒng)根據(jù)室外溫度、通過調(diào)節(jié)熱源井供水量來調(diào)節(jié)供暖循環(huán)水供水溫度，同時對供暖循環(huán)水回水溫度進(jìn)行回水溫度限制，當(dāng)高溫地?zé)崴到y(tǒng)不能滿足負(fù)荷需求時，通過下式計算出熱泵開啟的時機(jī)：

Qn、Qn’——供暖設(shè)計熱負(fù)荷和在室外溫度tw下的供暖熱負(fù)荷；

tn、tw’——室內(nèi)外的計算溫度。

地?zé)嶂惫┕崮芰?.2 MW,小區(qū)熱負(fù)荷19.8 MW，室內(nèi)計算溫度20℃，室外計算溫度-9℃，即9.2/19.8=（20-tw）/［20-（-9）］得tw=6.5℃，當(dāng)室外溫度為6.5℃時，開始啟動熱泵。

1.6.2 供暖中期當(dāng)室外溫度低于6.5℃時，啟動熱泵系統(tǒng)，部分低溫水作為用戶生活熱水。在供暖中期采用質(zhì)調(diào)節(jié)方式進(jìn)行運行調(diào)節(jié)，整個控制系統(tǒng)根據(jù)室外溫度、供暖循環(huán)水回水溫度調(diào)節(jié)供水溫度，以保證小區(qū)供熱。

2 節(jié)能效益

2.1 供熱能耗現(xiàn)狀

原有燃油鍋爐每年耗油量為3 600 t渣油，經(jīng)折算每年耗標(biāo)準(zhǔn)煤約為5 143 t。

2.2 本項目達(dá)產(chǎn)后供熱節(jié)能效益

根據(jù)濱海新村年供熱量、供熱時間、地?zé)崴崮芰?、熱泵啟動時間、燃?xì)獾臀粺嶂档葦?shù)據(jù)計算改造后每年消耗燃?xì)饬考s為260萬m3，折算標(biāo)煤為3 227 t。項目實施后，與原有燃油鍋爐相比每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1 916 t。

3 社會效益

3.1 濱海新村的環(huán)境現(xiàn)狀

改造前濱海石油新村采用地?zé)?燃油鍋爐作為供熱熱源，經(jīng)測算，二氧化碳排放1 052 t/a、鍋爐煙氣中二氧化硫排放22 t/a、氮氧化物排放26 t/a、煙塵排放32 t/a。

3.2 本項目達(dá)產(chǎn)后的環(huán)境效益

地?zé)?水源熱泵調(diào)峰項目投產(chǎn)后，由于擴(kuò)大了地?zé)岬墓┡娣e，提高了地?zé)崂寐室约疤烊粴馓娲妥鳛楣┡剂系仍?，?jīng)測算，可減少二氧化碳排放620 t/a、鍋爐煙氣中二氧化硫排放9 t/a、氮氧化物排放11 t/a、煙塵排放13 t/a。

3.3 其他社會效益

將地?zé)嵛菜C合利用到25℃以下進(jìn)行回灌或達(dá)標(biāo)排放，從而實現(xiàn)地?zé)豳Y源的有效利用，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展社會創(chuàng)造良好條件。

通過減少污染物的排放，有效改善濱海石油新村居民的居住環(huán)境，還小區(qū)一片藍(lán)天，為建設(shè)和諧社會、和諧小區(qū)打下堅實基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

“地?zé)?水源熱泵調(diào)峰”的供暖模式完全替代了沿用幾十年的“地?zé)?鍋爐調(diào)峰”供暖模式，實現(xiàn)了供暖技術(shù)的重大突破。濱?！八礋岜谜{(diào)峰”項目的實施，實現(xiàn)了地?zé)豳Y源梯級利用，使地?zé)崂寐视?0%提高到64%，地?zé)崂寐侍岣吡?0%，最大限度的利用地?zé)豳Y源，減少天然氣用量，實現(xiàn)企業(yè)降低供暖運行成本和節(jié)能減排的目的?！?/p>

[1]賀平,孫剛.供熱工程[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1993.

[2]陳東，謝繼紅.熱泵技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.2000（16）：85.

[3]EnriqueColacio，RaikkoKivekas，F(xiàn)rancescLioret.Architecturedependenceonthestericconstrainsofthe ligandincyano-bridgedcopper（I）-copper（II）mixed-valencepolymercompoundscontainingdiamines:crystalstructuresandspectroscopicandmagnetic properties[J].Inorg.Chem.，2002（41）：41-51.

[4]S.F.Huang，H.H.Wei，YuWang.Anewcyano-bridgedone-dimensionalpolymericmixed-valenceCu（II）/Cu（I）complexformedfromreductionofabinuclearCu（II）complexwithsodiumcyanide[J].Polyhedron，1997（10）：17-47.

[5]Agnus,Y.，Gisselbrecht，J.P.，etal.Mixed-valenceCu（I）Cu（II）macrocycliccomplex：aresultofaCu（II）-promotedoxidationofaziridinesintocyanide[J].J.Am.Chem.Soc.,1989（111）：14-94.

[6]Kappestein,C.,Schubert,U.X-raycrystalstructureof twonewmixed-valencecoppercyanidecomplexes:unusualbi-co-ordinatedcopper（I）atomsinpolymeric networks[J].J.Chem.Soc.,Chem.Commun.，1980（5）：11-16.

[7]Z.L.Lu,C.Y.Duan，Y.P.Tian，etal.Synthesischaracterizationandcrystalstructureoftris（2-aminoethyl）aminecoppercomplexwith4-dimethylaminopyridine ligand[J].Polyhedron，1996（11）：17-69.

[8]周偉舫.電化學(xué)測量[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1985.

[9]高小霞.電化學(xué)分析導(dǎo)論[M].北京：科學(xué)出版社，1986.

2011-01-09