电厂循环水余热－热泵集中供热工程可行性研究报告

I目录项目摘要21总论411项目概况及编制依据4111项目名称、委托单位、编制单位4112承建单位介绍4113项目背景5114编制依据7115编制原则8116编制深度9117编制遵循的主要规范、标准和规定912项目建设的必要性11121国家及地方政策支持11122城市建设发展的需要12123提高人民生活质量的需要13124能源结构调整的需要13125吸引投资和人才的需要1413编制范围14131编制范围、内容和要求14132编制期限1514城市概况、供热现状及规划15141城市总体规划15II142城市供热现状1515工程内容概述16151工程规模16152热泵房换热站17153热泵房热泵机组17154供热一级管网输配工程17155计算机监控系统18156工程总投资及效益1816主要技术经济指标182余热热泵集中供热系统的特点2021热泵发展历史2022热泵原理2023热泵的种类2224热泵在国外的开发和应用2225热泵在国内的开发和应用2626循环水源热泵技术特点3027循环冷却水源必备的条件3228循环冷却水热泵原理介绍323电厂循环冷却水源3431XX电厂循环水源概述3432利用电厂循环水源热泵集中供热对电厂正常运转的影响35III33循环冷却水的水量、水头、水温3634循环冷却水水质384热泵房的配电系统4241概述4242电力负荷4243供电方案4244供电协议445热泵房厂址条件4551交通运输4552供水条件4653工程地质条件4654气象条件4855热泵站总体规划及站区总平面规划布置496热泵房工程方案5161热负荷5162热泵站房内系统52621余热热泵集中供热方案52622水源热泵机组选型54623热泵房内其它主要设备57624热泵站房布置61625补给水软化系统62IV626热泵站房内配电系统63627热工控制6763热泵房土建部分6964热泵站房供排水系统7165热泵站房消防系统7166热泵站房采暖通风及空调7267节电、节水措施73671节电措施73672节水措施747集中供热一级管网输配工程7571一级供热输配系统工艺流程7572管网布置及水力工况分析75721城市集中供热输配管网布置75722管网布置原则76723管网的水力计算7773热负荷延时图7774管材、设备及管道防腐措施78741管材保温确定78742阀门的设置80743管道防腐8075城市集中供热热力网敷设8076特殊地段重要的穿、跨越工程等的设计方案82V77城市集中供热输配管网监测系统8278城市集中供热输配管网运行调节838环境保护8481设计采用的环保标准8482XX开发区环境现状8483环境效益859节能8691编制依据8692能耗指标及能耗分析86921能耗指标86922能耗分析8793节能措施8910招标事宜9011劳动安全与工业卫生91111设计依据91112事故场所91113防治措施9212项目实施94121劳动组织及定员94122施工场地条件94VI123施工能力95124主设备运输95125主要施工方案96126进度安排9613投资估算及财务分析97131投资估算971311工程投资971312资金筹措100132财务分析100133敏感性分析120134财务评价指标及结论12114风险分析122141风险分析122142风险控制12315研究结论与建议126151结论126152建议127附表128附件132附图1331项目摘要一项目名称XX电厂循环水余热热泵集中供热工程二项目简述该项目利用XX电厂冷却循环水蕴含低位热能建设大规模城市集中供热系统。该工程项目技术成熟可靠，经济效益及节能减排效益突出，具有显著示范作用。三建设地点河北省XX市XX开发区四承建单位XXXX电气技术有限公司XXXX电力实业公司五规划供热能力600MW预计供热规模1500万平方米六本项目采用整体规划报批、分步实施的原则进行，计划2015年全部完成，其中2008年实施一期工程项目。七一期供热负荷200MW供热规模400万平方米建设期1年总投资28524万元投资回收期（含建设极）税前1064年；税后1186年八节能减排项目全部建设完成后每年预计可节约标煤1108万吨，节水172万吨，CO2减排288万吨，SO2减排2659吨，NOX减排776吨，CO减排2515吨，烟尘减排1219吨。同时也减少了“热污染”。2008年一期项目建成后，每年节约标准煤356万吨，节水57万吨，CO2减排84万吨，SO2减排710吨，颗粒污染物减排325吨。九本项目热泵系统兼有制冷和提供生活热水功能，可根据具体需2求满足末端用户对生活热水和夏季制冷的需求，增加设备的有效利用率，提高效益。十一期工业余热热泵供热系统节煤计算1工业余热热泵供热系统节约标煤计算方案DZJB工业余热热泵供热系统单位面积节约标准煤KG/JB2M供热当地单位面积供暖期内消耗标准煤KG/Z热泵机组消耗电能折算的标准煤消耗KG/D2其中,P热泵机组单位面积供热消耗电量KWH/QB2MQ发电企业平均发电煤耗KG/KWH2节煤量计算11645KG/ZB2M根据XX地区居民建筑节能50后,采用燃煤锅炉房采暖，单位供热面积平均标煤能耗124千克/。结合XX当地实际建筑情况，取平均值，单位供热面积平均标煤能耗1645千克/。2热泵机组单位面积供热消耗电量P21641052576KWH/（NOTE24小时/天供暖周期125天50系数）2M凝汽发电企业平均发电煤耗Q0350KG/KWH电监会公布2007全国发电标准煤耗756KG/。DB2M3一期工业余热热泵供热系统节约标煤356万吨。JB十一一期供热系统节水（减少电厂循环水蒸发漂移）计算3130002241257357万吨41总论11项目概况及编制依据111项目名称、委托单位、编制单位1项目名称XX发电厂循环水余热热泵集中供热工程2委托单位XXXX电气技术有限公司XXXX电力实业公司3编制单位XX国电华北电力工程有限公司中国建筑科学研究院112承建单位介绍XXXX电气技术有限公司XXXX电气技术有限公司是经中关村科技园区批准，注册成立的高新技术企业。是国内为数不多的可从事大型冶金“三电”工程总承包的工程技术公司。公司同时从事新能源、可再生能源、节能技术改造、工业余热梯级利用等能源领域的技术服务和工程项目，可为用户提供节能减排综合性的解决方案公司致力于企业的规范化发展，形成了建立科学而卓有成效的管理体系，通过了ISO90012000质量管理体系的认证。股份构成中钢设备有限公司XX金隅集团公司XX和利时系统工程有限公司公司技术骨干5公司性质有限责任公司主要业务工业电气自动化清洁能源成套制造建筑智能化系统集成计算机信息系统集成涉及行业工业、能源、环保、建筑业及政府机构XXXX电力实业公司介绍隶属于国华XX发电公司下设第三产业公司，经营电力设备安装及维修，电厂除尘及三废利用，经销与运输煤，生产经销建筑材料（凭许可证经营），化工产品，电力设备产品等。113项目背景XX开发区，位于河北省，是XX市的经济、科技信息中心和对外开放的窗口，也是发展高新技术、休闲娱乐，服务首都的京畿卫星城。XX开发区区位条件得天独厚，位于环京津、环渤海经济圈核心，与XX仅一河之隔，距XX市中心天安门30公里，通州以东不到十公里，距空港首都机场25公里，距海港天津港120公里，可承东启西、经纬南北，提供融入京津、俯仰全国、接轨世界的绝佳平台。102国道、京哈高速公路、京秦、大秦电气化铁路横贯东西，XX930路公交车直通区内，京通快速路将XX与XX市中心紧密连接。其地理位置如图11所示。XX电厂地处XX经济技术开发区东侧边缘，XX镇与XX的通县6隔潮白河相望，厂址西距通县17公里、XX市区375公里，东距XX市17公里，位置优越，详细的地理位置图如附图1所示。图11XX开发区地理位置图XX是“全国创建文明小城镇示范点”，按照廊坊市委“置身沿海，借势京津，加快崛起”的总体要求和“工业立区、旧改兴城、生态建市、科学发展”的发展思路，XX人积极致力于建设科学发展示范区，努力建设成为基础设施完善、公共服务齐全、生态环境优美、社会安定有序的和谐宜居城市。随着大量外来人口的涌入，XX的房地产行业如火如荼，而为其配套的城市集中供热系统由于受煤价的上涨诸多原因而滞后于房地产。而且大量燃煤锅炉房的建设严重污染了XX城市的环境。现有的XX热力公司提供的热能已经远远不能满足需求，需寻找新的热源。在全球能源短缺和气候变暖的大背景下，中国以前所未有的力度推7出自己的“节能减排”计划。电力行业既是优质清洁能源的创造者，又是一次能源消耗大户和污染排放大户，因而也是国家实施节能减排的重点领域”。在国家节能中长期专项规划中，把建筑物节能和余热余压利用作为节能的重点领域和重点工程。位于XX开发区东侧边缘的XX电厂，循环冷却水量约为44000M3/H，循环冷却水进出口温度在1026范围内。项目全部实施后，可为XXXX区域提供600MW的供热负荷。综上所述，本项目在技术上是成熟的和可行的，对于改善城市环境是十分有利的，符合国家清洁生产和发展可再生能源政策。114编制依据1中国建筑科学研究院与XXXX电气技术有限公司签订XX电厂循环水余热热泵集中供热工程技术服务合同；XX国电华北电力工程有限公司与XX电厂签订XX电厂循环水余热热泵集中供热工程可行性研究合同。本可研涉及的所有知识产权归以上几方共有。2XXXX电气技术有限公司提供的基础资料；XX电厂提供的基础资料；3XX开发区城市总体规划修订中；4XX开发区“十一五”时期国民经济和社会发展规划纲要；5XX开发区经济工作手册2006；6XX开发区供热规划意见7XX开发区建设局提供的其他资料。8115编制原则为使本工程适应XX开发区城市建设的发展，工程完成后产生较好的经济效益和最大的社会效益，设计中遵循以下原则1由于XX开发区城市总体规划尚在审批中，根据有关部门提供的总规编制指导意见，本着统筹兼顾、合理安排、分期实施的原则，从实际出发，做到以2015年为主。2贯彻国家能源发展和环境保护方面的方针政策，贯彻社会效益和经济效益并重的指导思想，以提高余热废热再利用在城市能源消费结构中的比重和保护城市环境为主要目标。3坚持科学态度，积极采用新工艺、新技术、新设备和新材料，确保城市供热系统的安全性、稳定性、可靠性，同时考虑经济合理，尽量节约投资及占地面积。4采用优质、高效、清洁、节能的热泵集中供热系统为城市居民采暖。5注重消防、安全、环保。6认真贯彻国家有关城市区域集中供暖、节能、节电、节约淡水资源方面的政策和法规。7本工程的低位热源为XX电厂的循环冷却水，循环冷却水的主水源为XX污水处理厂的二级出水。8本工程热泵机组的用电负荷较大，其供电方式应结合XX电厂的要求及华北电网的要求，进行厂用电系统的改造。9为了提高热泵系统的效率，尽量选用大型热泵机组及调节性能9好的热泵机组。10循环水系统改造应保证原发电机组安全运行。11热泵站的布置应服从XX电厂的总体规划。116编制深度本工程编制深度按建设部市政公用工程设计文件编制深度规定2004年版执行。117编制遵循的主要规范、标准和规定本工程设计遵循的现行国家主要规范、标准和规定如下（1）供暖通风与空气调节设计规范GB500192003；（2）地源热泵系统工程技术规范GB503662005；（3）水源热泵机组（GB/T194092003）；（4）城市热力网设计规范CJJ342002；（5）城镇直埋供热管道工程技术规程CJJ/T8198；（6）城镇供热管网结构设计规范（CJJ1052005）；（7）建筑给水排水设计规范GB500152003；（8）室外给水设计规范GB500132006；（9）室外排水设计规范GB500142006；（10）污水综合排放标准GB89781996；（11）供配电系统设计规范GB5005295；（12）10KV及以下变电所设计规范GB5005394；10（13）低压配电设计规范GB5005495；（14）民用建筑照明设计标准GBJ13390；（15）民用建筑电气设计规范JGJ/T1692；（16）火力发电厂设计技术规程DL50002000；（17）建筑设计防火规范GB500162006；（18）火力发电厂与变电站设计防火规范GB502292006；（19）厂矿道路设计规范GBJ2287；（20）电力设备典型消防规程DL50271993；（21）火力发电厂汽水管道设计技术规定DL/T50541996；（22）火力发电厂厂用电设计技术规定DL/T51532002；（23）工业循环水冷却设计规范GB/T501022003；（24）火力发电厂生活、消防和排水设计技术规程DLGJ2491；（25）火力发电厂总图运输设计技术规程DL/T50322005。（26）建筑设计防火规范GB500162006（27）市政公用工程设计文件编制深度规定建设部2004年版（28）基本建设项目环保设计规定（87）国环字003号（29）现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范GB5023698（30）钢制管法兰、垫片、紧固件HG205922063597（31）建筑结构荷载规范GBJ500092001（32）建筑地基基础设计规范GBJ789（33）建筑抗震设防分类标准GB50223200411（34）混凝土结构设计规范GB500102002（35）钢结构设计规范GB500172003（36）动力基础设计规范GB5004096（37）建筑抗震设计规范GB500112001（38）建筑给排水设计规范GB500152003（39）采暖通风与空气调节设计规范GBJ1987（40）通用用电设备配电设计规范GB5005593（41）建筑物防雷设计规范GB5005794（42）工业企业总平面设计规范GB5018793（43）电力装置的继电保护和自动装置设计规范GBJ5006292（44）工业与民用电力装置的过电压保护设计规范GBJ648312项目建设的必要性121国家及地方政策支持十七大报告提出开发和推广节约、替代、循环利用和治理污染的先进适用技术，发展清洁能源和可再生能源，保护土地和水资源，建设科学合理的能源资源利用体系，提高能源资源利用效率。国家电网公司总工程师栾军在能源论坛开幕式上表示，“电力工业是一次能源、资源的消费大户，节约资源、保护环境是电力工业发展的永恒的主题。电力工业要树立节约资源意识，以优化资源利用、提高资源产出率、降低环境污染为重点，促进电力发展与自然资源系统、社会经济系统的良性循环。”栾军特别强调，“十一五”电力供需形势将趋于缓和，这将是电力工业转变发展方式，加快布局和结构调整的重要机遇12期。在国家节能中长期专项规划中，把建筑物节能和余热余压利用作为节能的重点领域和重点工程。规划指出“十一五”期间，需加快可再生能源在建筑物的利用，并强调“在重点耗能行业推行能量系统优化，即通过系统优化设计、技术改造和改善管理，实现能源系统效率达到同行业最高或接近世界先进水平。“十一五”十大重点节能工程实施意见指出“我国钢铁、有色、煤炭、建材、化工、纺织等行业的余热余压及其他余能没有得到充分利用，造成能源的严重浪费，同时也污染了环境”。余热余压及其他余能的利用是企业节能降耗降低生产成本的有效途径，取材便利，投资低廉，效果显著。2006年，建设部、财政部关于推进可再生能源在建筑中应用的实施意见中，明确将热泵技术列入重点节能技术领域，鼓励在建筑中应用。可以看出，热泵技术因其具有高效节能环保的特性，已经引起国家和地方政府的高度重视，并出台了一系列法律法规和具体政策以促进其发展。122城市建设发展的需要XX供暖设施以燃煤锅炉房为主，热源分散。有些地区供暖设施相对滞后，节能措施少，能源浪费严重。原有燃煤锅炉房规模小，无除尘、脱硫设备，对环境造成了严重污染。还有一些供暖设施老化，存在着安13全隐患。XX未来的发展必然要走向高速发展的轨道，而且大量人口的涌入和土地的开发也必然要增加供热负荷，这就加重了XX电厂的供热负担。因此在本区域建设循环冷却水源热泵集中供热项目具有非常重要的意义。该项目可以缓解XX热源紧张的状况，对居民的取暖提供安全保障，还可以满足新规划开发建设的供暖需求。同时，该项目的实施还可以起示范和带动作用，引导新型供暖技术和可再生能源综合利用技术的开发和应用，实现满足供暖需求，节约能源、保护环境并存的良性发展。力求做到资源的合理开发与生态环境保护协调统一，经济建设、城乡建设、环境生态建设相统一。符合XX开发区的城市建设发展方向，有助于提高XX开发区城市基础设施的水平和城市整体形象。123提高人民生活质量的需要凭借着节能、清洁、环保的特点，热泵被广泛使用。XX开发区委、市政府及相关领导一再指出在XX开发区发展城市热泵集中供热系统对XX来讲是天大的事情，有助于改变XX人民的生活方式、提高人民生活水平，强化居住环境的生态属性，提升居住区品位。能为开发区人民的生活带来实实在在的改善，是政府为民办实事的重大工程，是一项民心工程，是构建和谐XX的具体体现。124能源结构调整的需要长期以来，XX开发区的能源结构以燃煤为主的现状，导致了城市能14源综合利用率较低，能源浪费严重。余热热泵技术的合理利用，可较好地调整XX开发区的能源消费结构，极大地提高能源综合利用率，为XX开发区的可持续发展创造积极的条件。125吸引投资和人才的需要为提升XX开发区在招商引资中的综合竞争力，需要加快基础设施建设步伐，尽快构筑设施优良、功能完备的吸纳区内外资本的新平台。余热热泵技术集中供热的建立，不仅将促进XX开发区的经济发展，还将极大改善投资环境，有助于提高开发区在对外开放、招商引资的实力。不仅如此，余热热泵行业及相关行业的引入，及在其建设、运行中可以引进大量外来的科技、管理人才，有助于XX开发区本地人才的培养和发展，有利于提高开发区人民当家作主、参与建设的热情和能力。而且凭借优美的自然环境、现代化的生活设施和蓬勃发展的产业，完全可以和其他城市媲美，为全国各地有志于参与XX开发区建设的人才提供了更广阔的发展空间，有利于XX开发区“吸引人才、留住人才”。13编制范围131编制范围、内容和要求编制行政区范围本工程区域范围为XX开发区电厂西侧27公里范围内区域，西至汉王路，南到行宫东大街，北至海油大街，分布在学院大街两侧，规划15供热面积约400万平方米。编制工程范围1电厂循环水改造工程循环水塔、循环水回水管网。2热泵房工程包括厂房、热泵机组、换热站、变配电、值班室、检修间等。3一级管网工程包括管网主干线、小区支线、阀井室等。4辅助工程包括管理系统、控制调度系统、维修抢险系统等及所需的建、构筑物和设备。132编制期限为与XX开发区经济、社会发展计划相协调，并考虑与总体规划衔接，本工程近期年限为2008年、远期年限为2015年。14城市概况、供热现状及规划141城市总体规划目前，XX城市总体规划正在由清华大学和河北省的研究院做修编，初稿已经完成。根据XX开发区城市总体规划2008年至2020年，至2020年，XX开发区人口将增加100万人左右，城市需要供热的建筑面积将增加3000多万平方米。由XX开发区规划局提供资料看，XX开发区仅08、09年需要供热的新建建筑就达1500万平方米左右（详见附表规划供热小区一览表）。16142城市供热现状据了解XX开发区2007年前城市集中供热面积已经达到365万平方米，2007年新增供热面积25668万平方米，2008年新增供热面积62023万平方米（其中包括中直单位旧锅炉房拆除并网面积），2009年至2010年将新增供热面积91029万平方米，XX电厂是理想的大型集中供热热源点，为此XX电厂拟采用一期工程循环水的低温热能作为热泵的低位热源，通过热泵提升温度，进行集中供热。目前，XX开发区的供热现状为XX热力公司现下辖三座供热站，可负担300多万平方米建筑面积的采暖用热，并且还负担着部分生产企业用户生产用热。各供热站情况如下第一供热站47MW热水锅炉，热媒为9570热水，可供热建筑面积为45万平方米；第二供热站420T/H235T/H蒸汽锅炉，热媒为180饱和蒸汽，可供热建筑面积为220万平方米；第三供热站314MW热水锅炉，热媒为9570热水，可供热建筑面积70万平方米。在以上供热区域以外的居民住宅和企事业单位皆依靠小煤炉或自建锅炉房单独供热，这些小锅炉燃烧效率地下，布置分散，不利于管理，能源浪费严重且大大影响了XX的生态环境。随着XX城市的膨胀式发展，现有XX热力公司提供的供热量已经远远不能满足需求，需寻找新的热源。15工程内容概述本工程由以下几个部分组成热泵系统厂房、电厂换热站、热泵机17房、一级供热管网、计算机监控系统。151工程规模一期工程拟供热面积400万平方米，供热管网路由在电厂西侧3公里范围内，项目总投资28524万元人民币。152热泵房换热站换热系统采用不锈钢316L高效板式换热器。153热泵房热泵机组热泵机组采用高温型热泵机组，出口温度最高可达到85，冷凝器端出口温差在2025，机组采用压缩机串联耦合运行。154供热一级管网输配工程本工程根据城市规划，在城市主要道路上建设计压力为10MPA的供热一级主管道DN1100,长度为27公里；支线长度为448公里，管网总长为718公里。钢管采用Q235B螺旋焊接钢管。表11供热管线（第一期工程）编号用热单位名称供暖面积F（万）热水流量G（T25）管线直径（MM）管线长度（KM）管材保温1华泰忆江南小区27465DN350058Q235B聚氨酯2福成上上城五期2404128DN900044Q235B聚氨酯3普罗旺斯小区28482DN350046Q235B聚氨酯184特警大队办公楼059DN80056Q235B聚氨酯5宏远彩钢厂房0367DN80060Q235B聚氨酯6金海纶住宅小区6104DN200062Q235B聚氨酯7王各庄小区771325DN500058Q235B聚氨酯8福成小区228393DN350064Q235B聚氨酯401666913DN1100270Q235B聚氨酯155计算机监控系统本工程设计建计算机监控系统一套，对电厂循环水管线、换热站、热泵机组、供热一级、二级管网等进行监控。156工程总投资及效益项目总投资28524万元资本金财务内部收益率税前63税后47投资回收期含建设期税前1064年税后1186年16主要技术经济指标表12经济指标表序号指标名称单位数量1年供热量兆瓦/年200002年平均日供热量兆瓦/日1673供热一级主管网公里274供热一级支线管网公里448195二级换热站座86项目总投资万元285247劳动定员人708平均年热费收入万元76009项目投资内部收益率63（税前）47（税后）10项目投资净现值（IC4）万元4195税前1363税后11投资回收期（含建设期）年1064税前1186税后12盈亏平衡点6553生产能力利用率202余热热泵集中供热系统的特点21热泵发展历史在19世纪初，人们对能否将热量从温度较低的介质“泵”送到温度较高的介质中这一问题发生了浓厚的兴趣。英国物理学家JPJOULE提出了“通过改变可压缩流体的压力就能够使其温度发生变化”的原理。1854年，WTHOMSON教授发表论文，提出了热量倍增器的概念，首次描述了热泵的设想。当时，热泵供暖的对象主要是民用，供暖需求的总量较小，特别是对由于采暖方式及其对环境的影响尚没有足够的意识。人们采暖的方式主要是燃煤和木材，因而，热泵的发展长期明显滞后于空调的发展。上世纪30年代，随着氟利昂制冷机的发展，热泵有了较快的发展。特别是第二次世界大战以后，工业经济的长足发展带来对供热的大量需求以及相对能源短缺，促进了大型供热及工业用热泵的发展。1973年的全球性能源危机，进一步促进了热泵事业在全世界范围内的发展和应用。22热泵原理“热泵”这一术语是借鉴“水泵”一词得来。在自然界中，水总由高处流向低处，热量也总是从高温传向低温。但人们可以用水泵把水从低处提升到高处，从而实现水的由低处向高处流动，热泵同样可以把热量从低温传递到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置，热泵的作21用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象（温度较高的物体），其工作原理与制冷机相同，主要由压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀节流阀组成，其原理如图21所示。压缩机起着压缩和输送循环工质从低温、低压处到高温、高压处的作用，是热泵机组的心脏；蒸发器是输出冷量的设备，它的作用是使经节流阀流入的制冷剂液体蒸发，以吸收被冷却物体的热量，达到制冷的目的；冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中吸收的热量连同压缩机消耗功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走，达到制热的目的；膨胀阀或节流阀对循环工质起到节流降压作用，并调节进入蒸发器的循环工质流量。图21热泵原理示意图热泵在工作时，把环境介质中贮存的能量QA（约占总供热量的7080）在蒸发器中加以吸收；它本身消耗一部分能量，即压缩机耗电QB（约占总供热量的2030）；通过工质循环系统在冷凝器中进行22放热QC，QCQAQB，由此可以看出，热泵输出的能量为压缩机做的功QB和热泵从环境中吸收的热量QA；因此，采用热泵技术可以节约大量的电能。通常水源热泵机组消耗1KW的能量，用户可以得到35KW以上的热量。与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90以上的电能或7090的燃料内能转化为热量，供用户使用。23热泵的种类蒸发器、冷凝器根据循环工质与环境传热介质的不同，主要分为空气换热和水换热两种形式。热泵若按照与环境传热介质的不同，可分为水水式，水空气式，空气水式，和空气空气式共四类。热泵若按照其低位冷热源的性质来分，热泵系统可分为空气源热泵和水源热泵两大类。水源热泵系统是一种利用传热介质（通常为水）来进行热交换的高效供热空调系统，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成。通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低位热能向高位热能的转移。本项目所采用的低位热源为XX电厂的循环冷却水，属于“余热”利用的范畴，故本项目的热泵称为“余热热泵”。24热泵在国外的开发和应用热泵技术在世界范围内的大规模商业应用是最近20多年的事，如美国，截止1985年全国共有14000台地源热泵，而1997年就安装了2345000台，到目前为止已安装了400000台，而且每年以10的速度稳步增长。目前，世界上有许多水源热泵厂家，截止2004年底，世界上已安装了13亿台热泵。1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19，其中新建筑中占30。美国地源热泵工业已经成立了由美国能源环境研究中心、美国地下水资源联合会、爱迪生电力研究所以及众多地源热泵制造设计销售公司以及政府机构和建筑商等146家成员组成的美国地源热泵协会。与美国的地源热泵发展有所不同，中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源，在地下土壤中埋设盘管（埋深400米深）的地源热泵系统，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。据1999年的统计，在家用的供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士为96，奥地利为38，丹麦为27。同时，中、北欧海水源热泵的研究和应用也比较多，在世界上处于领先地位，瑞典和挪威已经达到规模化应用的程度，现在，整个北欧约有180多台大型热泵在运行，其中瑞典1985年至今总建设量约为1000MW区域供热，采用的热源有海水、湖水、污水、工业废水、地下水和废烟气；1995年至今总建设量约为500MW，应用于城市和工业生产的区域供热、供冷。目前，大型热泵技术已经成为北欧热源的主流供热方式，技术成熟，实施效果较好，而且还有很多项目正在建设和筹建中。下面介绍几个典型的项目。项目1瑞典斯德哥尔摩NIMROD区域供热供冷站24该项目共安装了4台FRIOTHERM公司制造的热泵机组，每台机组可图22斯德哥尔摩区域热泵集中供热管网示意图图23斯德哥尔摩区域供热、供冷发展趋势图（2004统计）根据天气及负荷的变化调整运行模式，这4台机组在夏季最大制冷量为2548MW，冬季最大制热量36MW，另外在过渡季节还可实现海水的直接冷却。该项目包括在北欧FORTUM公司大的能源站之中，该能源站可同时向城市输出热力、电力和冷量，所利用的能源有石油、海水、电力。其中海水热泵机组承担该区域基本的供热负荷，和全部的供冷负荷，利用燃油来补充供热负荷高峰部分，这样热泵机组几乎全年都在运行，负荷稳定。图24瑞典斯德哥尔摩NIMROD区域供热供冷站项目2瑞典斯德哥尔摩VARTANROPSTEN世界最大的海水热泵站该项目安装了6台世界上最大的海水热泵机组，总制热能力180MW，在1984年开始实施，1986年正式投入运行。系统采用的海水作为冷热源。夏季采用海面水，冬季采用海面下17M深处水，冬季海水温度大约保持在3。刚投入使用时机组采用了R22作为制冷剂，现在已经更换为R134A。斯德哥尔摩区域供热的分布主要来自四个能源站VARTAN、HASSELBY、HAMMARBY、HOGDALEN。其中最大的VARTAN中央区大约60的供热量由VARTANROPSTEN区域供热站提供。2625热泵在国内的开发和应用我国最早在五十年代，就曾在上海、天津等地尝试采用抽灌地下水的方式制冷。自八十年代以来，我国采用水源热泵空调系统的建筑也逐年增多。截止目前，XX市已有近1000万平方米的居民小区建筑和公共建筑采用热泵系统供热，像国家大剧院、鸟巢、XX警察学院、菊儿小区、北苑家园等。山东、辽宁、吉林、黑龙江各省在城市建设中利用地下水或生活污水作为低位热源，采用热泵供热的项目也多见诸报端，地方政府支持力度也逐渐加大，相继出台了多项政策，引导行业健康发展。沈阳市委、市政府成立了目前世界上唯一的列入政府序列的地源热泵技术推广办公室。制定了关于全面推进地源热泵技术的实施意见，并全面修订了沈阳市城市供暖规划，规划在建筑中大力推广应用浅层地能等清洁可再生能源，把地源热泵技术供暖列为城市供暖的主要手段之一。提出2007年完成供热面积1800万平方米的目标，预计到2010年，实现全市推广地源热泵技术应用面积6500万平方米。2007年9月27日，在XX人民大会堂举行的第二届中日节能环保综合论坛上，沈阳市作为与会的唯一一个地方政府代表介绍经验。2002年5月1922日，国际地源热泵IEA会议在XX召开。这是IEA图25沈阳地源热泵技术应用展示27热泵会议第一次在发展中国家举行，也是第一次在非成员国国家举行。这充分表明在中国推广热泵产品的巨大潜力和光明前景。XX市地方政府已将热泵技术作为实现其能源和环境目标的四大支撑技术之一，中国已声明加入IEA组织，这意味着我国热泵技术的应用和发展开始进入纵深发展。特别是2008年奥运会将在XX举行，为办好本届奥运会，XX市主管部门和科研部门通力合作，利用得天独厚的再生水源条件，充分发挥再生水源的清洁能源优势，通过先进的热泵技术，将再生水源热泵应用到集中供热供冷系统上。项目一奥运村集中供冷供热项目介绍奥运村建筑面积约393万平方米，其中公寓、住宅378万平方米，公建15万平方米。奥运村的建筑布局如图29、210所示。供热供冷负荷如表21所示。图26奥运村鸟瞰图从清河污水处理厂的二级再生水清河排放口取水，修建一条DN80028的再生水输送专线，沿白庙村路输送到奥运村附近，管道总长度约为3公里，输送再生水量为10万吨/日（4167M3/H）。在清河污水处理厂的排河口附近，建造再生水供水泵站和调蓄水池。将清河污水处理厂的再生水引入调蓄水池，通过再生水供水泵组按需供处。图27奥运村建筑效果图以奥运水系的补充水源作为奥运期间的安全备用和调节热源/热汇。方案是在奥运水系补水口附近建造一个换热站，来自清河污水处理厂的再生水与补充奥运水系的中水分别与独立、专用的换热器换热后，清河污水处理厂的再生水被回送到清河泵站，中水仍按照原来路径补入奥运水系。奥运水系的补充水源在奥运会后能够稳定补水的条件下，也可全部或部分替代来自清河污水处理厂的再生水，作为主力换热水源，以降低输水能耗，更加节约运行成本。来自中心机房的换热循环水（下称再生水二次侧循环水）在换热站内与来自清河污水处理厂的再生水或奥运水系的补充水源实现热交换，冬季取热，夏季放热。再生水二次侧循环水为封闭的软化水系统。再生水一次侧，清河泵站的供水泵和位于换热站的供水泵组，构成29二级供水泵系统。在换热器前，设置两级过滤装置，用来清除再生水中悬浮的细微颗粒；再生水二次侧循环系统同样采用双级泵系统。项目二大连星海湾集中供冷供热项目介绍大连星海湾集中供冷供热项目规划分三期建设，一、二期工程热泵机组冬季制热使用的水源是附近污水处理厂排放的中水，三期工程冬季制热使用的水源是海水，整个工程热泵机组夏季制冷使用的水源是海水。少量的热网补水和辅机冷却用水、生活消防用水是城市自来水。海水取水口设在马栏河入海口处，排水就近排入马栏河；中水取自污水处理厂经过热泵机组后排回污水处理厂回用。海水水源和中水水源充足可靠，是水源热泵较为理想的水源。本工程将分三期实施，一期工程总建筑面积为256万平方米，冬季热负荷为2173MW，夏季冷负荷为321MW；二期工程总建筑面积为46万平方米，冬季热负荷为322MW，夏季冷负荷为46MW；三期工程总建筑面积为1287万平方米，冬季热负荷为9009MW，夏季冷负荷为1287MW；三期工程全部建成后，规划实现的集中供暖、供冷面积为2003万平方米，冬季热负荷为14402MW，夏季冷负荷为2068MW。项目三大庆让湖路地区集中供热项目介绍该项目位于大庆市西城区中部让胡路地区，是回收利用大庆炼化公司的循环冷却水中蕴含的废能为民用建筑集中供热的典型项目。该项目规划总供热面积320万M2，总供热负荷为220MW，其中供暖设计热负荷为192MW，生活热水设计热负荷为28MW。2006年11月供热面积503万平方米的一期供热系统建设完成并进30行了两个供暖季运行，系统运行稳定，供热效果、节能减排效果十分显著。26循环水源热泵技术特点地源热泵系统的低位热源有很多，如岩土体、地下水、地表水等。其中，地表水包括河流、湖泊、海水、污水、中水或达到国家排放标准的废水等。污水、中水或达到国家排放标准的废水又属于再生水的范畴。本文所利用的低位热源即为XX电厂冷却用的循环水。由于XX电厂循环冷却水在冬季的温度较高，一般为25，所以热泵系统的效率较高，仅需少量的电量输入即能获得较多的热量，通常的比例能达到14以上。该系统的主要特点有（1）绿色环保电厂循环冷却水中蕴含着巨大的低品位热能，属于绿色、可再生能源。本系统没有锅炉，机房面积小，不用消耗煤炭、石油、天然气等宝贵的一次性不可再生的能源，不排放二氧化碳及二氧化硫等气体，除使用少量的电能以外，其运行没有任何污染，具有显著的环境效益。利用电厂循环冷却水作为热泵系统供热低位热源的突出优点体现在既可减少XX电厂循环水冷却时的蒸发量，降低大气的温度，又为热泵系统提供了低位热源，起到了双向节能的作用。因此，电厂循环冷却水源热泵是一种利用清洁的可再生能源的技术，具有深远的节能效益、环境效益。（2）高效节能31电厂循环冷却水冬季的温度约25，所以热泵的效率较高，其COP值与传统的空气源热泵（如家用空调机）相比，要高出60左右，运行费用为普通中央空调的5060。与传统供暖方式相比，电厂循环冷却水源热泵供暖要比电锅炉供暖节省四分之三以上的电能，比燃煤锅炉节省二分之一以上的一次性能源。（3）供暖规模大电厂循环冷却水源热泵系统可供暖、生活热水，一机多用，机组紧凑，可集中布置，节省建筑空间。电厂循环冷却水量大，蕴含的低位热量多，与其它热泵系统（地源热泵、地下水源热泵）相比较，供热规模大。（4）热泵机组运行可靠热泵机组的运行情况稳定，不受天气及环境、温度变化的影响，即使在寒冷的冬季制热量也不会衰减，更无结霜、除霜之虑；自动化程度高，系统由电脑控制，能够根据室外气温和室内气温自动调节，运行管理可靠性高；无储煤、储油罐等卫生及火灾安全隐患；机组使用寿命长，主要零部件少，维护费用低，主机运行寿命可达到15年以上；机组自动控制程度高，可无人值守。热泵技术在国内外已相当成熟，但利用电厂循环冷却水中蕴含的废热进行大面积集中供热还是首例。电力工业生产中，接近50的电厂能源都被冷却水带走并白白排放到了大气或河流中，这不仅仅造成能源的巨大浪费、还引起热污染。如果这部分能源可以得到充分利用的话，热电厂就可以在不扩容的条件下，使供热能力增加或者在供热能力不变的32基础上减少抽气量、提高发电量。同时也能通过额外经济收益，增强电厂的企业竞争力；推动热电厂对循环冷却水废热的回收与开发利用，挖掘热电厂供热潜力，带动工业系统节能，从而保护生态环境和资源综合利用，实现经济可持续发展。若建成热电厂循环水废热高效利用的示范工程，对于电厂发展循环经济、提升自己在行业中的地位，打造新时期热电厂节约、环保型品牌，扩大市场份额，提高市场占有率具有重要的意义。该项目对XX市建设绿色奥运，积极调整经济结构、转变增长方式，大力发展循环经济具有十分重要的意义。27循环冷却水源必备的条件采用电厂循环冷却水水源热泵技术的前提是要有稳定的循环冷却水源，电厂循环冷却水源必备的条件是（1）水源流量应有比较稳定可靠的保证，不能时有时无，时多时少；（2）应有比较合适的温度，要保证热泵制热系数比较高，热泵运行成本比较低；（3）应有足够的水量，能满足供暖的总供暖需求；（4）PH值、浊度、悬浮物等水质指标的参数要符合要求。28循环冷却水热泵原理介绍该系统主要是通过四个独立循环来实现热量由低温冷却水向用户侧33转移并升温。图28系统原理示意图一次循环循环冷却水经过一次循环泵进入热泵系统的换热器，放出部分热量后温度降低，再经循环水泵重新返回冷凝器；二次循环通过换热器获得热量的二次循环水经过二次循环泵进入热泵机组的蒸发器，放出热量后重新返回换热器，完成二次循环；工质循环热泵机组中的循环工质在蒸发器中吸收热量后部分汽化，然后经过压缩机升压的同时温度也得到提升，工质也由汽态转变为液态进入冷凝器，释放热量后温度降低，然后经过膨胀阀节流降压降温，重新回到蒸发器中吸热，完成工质循环；采暖循环在用户端释放热量后的采暖回水经过冷凝器后获得工质释放的热量后温度升高到额定供暖温度，然后通过采暖循环泵供出供用户采暖。343电厂循环冷却水源31XX电厂循环水源概述XX电厂一期循环水补水原设计是采用地下水，水源地在齐心庄。近年来，由于开采过度，北方地区地下水水位逐年下降，水资源短缺。在这种形势下，作为用水大户之一的电厂，要首先提倡科学用水，因此电厂进行了循环水补水工程技改项目，以河北XX地区污水处理厂中水为补水水源，取代原设计中以地下水为补水水源。目前XX有两个污水处理厂，一个是日产5万吨的污水处理厂和一个日产12万吨的小型污水处理厂，小型污水处理厂已投入运行，日产5万吨的污水处理厂已基本建成，但未投入运行。XX小型污水处理厂主要工艺流程如下来水机械格栅井曝气沉砂池集水井生物反应池接触池深度过滤池纳米光触媒深度处理装置出水。XX大型污水处理厂主要工艺流程如下来水机械格栅井曝气沉砂池集水井生物反应池接触池深度过滤池出水。来自污水厂的水接入电厂内污水深度处理站，进行深度处理，使水质符合使用要求。污水深度处理站设计出力1800T/H，主要工艺流程如下二级污水调节池曝气生物滤池石灰凝聚澄清处理系统。深度处理站设计出水品质主要控制指标见表31。35表31深度处理站设计出水控制指标序号基本控制项目单位数量备注1外观透明2PH6593悬浮物SSMG/L54化学需氧量CODCRMG/L305生化需氧量BOD5MG/L56NH3NMG/L332利用电厂循环水源热泵集中供热对电厂正常运转的影响电厂运行中循环水的作用提供汽轮机凝汽器、汽轮机润滑油闭式冷却器等冷却设备所需的冷却水，保证电厂的正常运行。循环水进入凝汽器的温度有着限制，以保证凝汽器在合理的真空运行及防止凝结水过冷却。循环水进入凝汽器温度过高，将使机组排气真空压力值降低，汽轮机汽耗量增加或出力下降，增加电厂运行成本。循环水进入凝汽器温度过低，产生凝结水过冷却现象，一方面降低了电厂的热经济性，增大了煤耗，另外一方面使凝结水含氧量增加，加快了设备管道系统的腐蚀，降低了设备的安全性和可靠性。由于电厂循环水余热热泵集中供热系统是根据供热面积大小分期建设运行的，因此需要冷却塔与热网站共同作用来冷却带热循环水。需要重新制定冷却塔冬季运行方案。36至少需要对一座冷却塔内部设施进行改造，包括重新分配内外圈的冷却面积及改造配水设施。供热系统运行后，循环水蒸发量将减小，同时循环水排污及循环水补水量也将减小。33循环冷却水的水量、水头、水温XX电厂一期工程采用每台机组配备2台循环水泵和一座自然通风冷却塔的单元制二次循环系统。循环水泵为三菱公司提供的SPV1500型立式斜流泵，性能参数如下流量HMQV/2580173扬程H694转速IN/R效率87配用电机功率VUKWP60,20余热集中供热改造项目中循环水泵不做改动，冬季供热期间一机配一台循环水泵运行。控制热网站管路水损失,使通过热网站管路的水头损失与通过冷却塔的水头相当，使水泵处于高效率运行区循环水量大小的确定可以通过控制循环水管路系统的管路特性来确定循环水量。目前凝汽器抽汽供热改造未完成，循环水通过凝汽器水损未知，不能准确给出循环水量值，可给定其范围值大约21700M3/H25580M3/H。假定通过控制管路水阻使单台水泵出力约为Q22000M3/H，两台水泵出力约为44000M3/H。该流量下循环水通过凝汽器计算温升约为37115，循环水温一般要求凝汽器出口温度控制在32以下。将热网站各期运行方式下水量分配及整个循环水系统的运行方式作出说明。运行方式一热网站取水量为10000M3/H，此方案下系统运行水量分配图见图31。40T10T404冷却设备辅机冷却水凝汽器循环水泵热网站4冷却塔冷却塔水池温降很小1图31运行方式一水量分配图此运行方式下，运行一座冷却塔。原塔冬季设计冷却能力为流量是25588M3/H，温降低约为16的冷却水。折合现在的冷却能力约为34000M3/H。因此只要运行其中一座冷却塔。运行方式二热网站取水量为20000M3/H。此方案下系统运行水量分配图见见图32。此运行方式下，需要一座冷却塔运行，且需要对冷却塔外圈冷却面积进行改造使其冷却能力为流量是24000M3/H，温降低约为115的冷却水。3820T温降很小冷却塔水池冷却塔4热网站循环水泵凝汽器辅机冷却水冷却设备44020T图32运行方式二水量分配图运行方式三热网站取水量为44000M3/H。此方案下系统运行水量分配图见见图33。40T热网站冷却塔水池循环水泵凝汽器辅机冷却水冷却设备40T温降很小40图33运行方式三水量分配图在此种运行方式下，热网站单独运行，冷却塔不参与运行。当循环水不上塔时，循环冷却水的水量分配详见附图2。34循环冷却水水质XX电厂一期循环水改造方案，以XX污水处理厂出水为循环水的主水源。目前已收集到污水处理厂出水水质资料，见表32和表33。39表32（2007年7月检测）污水厂出水污水厂出水