利用热泵技术回收热电厂循环冷却水低温热量供暖及提供生活热水项目可行性研究报告.docx
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利用热泵技术回收热电厂循环冷却水低温热量供暖及提供生活热水项目可行性研究报告
利用热泵技术回收热电厂循环冷却水
低温热量供暖及提供生活热水项目
可行性研究报告
一、项目依据及示范性
1、依据――――――――――――――――――――――――――――――2
2、示范目的和相关政策―――――――――――――――――――――――2
3、建设的示范性――――――――――――――――――――――――――4
二、项目方案
1、工程概况――――――――――――――――――――――――――――7
2、热泵原理及项目原理―――――――――――――――――――――――8
3、项目技术方案―――――――――――――――――――――――――－11
4、工程检测及维护方案和进度表―――――――――――――――――――15
5、存在的问题及规模――――――――――――――――――――――――20
6、热泵机组的介绍―――――――――――――――――――――――――20
三、经济、效益、风险分析
1、经济分析――――――――――――――――――――――――――――27
2、效益分析――――――――――――――――――――――――――――30
3、风险分析――――――――――――――――――――――――――――32
四、工程实例应用
1、沈阳铁煤集团热电厂―――――――――――――――――――――――34
2、大连北海热电厂―――――――――――――――――――――――――35
五、##省龙达热力有限公司资质证明―――――――――――――36
六、 相关文件
一．项目依据及示范性
1、依据
1）2009年1月14日在##省建设厅在会议室召开的关于##农业职业技术学院“绿色建筑示范工程”项目论证会，用热泵技术回收热电厂循环冷却水低温热量供采暖工程技术方案可行性研讨会。
详细内容见会议纪要（附件一）。
2）##热电厂提供的2008年采暖运行数据及冷却循环水冬季运行数据（附件二）。
3）可再生能源建筑应用（地源热泵利用热电厂冷却塔循环水余热供暖）示范申请报告
2、示范目的和相关政策
2.1示范目的
##热电厂位于某市铁东区，热电厂目前使用20万千瓦的热电机组，发电同时供800×104m2的建筑采暖，热电厂以热定电，承担着####市建筑的供暖任务，在##市起着举足轻重的作用。
由于目前我们国内热电厂一次性能源利用率普遍较低，很大一部分能量随着冷却塔流失掉了。
如果能够将白白排放到大气中的这些低温热量回收利用起来，能够大幅度的减少一次性能源的消耗，降低供热成本，减少环境污染，产生巨大的经济效益、环保效益。
2.2相关政策
1）##省相关政策：
热泵技术的应用得到##省政府，省建设厅及省电力有限公司高度重视
2005在##油田集团公司召开的关于##油田热电厂利用热泵技术回收热电厂循环冷却水低温热量供采暖工程技术方案可行性研讨会。
会议通过讨论，决定委托山东富尔达空调设备有限公司进行《##油田分公司利用热泵技术回收热电厂循环冷却水低温热量供采暖工程可行性研究报告》
2007年，##省建设厅下达《建设科技成果认推广项目计划的通知》，通知中确定“水源热泵中央空调”技术列入2007年##省科技成果推广项目。
2008年，##省电力有限公司明确规定：
地源热泵用电执行民用电价，大力推广使用。
2008年，##省建设厅向国家申请松原为“可再生能源“应用示范城市，在松原及##省内大力推广水源热泵。
2）国内地源热泵相关政策：
节能、环保新技术的开发利用，受国家和社会的高度重视
目前，国内外都以节约能源、保护环境为国家发展的重要目标，我党和国家也提出了建设资源节约型、环境友好型社会的要求，鼓励发展可再生能源。
由于地源热泵技术在国内外均属节约资源、充分利用再生能源、改善环境的重要建筑节能技术之一，各国都在大力推广应用这一技术，并为此出台了各种鼓励政策。
我国财政部关于印发《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》的通知（财建[2006]237号）文件中规定了地热能为可再生能源，并为可再生能源设立专项基金，重点扶持地热能在建筑物供热、采暖和制冷中的推广应用。
2006年，北京市九委局联合下发了《关于印发关于发展热泵系统的指导意见的通知》（京发改[2006]839号）文件，明确规定：
采用地下（表）水源热泵的项目，政府补助35元/平方米，采用土壤源和再生水源（污水、工业废水）热泵的项目补助50元/平方米。
国家经贸委、国家税务总局联合下发文件[2001]第5号，国家鼓励发展节水设备（产品）目录（第一批）中指出，企业技术改造项目凡使用该《目录》中的国产设备，享受投资抵免企业所得税的优惠政策，其中涉及到的换热设备就有中央液态冷热源环境系统热能采集设备，其应用技术是“单井抽灌”。
2006年2月，北京市出台了《北京市地热资源管理办法》，其中规范了地热资源的类型、条件并且在勘查、开发和利用上制定了详细管理办法，同时将温度25摄氏度以上的地热资源作为矿产资源统一管理，从而间接推动了浅层地温能（10-20）摄氏度开发利用。
北京市水利局颁布了京水资[2003]54号文件，明确规定单井抽灌装置是一种以水为介质的土壤换热装置，而不是取水装置，“中央液态冷热源环境系统”的单井抽灌技术不纳入水资源费的收取范围。
辽宁省电力公司于2003年3月16日发布了《关于水源热泵用电执行集中电采暖优惠电价的通知》，其中规定了对水源热泵供暖用电按集中电采暖优惠电价政策执行，即“在执行非工业电价的基础上，每度电价每千瓦时优惠0．15元，再执行峰谷电价。
2002年5月，第七届国际能源组织热泵会议在北京召开。
与会的中外专家普遍认为中国的热泵技术已超过世界的发展水平和推广速度。
3、建设示范性：
3.1##热电厂现状:
可回收的废热量及潜在的供热能力
（1）##热电厂循环水流量14700m3/h，而我们设备换热冬季所利用循环水量为1200m3/h，夏季所利用循环水量为1320m3/h，温差大于5℃（出口25℃，回水温度20℃～15℃），可回收的废热量10.8MW/h，冷却循环水中的废热可供采暖面积171900m2,可回收的能量巨大。
（2）根据现有可回收的废热负荷将由新建热泵站来承担。
在##热电厂热源处或者在使用单位，建立热泵供热站，回收循环冷却水中的低温热量，利用17.19万平米建筑提供采暖所需的热量。
3.2热泵技术在国内外的应用情况
1）国外应用情况
水源热泵技术成熟，具有高效、节能、环保、安全等优点。
在美国、法国、瑞士、奥地利、德国应用广泛。
地源热泵的历史为1912年瑞士的专利，而真正商业应用也只有近十几年的历史。
如美国，1985为止共有1.4，万台地源热泵，1997年安装了4.5万台，而到目前为止已安装了40万台，而且每年以10%的速度稳步增长。
美国在2001年达到每年安装40万台地源热泵的目标。
降低温室气体排放100万吨，相当于减少50万辆汽车的污染物排放或种树100万英亩；年节约能源费用4.2亿美元，此后，每年节约能源费用再增加1.7亿美元。
2）国内应用情况
近十年来，热泵技术在我国的应用发展的速度非常快。
其中，山东富尔达公司在全国完成工程700多项工程，采用的热源水包括地下水、海水、湖水、油田回注水、城市生活污水等各种型式，供热（冷）面积1200×104m2。
北京地区自1998年成功运行第一台热泵机组至今，已有210×104m2工程使用热泵技术，其中北京甄氏房地产为全国最大的地温中央空调工程共50×104m2；北京菊儿小区荣获联合国颁发的“人居奖”；北京首钢篮球中心被评为2008年奥运会指定比赛场馆。
在辽河油田分公司的欢喜岭采油厂，大庆油田公司的采油二厂、三厂、五厂、七厂、管理局的房屋开发公司、大庆石化总厂等单位广泛应用。
其中辽河油田、大庆油田的热泵应用与本工程应用方式类似，热泵技组回收的是油田的回注污水中的废热，为联合站采暖、大罐维温提供热量。
3.3项目建设的示范性
1）加快建设资源节约型、环境友好型社会，是党中央、国务院在新形势下作出的重大战略决策，建设节约型校园是教育系统落实这一战略决策的重要举措。
高等学校是培养人才和促进科技进步的主要阵地，深入开展高等学校节约型校园建设工作，不仅可以促进学校本身的能源资源节约，降低办学成本，在社会起到示范和带动作用，还有利于促使广大学生树立节能环保意识，掌握节能环保技能，对我国经济和社会发展产生深远影响。
节能节水工作是节约型校园建设的重要内容之一，加强节能节水工作，将有效地促进高等学校节约型校园建设的全面开展。
根据住房和城乡建设部、教育部建科[2008]90号文件的精神。
各高等学校应针对不同建筑特点和能源消费类型，在能耗统计、能源审计基础上，对既有高耗能建筑的围护结构、中央空调、采暖、照明和用电设备等进行了节能改造，对用电设备和电力分配系统进行系统性诊断和分析，加装节电设备，实现用电系统整体优化，提高电效。
积极采用节水系统、节水器具和设备，合理利用非传统水源。
充分利用自然资源和可再生能源，积极推广使用浅层热泵、新能源，扩大可再生能源使用范围。
##农业工程职业技术学院示范项目的落实和推广将带动各高等院校做到节约型校园建设，真正起到宣传我国能源现状与节约型校园建设的重大作用，同时也将对高校节能起到示范作用。
贯彻《可再生能源法》精神，按照《节能规划》要求，充分利用浅层地热能等可再生能源，通过先进、适用的科学技术手段，将其应用到该节能示范项目中，结合某市当地以及项目自身的地理优势，充分利用地下资源和其中蕴含的低品位热资源，把##农业工程职业技术学院新建校区建成可再生能源应用的示范区，推动再生能源在当地的开发利用和供暖方式改革，因地制宜地推广地下水源热泵技术在某市的发展和应用。
2）煤炭等一次性能源的价格不断上涨
能源危机是一个世界性的问题，一次性能源越来越宝贵，而中国又是一个能源消耗大国，随着《可再生能源促进法》的颁布实施，节能降耗在中国已经被充分认识到其紧迫性和严峻性。
石油、煤炭等一次性能源的价格一涨再涨，而根据市场形势，价格上涨的趋势仍在继续。
从工业品出厂价看，辽宁省煤炭开采和洗选业出厂价与去年同期相比上涨40%；从原材料、燃料、动力购进价格看，辽宁省煤炭开采和洗选业购进价格年同月相比上涨8%；
2008年东北地区煤炭价格涨幅较大，并且煤源相对紧缺。
3）热泵技术的应用成熟
水源热泵技术成熟，具有高效、节能、环保、安全等优点。
在美国、法国、瑞士、奥地利、德国应用广泛。
在国内近十年来，热泵技术的应用发展的速度非常快，受到国家相关部门的重视和用户的青睐。
4）煤炭直接燃烧造成的污染严重
采用热泵技术方案后，可回收冷却塔中的废热量7.9MW/h，每年节约2389.24吨标准煤，将减少向大气中排放45吨粉尘,6260吨二氧化碳,20.31吨二氧化硫，17.8吨氮化物，相当于每年减少3600多辆汽车的尾气排放量或每年种树7000多英亩,社会效益相当明显，减轻能源紧张和环境压力，起到积极推动作用。
5）采用热泵系统方案后，每年可节约运行费用200万元，效益回收期7年左右，经济效益相当的明显。
综上所述，此利用热泵技术回收热电厂内的废热，符合供热生产的要求；同时减少煤炭的燃烧量，不造成任何污染，符合环境保护的要求；回收热电厂内的废热，形成循环经济，节省煤炭宝贵的一次性能源；对冷却塔形成封闭冷却循环，减少蒸发量，节省宝贵的水资源；此项目又有着非常可观的经济效益，因此建设该项目是完全可行的。
三、项目方案
1、工程概况
1）自然条件和地理位置
地理位置
##市地处东北松辽平原腹地，北靠长春，南临沈阳，铁路四通八达，是东北地区的重要交通枢纽。
##现辖公主岭市、双辽市、梨树县、伊通满族自治县和铁东、铁西两个市区，总面积14,080平方公里，总人口330万。
其中市区面积407平方公里，人口50万。
有30个民族，其中汉族人口占91%。
##市工业以机械、能源、化工、食品为主体，有40多个行业，省以上优质产品250多种。
在全国占有重要地位的产品有联合收割机、轮式装载机、鼓风机、改装汽车、钨钼制品、玻璃、地毯、淀粉、烟酒等。
这里的温带大陆性气候和肥沃的黑土地适用于农作物的生长，玉米、水稻、大豆、葵花籽的产量和出口量占全国第一位。
全市粮食总产量连年突破50亿公斤，被人们誉为“东北大粮仓”。
猪、牛、羊、禽也连续几年里呈两位数增长，是国家重点牛、羊、禽、填鸭生产基地。
##市矿产资源十分丰富，各种矿藏达37种，金属矿藏主要有金、银、铁、锰、铜、锌等，其中银持的储量全国第一、世界第二。
非金属矿藏主要有石灰石、硅灰石、大理石、澎润土、石英砂、天然气等。
其中，硅灰石的储量居世界前列。
自然条件：
气候
##地区室外气象条件：
大气压力：
冬季:
1,004.1；夏季:
986.3；
年平均温度:
5.9℃；
室外计算（干球）温度（℃）
冬季
采暖:
-22℃；空调:
-25℃；通风:
-15℃；
夏季
通风:
27℃；空调:
30.6℃；空调日平均:
26.2℃；
平均日较差:
8.5℃；
夏季空调室外计算湿球温度:
18.5℃；
最热月平均温度:
18℃；
冬季空调:
68％；
最热月月平均:
78％；
夏季通风:
64％；
冬季平均:
3.1m/s；
夏季平均:
2.9m/s；
冬季风向:
SSW；频率（％）:
14％；
夏季风向:
SSW；频率（％）:
17％；
全年风向:
SSW；频率（％）:
16％；
最大冻土深度:
148cm；
极端最低温度:
-34.6℃；
极端最高温度:
36.6℃2）水文
2）项目情况：
##农业工程职业技术学院新建校舍项目位于某市铁东区城东乡一面城村东侧，四下公路两侧，地理优势十分明显。
总规划占地面积21.3137公顷，建筑面积171,951㎡（其中公建部分面积72,559㎡；商建部分面积99,392㎡），工程拟建成具有采暖供热能力10MW的热泵供热站一座，回收冷却水中的废热7.9MW,供热面积达到17.19×104m2（热负荷指标为45W/M2），并对热电厂以14700m3/h的循环冷却水进行部分的封闭冷却（封闭量根据热负荷确定），降低循环水的蒸发量。
3）项目范围
地源热泵系统总投资包括热泵机房内的设备费（包括热泵主机和其他配套设备）、安装费、建集水池费用和管线安装费
2、热泵原理和项目原理
1）热泵技术原理
热泵技术是根据逆卡诺循环原理，将低温热源（如工业循环水、地下水、城市废水、油田回注水等）中的低品位热能进行提取，转换为高品位热能的一种高新技术产品，近几年来，该项技术在采暖供热系统中得到了广泛的应用。
特别在低温余热回收方面具有独特功能，对节约能源，提高能源的有效利用率，保护环境都具有积极的意义。
主机系统工作分为三个能量变化过程：
第一过程——废水将能量释放给机组。
第二过程——机组将得到的能量进行压缩、转换到末端用户。
第三过程——末端将机组吸收的能量释放出去，达到供暖的目的。
具体形式为：
第一过程：
机组的介质在蒸发器内蒸发，需要吸收热量，介质的蒸发温度为7℃左右，此时17℃左右的工业冷却水在蒸发器中经过，与7℃的介质换热，并将热量释放给介质，介质吸收热量蒸发。
第二过程：
机组自身介质循环，蒸发的气体被压缩机吸入并压缩，变成高温、高压的气体，进入冷凝器，实现热量向冷凝器转化的过程，而冷凝器是与末端系统连接的。
第三过程：
机组的高温、高压的介质进入冷凝器冷凝，放出热量，并与系统水进行热交换，实现将在蒸发器内吸收的热量和输入的电能的总和输出给采暖系统水的过程，采暖系统水带着热量释放给房间，达到制热的目的。
在整个的过程中，机组的能量输入输出比最高可达到5,即电机输入电能是1KW时，从电厂的循环冷却水中可以通过换热提取得到4KW的能量，在末端系统得到的能量是5kW。
在整个的过程中消耗少量的电能，极大的利用工业循环废水的能量，从而达到节能的目的。
2）项目原理
（1）原系统流程描述（见下图）
整个系统分为五个循环。
第一：
锅炉与汽轮机联动发电、供暖过程；
图中所示锅炉送出高温高压的蒸汽进入汽轮机发电，汽轮机发电后的尾气约100℃的高温蒸汽输出到一级管网换热站。
当采暖的负荷量加大，汽轮机的尾气不能满足采暖要求的时候，就需要抽取第三级蒸汽（300℃左右的高温蒸汽）甚至第一级蒸汽（500℃左右的高温蒸汽）用于一级管网的采暖换热，此时用超高品位的蒸汽换热出低品位的热水用于供暖的这种运行模式，本身就是十分不经济的了。
第二：
冷却塔的循环冷却水冷却凝汽器的过程；
在第一循环中，要维持汽轮机的发电正常工作，凝汽器内的真空度就要有一定的要求，此时就通过冷却塔的循环冷却水将凝汽器冷却下来，但冷却的过程中也带走了大量的热量，排到了大气中，白白的浪费掉了，十分的可惜。
经过计算，本项目可回收冷却塔的热量为7.9MW。
第三：
汽轮机的尾气与一级管网换热站换热的过程；
汽轮机发电后的尾气与一级管网换热站进行换热，将热量输送到一级管网，供各个建筑物的二级管网的换热使用。
第四：
一级管网与二级管网换热站换热的过程；
一级管网将从汽轮机得到的热量通过与二级管网换热站的热交换，将热量传递给二级管网。
目前在最大负荷时一级管网的供回水温度分别是93℃和53℃。
由于末端承载的供暖建筑物太多，与原设计的供水110℃，回水65℃相差较大，严重影响采暖效果，更加无法承担面积的再次增大。
第五：
二级管网将热量送到建筑物内采暖的过程；
本循环是所有循环中的最后一级，二级管网将从一级管网中得到的热量输送给用户，完成采暖的全过程。
（2）改造后系统流程描述（详见附图）
系统改造后的是回收循环冷却水的热量，25℃循环水经过热泵机组的取热降温至15℃，达到凝汽器的使用要求，同时也提取了水中的热量，循环冷却水的水量和水质不发生改变。
3、项目技术方案：
3.1项目原则
1）编制原则
（1）严格执行国家、地方、行业的相关政策和法规。
（2）可靠性原则
（3）在确定方案时，以国家权威部门的检测数据为依据。
（4）所选设备设计寿命期内，要运行稳定，检修工作量小。
2）适应性原则
工艺方案最大程度上适应系统内外的变化因素，按最不利工况进行计算。
3）经济性原则
尽量选用投资相对少，运行费用低、环保无污染。
4）自动化水平
在设计中，采用全自动化控制，配合无线远程控制系统，管理简单、运行安全可靠。
3.2遵循的标准、规范
（1）GB50253—199《工业金属管道工程施工及验收规范》
（2）GB50264—1997《工业设备及管道绝热工程设计规范》
（3）CJJ34—1990《城市热力网设计规范》
（4）CJJ/T81—1998《城镇直埋供热管道工程技术规范》
（5）CJJ38—1990《城镇供热管网工程质量检验评定标准》
（6）SY0043—1996《油气田地面管线和设备验收规范》
（7）GBJ19-87《采暖通风与空气调节设计规范》
（8）JGJ37-87《民用建筑设计通则》
（9）JGJ50-2000《城市道路和建筑物无障碍设计规范》
（10）GB50325-2001《民用建筑工程室内环境污染控制规范》
（11）GBJ16-87-2001《建筑设计防火规范》
（12）（GB50019-2003）《采暖通风与空气调节设计规范》
（13）（GB50045-95）（2005版）《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》
（14）（GB50189-2005）《公共建筑节能设计标准》
（15）（GB50243-2002）《通风与空调工程施工质量验收规范》
（16）（GB50366-2006）《地源热泵系统工程设计规范》（富尔达总工高翀参加编制）
（17）国家及省市有关设计施工规范、环保、卫生、消防、防疫、交通、市政、绿化等部门的法规及规范。
3.3主要技术指标：
1）冬季室内设计温度t=18℃-24℃；室外设计温度t=-30℃。
2）单位面积热指标：
q=45W/m2；总负荷量为Q=7.9MW
3）热泵机组制热系数：
cop=5.0；热水进出口温度t=45℃～55℃；
4）机组每小时用电量：
N=Q/cop=7.9MW/5=1580kW
5）循环冷却水：
（1）晾水塔进口温度：
24℃～18.7℃（最低18.7℃）；
（2）晾水塔出口温度：
13.6℃～9.9℃（最低9.9℃）；
（3）按最小温差6.8℃；
（4）按最小水量：
1200m3/h；
3.4技术方案:
水源热泵系统投资估算：
水源热泵系统总投资包括热泵机房内的设备费（包括热泵主机和其他配套设备）、安装费、建集水池费用和管线安装费。
a）水源热泵机组造价
富尔达LSBLGRG—1700M和LSBLGRG—2200M满液式高温热泵机组各一台，费用合计为426万元;富尔达LSBLGR—2000M和LSBLGR—2200M满液式热泵机组各一台，费用为450万元。
总费用为876万元。
b）其他配套设备费及安装费
包括循环水泵，定压装置，除砂器，软水器，软水箱，集分水器，电子水垢处理仪，自动控制系统以及热泵站房等的采购及建设、安装费用，共为654万元。
c）输送管网
造价根据规划设计的冷却水输送管网，该部分的造价为440万元。
d）其它费用（如税金、管理费）：
330万元
以上各项合计：
2,270万元。
如下表所示：
表3-4水源热泵系统造价估算
序号
名称
数量（套）
价格（万元）
备注
1
LSBLGRG—1700M满液式热泵机组
1
186
山东富尔达
2
LSBLGRG—2200M满液式热泵机组
1
240
山东富尔达
3
LSBLGR—2000M满液式热泵机组
1
220
山东富尔达
4
LSBLGR—2200M满液式热泵机组
1
230
山东富尔达
5
配套设备及安装费
654
6
输送管网
440
7
其它费用
300
合计
2,270
3.5方案效果及特点
（1）不新建锅炉房，只建设一座180平方米的热泵站，
（2）建设成本效益估算：
热泵采暖系统工程成本估算为2270万元，
（3）运行成本效益估算：
燃煤锅炉每年运行费用为每平米18.20元，热泵采暖运行费用折合每平米8元。
热泵采暖预计每年可比燃煤锅炉节省175万元，并且每年节省循环水蒸发量10×104m3。
（4）与传统的燃煤锅炉采暖相比，每年减少煤炭的消耗量2389.24吨，将减少向大气中排放45吨粉尘,6260吨二氧化碳,20.31吨二氧化硫，17.8吨氮化物。
（5）需7年的时间即可回收热泵系统比燃煤锅炉系统多投资的部分资金。
（6）高效、环保节能，无任何污染、电脑控制、运行安全可靠，无爆炸隐患。
4、项目检测及维护方案：
1）检测预留方案
作为国家的示范工程有提供运行数据的义务，所以我们在可再生能源建筑应用设计当中就从分考虑了检测预留方案，实施专项施工图设计，并预留了检测接口。
为项目的评估验收和以后的运行数据监测做好准备。
热泵机组性能检测预留
热泵机组性能检测包括热源侧进、出口水温和流量、用户侧进、出口水温和流量以及热泵机组的输入功率。
热源侧、用户侧进、出水水温检测预留
在热源侧、用户侧进、出水管上焊接φ12X1（铜管）温度传感器探温盲管各一只，为了减少传热温差，在盲管内诸如高效导热油（如图3-3）。
图3-3
热源侧、用户侧流量检测预留
在热源侧、用户测总出水管上设置旁通管道，并设置截止阀
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