泰安市以工业冷却循环水为低温热源供热的可行性研究

摘 要：热泵是近年来在全世界备受关注的新能源技术。人们越来越重视如何通过热泵技术，将生活和生产排出的废热以及贮存在土壤、地下水、地表水以及空气中的太阳能，用于建筑物采暖和热水供应等方面，从而有效地降低高位能的耗散速度，减少环境污染，给人类创造美好的家园。文章浅议泰安市以工业冷却循环水为低温热源供热的可行性研究。

关键词：集中供热；热泵；采暖

1 前言

我国工业余热的资源很丰富，利用的潜力很大，分布也很广，不少余热温度较高且载热体流量稳定，具有较好的利用条件。凝汽发电厂的冷源放热就是一例。由于这部分热量的品位低而一直未被利用。近年来，虽然有些电厂采用低真空运行方式用循环冷却水来向采暖用户供热，但用量少，且供热量不大，多数电厂还是将这部分热量排放到自然环境中。对于低温位工业余热的回收利用技术，目前提出的有热泵技术、低温发电、吸收式制冷等手段[1]。

采用热泵为建筑物供热可以大大降低一次能源的消耗。通常我们通过直接燃烧矿物燃料（煤、石油，天然气）产生热量，并通过若干个传热环节最终为建筑供热。在锅炉和供热管线没有热损失的理想情况下，一次能源利用率（即为建筑物供热的热量与燃料发热量之比）最高可为100%。但是，燃烧矿物燃料通常可产生1500～1800℃的高温能源，是高品位的热能，而建筑供热最终需要的是20～25℃的低品位热能，直接燃烧矿物燃料为建筑供热意味着大量可用能的损失。如果先利用燃料燃烧产生的高温热能去发电，然后利用电能驱动热泵从周围环境中吸收低品位的热能，适当提高温度再向建筑供热，就可以充分利用燃料中的高品位能量，大大降低用于供热的一次能源消耗。供热用热泵的性能系数。即供热量与消耗的电能之比，现在可达到3～4；火力发电站的效率可达35～58%[2]。采用燃料发电再用热泵供热的方式，在现有先进技术条件下一次能源利用率可以达到200%以上。因此，采用热泵技术为建筑物供热可大大降低供热的燃料消耗，不仅节能，同时也大大降低了燃烧矿物燃料而引起的CO2和其他污染物的排放。为满足低温热负荷的需要，同时提高能源利用率，我们可以考虑利用工业余热作为热源采达到这一目的[3-4]。

据泰安市经贸委提供的数字显示：今年1-6月份，78家重点资源综合利用认定企业实现资源综合利用产品销售收入14.74亿元、利润1368万元。利用工业固体废物404.42万吨。21家资源综合利用电厂发电148525.61万千瓦时。68户重点用水企业工业用水量38562.57万吨，重复利用水量36008.01万吨，重复利用率达到93.38%，由此可见泰安市的工业余热的利用是有很大发展潜力的。

2 工程实例

压缩式水源热泵调研地点为大庆阳光佳苑社区供热站。此供热站是让湖路区热泵改造项目中的一个热泵站，大庆市让湖路区采用热泵集中供热工程，是以大庆炼化公司工业循环冷却水为热源，采用压缩式热泵机组，热泵房建设面积1500平方米。

2.1 项目设计参数

2.1.1 热源：利用大庆炼化公司第三循环场及扩建水场的循环冷却水，设计总的循环水量52000m3/h，实际总的循环水量35300m3/h，设计给水温度38℃，实际给水温度34℃。

2.1.2 驱动源：220V、50HZ交流电，总的需电负荷为50000kw。

2.1.3 热泵机组：根据调查，七个小区内需供热的老式非节能建筑约12万平方米，末端均采用散热器形式，新式节能建筑约308万平方米，末端均采用地板幅射形式，整个工程所需热负荷192000kw，拟建热泵房7个，节能建筑选用R22制冷剂的常温机组，非节能建筑选用R134a制冷剂的高温机组。

2.1.4 系统水设计温度：节能建筑（地暖）供回水温度55/45℃；非节能建筑（散热片）供回水温度65/50℃。

2.2 工程量

2.2.1 在炼化公司区域内，建换热站一座，铺设工业循环冷却水供回水Φ1420×12管线各0.2km，一级管网供回水Φ920×10各为1.9km。

2.2.2 从炼化公司6号门东侧围墙外2m起至让胡路供热小区铺设供回水主干管线Φ920×10各为6.7km。

2.2.3 各小区建热泵房一座；通过热泵机组将二级循环水温度从45-50℃提升至55-65℃后给居民供热。

2.3 整体320万m2建筑工程节能减排情况

2.3.1 该项目建设可节煤（以七台河煤为基准） 73686吨/年。

2.3.2 该项目节约水量为120万吨/年。

2.3.3 通过该项目实施可实现减少二氧化碳排放量为：189667.764吨/年；二氧化硫442116kg/年；减少烟尘排放量8355992kg/年；减少氮氧化物排放量1433929.56kg/年；减少烟气量为1.59×109标准立方米/年。

2.4 一期工程节能减排情况

56万平米供暖面积改造后燃料煤消耗减少12895吨/年，节约水量为21万吨/年；通过该项目实施可实现减少二氧化碳排放量为33191.86吨/年；二氧化硫77370kg/年；减少烟尘排放量1462298.6kg/年；减少氮氧化物排放量250937.7kg/年；减少烟气量为2.8×108标准立方米/年。节能减排效果显著。

2.5 实施效果

一期工程于2006年11月14日正式投入使用，经过一个采暖期的运行，达到了设计效果，在整个采暖期内，室内平均温度在21℃以上的达到了95%，室内平均温度在18℃以上的占5%。热泵供热系统运行参数与设计参数对比如下表。

热泵运行参数与设计参数对比如表

3 泰安工业废热应用前景

泰山现有浅层地热应用项目大多都是采用土壤源热泵技术，土壤源热泵：是以大地为热源对建筑进行空调的技术，缺陷是地下埋管换热器的供热性能受土壤性质影响较大。

以现在泰安市的工业基础及工业结构采用工业冷却循环水为低温热源是未来几年内的发展趋势，泰安市可利用的高品位低温热源有多处：如泰安市的新汶矿业集团、肥城矿业集团的在生产过程中矿井水冬季能到达30℃左右是很好的低温热源，山东石横特钢集团、泰安石化等公司的工业冷却循环水温高达35℃，山东石横发电厂、山东石横中华发电有限公司等发电过程的高温蒸汽及高温水供暖市政管网后的余温还能高达50℃左右这都是冬季采用热泵集中供暖的优质的的高品位热源。

以工业冷却循环水为低温热源的热泵系统不仅热源品质比以土壤为低温热源的热泵系统热源品质高，而且其造价也远远低于土壤源热泵（节省了打地源井的开支，增加的设备只有板式换热器及循环水泵）。因此据实际调研数据，泰安完全有能力及条件采用工业冷却循环大规模供热。

参考文献

[1]何荣帜，林弈诚.国外热泵发展与应用译文集（一）[C].

[2]蒋爽，李震端木琳.海水热泵系统在斯德哥尔摩应用及其在中国的发展前景[C].2005年全国空调与热泵节能技术交流会论文集，2005.

[3]谢汝镛.我国水源热泵机组应用的现状与发展[J]. 现代空调，1999（2）：35-39.

[4]T.Ryushi，IchirouKita，TomonobuSakurai，MikinobuYasumatsu，MasanoriIsokawa，Yasutugu Aihara，Kotaro Hama.The effect of exposure to negative air ions on the recovery of physiological responses after moderate endurance exercise[J].International Journal of Biometeorology.1998（3）.

作者简介：孙大伟（1988，1-），男，山东泰安，本科，助理工程师，浅层地热的开发与利用。