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技術(shù)介紹

區(qū)域能源站作為分布式供能系統(tǒng)的一種，是指分布在負(fù)荷附近的，模塊化的，有針對(duì)性的清潔環(huán)保供能設(shè)施。區(qū)別于傳統(tǒng)的集中供能系統(tǒng)，區(qū)域能源站整個(gè)系統(tǒng)能效較高，能源利用總效率達(dá)到90%以上，同時(shí)，降低固廢及碳排放，真正做到高效環(huán)保。

本案例為萊陽工業(yè)園區(qū)建立區(qū)域能源站。整個(gè)能源站新建6臺(tái)75t/h低磨損、低能耗、高效率的第二低循環(huán)流化床鍋爐，一方面，采用汽輪機(jī)離心熱泵機(jī)組，回收?qǐng)@區(qū)內(nèi)化工廠工業(yè)循環(huán)冷卻水，為萊陽市老城區(qū)與開發(fā)區(qū)800萬居民供暖。汽輪機(jī)離心熱泵機(jī)組是通過高溫高壓蒸汽汽輪機(jī)，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)離心熱泵，離心熱泵冷媒吸收低品位熱能，壓縮后提高冷媒溫度，變成高品質(zhì)熱能，加熱城市熱網(wǎng)水，而實(shí)現(xiàn)制熱循環(huán)。蒸汽在汽輪機(jī)做功后，排汽進(jìn)入熱網(wǎng)換熱器，再次對(duì)熱網(wǎng)熱水進(jìn)行進(jìn)一步溫度提升，從而完成能源梯級(jí)利用；另一方面，背壓式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，機(jī)組排汽為工業(yè)園區(qū)內(nèi)多家工業(yè)蒸汽用戶供熱，為開發(fā)區(qū)關(guān)停污染嚴(yán)重的小鍋爐，降低污染排放，創(chuàng)造了條件。

表 1 機(jī)組特性

SHAPE \* MERGEFORMAT

表 2機(jī)組優(yōu)缺點(diǎn)分析

適用行業(yè)及領(lǐng)域

結(jié)合目前市場(chǎng)情況，低溫、低熱源大致有如下幾種，如電廠冷卻水，高能耗企業(yè)生產(chǎn)工藝水（冷卻水或廢水），城市集中污水處理廠污水， 油田含油污水，地下水，江河胡海及淺層地能等。尤其是針對(duì)工業(yè)城市，工業(yè)園區(qū)等。由于生產(chǎn)需要，這些區(qū)域具備大量的低溫、低位熱源，煤礦的礦坑水，冶金冷卻水，生產(chǎn)廢水，化工冷卻水，電廠冷卻水等等。同時(shí)，這些區(qū)域又存在穩(wěn)定的熱、冷、電、熱水、蒸汽需求。因而，有效的利用這些余熱，采用蒸汽驅(qū)動(dòng)透平式熱泵機(jī)組進(jìn)行區(qū)域能源站規(guī)劃，對(duì)于提升區(qū)域能效，環(huán)保意義明顯。在如下區(qū)域采用本技術(shù)，意義尤其明顯

（1） 公用事業(yè)。如飛機(jī)場(chǎng)，大醫(yī)院，大學(xué)校，大機(jī)關(guān)。這些機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是組織性非常強(qiáng)，不是分散的居民，都是一個(gè)統(tǒng)一的機(jī)構(gòu)。用能特點(diǎn)也是空調(diào)為主、伴有其他熱、冷、熱水、蒸汽、電等穩(wěn)定負(fù)荷。

（2） 中小型離散制造業(yè)工業(yè)園區(qū)的區(qū)域能源站。這部分用戶需要熱、電、冷，也需要熱水和蒸氣。現(xiàn)在他們多半是用燒油的小鍋爐來提供。使生產(chǎn)成本高。如果在工業(yè)集中的一個(gè)區(qū)域建立區(qū)域能源站，回收余熱向他們提供蒸汽，熱水，就可以提供廉價(jià)的能源，降低制造成本，同時(shí)能量利用效率得到很大提高。

（3） 新建的過程工業(yè)園區(qū)。過程工業(yè)特點(diǎn)和離散制造業(yè)不同，一般一天24小時(shí)連續(xù)作業(yè)。在城市新建的過程工業(yè)園區(qū)里采用區(qū)域能源站技術(shù)，是很重要的一種形式。

典型用戶及投資效益

隨著萊陽經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，目前萊陽市即有熱電廠的供熱能力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足城市發(fā)展的需求，特別是開發(fā)區(qū)目前還沒有實(shí)行集中供熱，供熱缺口約150萬㎡，并以每年10～20萬㎡的速度增長(zhǎng)，供熱需求迫切且缺口較大。同時(shí)，開發(fā)區(qū)內(nèi)工業(yè)企業(yè)對(duì)蒸汽的需求量也非常大。

煙臺(tái)巨力精細(xì)化工股份有限公司位于煙臺(tái)萊陽經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，巨力化工廠的余熱資源非常豐富，二期投入運(yùn)行后工業(yè)循環(huán)水的循環(huán)水量達(dá)到17000噸/小時(shí)，冬季水溫在28度左右，如果這部分余熱能得到合理有效利用，對(duì)解決萊陽市供暖缺口問題將發(fā)揮重要作用。

針對(duì)這種情況，通過在萊陽開發(fā)區(qū)內(nèi)建設(shè)區(qū)域能源站來滿足園區(qū)內(nèi)不同用戶對(duì)熱、電、熱水、蒸汽的需求，采用“蒸汽透平驅(qū)動(dòng)式離心熱泵”技術(shù)對(duì)巨力化工廠進(jìn)行余熱綜合利用，采用新增的蒸汽鍋爐提供的部分采暖蒸汽作為熱泵的驅(qū)動(dòng)源，回收工藝中循環(huán)冷卻水中帶有的大量冷凝余熱，實(shí)現(xiàn)廢熱利用，將回收的熱量用于城市供熱；同時(shí)，鍋爐產(chǎn)蒸汽驅(qū)動(dòng)背壓發(fā)電機(jī)組發(fā)電，排汽來滿足園區(qū)的工業(yè)用汽需求。這樣做既解決了民生問題，又大幅提高了巨力化工的能源綜合利用效率，降低了單位產(chǎn)值能耗，同時(shí)提高了園區(qū)整體的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境水平。

1．余熱狀況分析：

表 3余熱狀況

由上表可以看出巨力化工循環(huán)水量巨大, 但是由于余熱品位低，難以利用，這些熱量被白白耗散到大氣當(dāng)中,不僅造成了能源的極大浪費(fèi),同時(shí)大量水分蒸發(fā)耗散,也耗費(fèi)了大量水資源。

2. 技術(shù)方案

為解決萊陽開發(fā)區(qū)，采暖供熱及工業(yè)蒸汽需求狀況，本方案新增的蒸汽鍋爐（75 t六臺(tái)）提供的中壓蒸汽（3.5 MPa，435℃）來驅(qū)動(dòng)蒸汽透平驅(qū)動(dòng)式熱泵機(jī)組壓縮機(jī)運(yùn)行而實(shí)現(xiàn)制熱循環(huán)，回收巨力化工循環(huán)冷卻水中帶有的大量冷凝余熱，將熱網(wǎng)循環(huán)水從55℃提升至75℃，中壓蒸汽在汽輪機(jī)做功后，排汽（0.3 MPa，183℃）進(jìn)入二次加熱器，將熱網(wǎng)水進(jìn)一步加熱至105℃提供給市政供熱。另一方面，采用2臺(tái)背壓式發(fā)電機(jī)組，在鍋爐產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動(dòng)機(jī)組發(fā)電的同時(shí)，根據(jù)萊陽開發(fā)區(qū)，生產(chǎn)工業(yè)企業(yè)的蒸汽需求，提供合適的蒸汽給相應(yīng)用戶。

表 4基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)

表 5熱網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2.1 蒸汽透平驅(qū)動(dòng)式熱泵原理

蒸汽透平驅(qū)動(dòng)式熱泵機(jī)組是通過高溫高壓蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)去驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)行而實(shí)現(xiàn)制熱循環(huán)。熱泵運(yùn)行的動(dòng)力來自高壓蒸汽，蒸汽在汽輪機(jī)做功后，排汽進(jìn)入換熱器，對(duì)供熱熱水進(jìn)行進(jìn)一步溫度提升。（汽輪機(jī)離心熱泵機(jī)組是通過高溫高壓蒸汽汽輪機(jī)，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)離心熱泵，離心熱泵冷媒吸收低品位熱能，壓縮后提高冷媒溫度，變成高品質(zhì)熱能，加熱城市熱網(wǎng)水，而實(shí)現(xiàn)制熱循環(huán)。蒸汽在汽輪機(jī)做功后，排汽進(jìn)入熱網(wǎng)換熱器，再次對(duì)熱網(wǎng)熱水進(jìn)行進(jìn)一步溫度提升，從而完成能源梯級(jí)利用。

表 6 系統(tǒng)額定運(yùn)行工況參數(shù)

SHAPE \* MERGEFORMAT

28℃， 5280t/h

2.2熱網(wǎng)

供熱管網(wǎng)：供暖一次管網(wǎng)熱水流量為9081 m³/h，主管道管徑為∅1220×22，滿足萊陽市老城區(qū)及開發(fā)區(qū)800萬平米供暖需求。

蒸汽管網(wǎng)：本工程已敷設(shè)工業(yè)蒸汽管道9公里，輻射范圍9平方公里。

2.3 供能能力分析

供暖：項(xiàng)目選用6臺(tái)26.5 MW蒸汽透平驅(qū)動(dòng)式熱泵機(jī)組，回收工廠循環(huán)冷卻水余熱功率159 MW，建筑單位面積供熱負(fù)荷按50 W/m²計(jì)算，回收的余熱可以滿足約318萬m²建筑的供熱需求。本方案設(shè)計(jì)總供熱能力為400 MW，總供熱面積800萬m²。

供汽：項(xiàng)目終期目標(biāo)6臺(tái)75 t/h中溫中壓循環(huán)流化床鍋爐，一期安裝4臺(tái)鍋爐，可逐步替代供熱、供汽范圍內(nèi)44家企業(yè)，約205噸燃煤鍋爐，二期安裝2臺(tái)鍋爐，最終實(shí)現(xiàn)供汽225 t/h。

供電：采暖季發(fā)電11.46 MW，非采暖季發(fā)電7.06 MW，全年發(fā)電量4934.328萬kWh。

3.項(xiàng)目建設(shè)的意義及效益分析

3.1項(xiàng)目建設(shè)意義

本項(xiàng)目采用鍋爐驅(qū)動(dòng)蒸汽透平驅(qū)動(dòng)式熱泵回收工廠循環(huán)冷卻水中大量低品位余熱技術(shù)建設(shè)萊陽開發(fā)區(qū)能源站，本項(xiàng)目對(duì)于當(dāng)?shù)卣�府而言，�?xiàng)目可增加城市集中供熱面積，解決民生問題，同時(shí)可以減少城市碳排放，提升城市品位；對(duì)于巨力化工，項(xiàng)目建設(shè)不僅不影響正常生產(chǎn)，還可大幅提高能源綜合利用效率，降低單位產(chǎn)值能耗，在獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也產(chǎn)生了很高的環(huán)境效益。對(duì)其它用蒸汽企業(yè)而言，自身不用再建鍋爐房，節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本，管理成本和人工，實(shí)現(xiàn)了綠色用能，安全用能。總體而言，本項(xiàng)目不僅提升該區(qū)域的能效水平和環(huán)境效益，同時(shí)為指導(dǎo)其他區(qū)域能源站建設(shè)提供指導(dǎo)意義。

3.2 本項(xiàng)目對(duì)該區(qū)域的環(huán)境效益

本項(xiàng)目對(duì)萊陽開發(fā)區(qū)整體而言，具有明顯的環(huán)境效益，做的了綠色供能。具體如下表所示：

表 7環(huán)境效益

說明: 1.1GJ熱量折合標(biāo)煤 0.03412噸標(biāo)準(zhǔn)煤；

2.1噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒，排放CO₂：2.6 t、NO_X：7 kg、SO₂：20 kg、煙塵：15 kg、灰渣：260 kg；

3.1棵樹每年可吸收二氧化碳約18.3 kg；

本項(xiàng)目的建成，對(duì)推動(dòng)萊陽“十二五”以及“十三五”節(jié)能減排工作，分散小鍋爐替代工作，改善城市大氣環(huán)境質(zhì)量，供貨能源結(jié)構(gòu)意義重大。完成目標(biāo)后，本項(xiàng)目替代的萊陽市鍋爐總用煤量為287066 t/a，若按照煤炭?jī)r(jià)格600元/t計(jì)算，則費(fèi)用為17223.96萬元。本項(xiàng)目向其提供的等熱值的蒸汽657000 t，蒸汽價(jià)格為180元/t，則費(fèi)用為11826萬元。由于蒸汽為清潔能源，減少排放SO₂約1711噸，NO_X約4.47噸,企業(yè)可年節(jié)約脫硫費(fèi)用1000萬元。則企業(yè)共可節(jié)省費(fèi)用6397.96萬元。

3.3 項(xiàng)目對(duì)巨力化工的影響分析

3.3.1        本項(xiàng)目對(duì)工廠的工藝影響分析

實(shí)施本項(xiàng)目需要：1）從巨力化工引出循環(huán)冷卻水送至供熱機(jī)房，并從中提取廢熱，因此需要取用冷卻塔的循環(huán)水；2）考慮到應(yīng)盡可能縮短循環(huán)水取水點(diǎn)與供熱機(jī)房的距離，項(xiàng)目可能需要占用約1200㎡的用地（在冷卻塔附近）；3）新增供熱機(jī)房需要增加一部分配電負(fù)荷。

3.3.1.1  針對(duì)性設(shè)計(jì)思路

確保取水安全，保證化工廠的正常運(yùn)行。系統(tǒng)設(shè)計(jì)為閉式循環(huán)，運(yùn)行過程中無水量蒸發(fā)損失，為巨力化工節(jié)省了漂水量；供熱機(jī)房位置盡可能靠近工廠冷卻塔，縮短取水管線長(zhǎng)度，降低冷卻水流失的風(fēng)險(xiǎn)；循環(huán)冷卻水取水方案設(shè)計(jì)：在連接各冷卻塔的供水支管上分別開口引出取水管，并匯入取水管母管, 當(dāng)某臺(tái)冷卻塔檢修或出現(xiàn)故障時(shí)，其余冷卻塔運(yùn)行不受影響，這種取水方式施工簡(jiǎn)單且運(yùn)行調(diào)節(jié)靈活，有利于提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定；取水系統(tǒng)獨(dú)立配置一套增壓泵來克服因增加換熱系統(tǒng)而帶來的壓損。

在各管道開口處均設(shè)置了相應(yīng)電動(dòng)（或手動(dòng)）開關(guān)閥門，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以快速關(guān)閉引水管路閥門，同時(shí)打開上塔管路聯(lián)絡(luò)閥，冷卻水正常上塔冷卻，不影響系統(tǒng)運(yùn)行。

3.3.2本項(xiàng)目對(duì)工廠的效益影響分析

3.3.2.1節(jié)水效益分析

本項(xiàng)目采用蒸汽透平驅(qū)動(dòng)式熱泵機(jī)組回收利用了循環(huán)冷卻水余熱，這一部分冷卻水不需要再通過冷卻塔降溫，因此可以減少冷卻塔蒸發(fā)、漂水的補(bǔ)水量。

項(xiàng)目全部完成后，熱泵回收利用循環(huán)水量12906 t/h，補(bǔ)水率取1.5%，采暖季運(yùn)行時(shí)間按3120h，則：

每個(gè)采暖季可以節(jié)省冷卻塔補(bǔ)水：5280×1.5%×2880=60.4萬噸。

工業(yè)用水價(jià)格按2元/m3，則：每年可為工廠節(jié)省水費(fèi)60.4×2=120.8萬元。

3.3.2.2節(jié)電分析

由于上塔冷卻水量的減少，工廠可停用一臺(tái)水流量為4500 t/h的冷卻塔，冷卻塔風(fēng)機(jī)功率按180 kw，電價(jià)按0.81元/kwh計(jì)算，則

每年可為工廠節(jié)省運(yùn)行電費(fèi)：

180 kw×24 h×130 d×70%×0.81元/kwh=31.85萬元

由于循環(huán)水不在上塔，且我公司側(cè)安裝循環(huán)水泵串聯(lián)，巨力側(cè)循環(huán)水泵揚(yáng)程降低，巨力側(cè)循環(huán)水泵電流有所下降，也能降低巨力側(cè)的廠用電量。

通過以上分析可以判斷：項(xiàng)目的改造不僅不會(huì)對(duì)化工廠的正常運(yùn)行造成影響，還為巨力化工產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益，年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用達(dá)150萬元。

4．項(xiàng)目投資收益分析

本工程全部完成后，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益：

表 8經(jīng)濟(jì)效益

技術(shù)提供單位介紹

盾安（天津）節(jié)能系統(tǒng)有限公司是盾安環(huán)境的節(jié)能產(chǎn)業(yè)版塊，是專業(yè)的節(jié)能系統(tǒng)集成服務(wù)商、中國(guó)節(jié)能服務(wù)領(lǐng)軍品牌。盾安節(jié)能致力于工業(yè)節(jié)能、城市供暖節(jié)能、建筑節(jié)能等領(lǐng)域，大力推廣工業(yè)余熱回收、余熱余壓發(fā)電、污水源熱泵等可再生能源利用技術(shù)，打造信息化能效管理平臺(tái)，根據(jù)城市及耗能企業(yè)的特點(diǎn)和需求，為客戶量身定制節(jié)能系統(tǒng)解決方案，提供集“診斷、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、融資、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、管理”為一體的集成總包服務(wù)，實(shí)現(xiàn)多方共贏。

技術(shù)術(shù)推廣前景

采用汽輪機(jī)離心熱泵機(jī)組回收余熱技術(shù)建立區(qū)域能源站屬于區(qū)域能源系統(tǒng)的一種形式，具備能效高，環(huán)境效益好的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)供能模式也會(huì)根據(jù)各區(qū)域?qū)δ茉吹男枨蟛煌�而多樣化，余熱回收熱電�?lián)產(chǎn)能源站、余熱回收冷熱電聯(lián)產(chǎn)能源站、余熱回收熱、熱水、蒸汽能源站等等。區(qū)域能源站為各種不同能級(jí)的用戶，提供各自需要的能源負(fù)荷，整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到能量的梯級(jí)利用，使能量利用效率達(dá)到80~90%。

隨著城市天然氣管線、管網(wǎng)的完善，區(qū)域能源站成為最具發(fā)展?jié)摿Φ哪茉词袌?chǎng)。作為單一集中供能系統(tǒng)的補(bǔ)充，它可以根據(jù)用戶的需求更有效的制定供能策略和能源消費(fèi)計(jì)劃，保障能源安全，實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、減排的目的。

余熱回收區(qū)域能源站，打破了傳統(tǒng)的管理方式，將發(fā)電，采暖，熱水供應(yīng)，制冷及環(huán)境污染治理等多項(xiàng)工作統(tǒng)籌考慮，以最小的資金，資源和環(huán)境代價(jià)，換取最高的投資效益，能源轉(zhuǎn)換效率和能源設(shè)施效能。根據(jù)當(dāng)前城市的發(fā)展模式和用能特點(diǎn)，可在城區(qū)商業(yè)中心、公用事業(yè)（如機(jī)場(chǎng)、大醫(yī)院、大學(xué)校）、中小型離散制造業(yè)工業(yè)園區(qū)、新建的過程工業(yè)園區(qū)等地方建立余熱回收式的區(qū)域能源站，具備非常好的應(yīng)用前景。