热泵替代燃油锅炉供热项目节能效果分析

张昌胜 王兴东 (中国石油天然气集团公司节能技术监测评价中心)

热泵替代燃油锅炉供热项目节能效果分析

张昌胜 王兴东 (中国石油天然气集团公司节能技术监测评价中心)

燃油供热给企业生产任务的完成和成本的增加带来沉重负担，大庆油田公司燃油锅炉房急需进行燃料结构调整，节省能源，减少环境污染。通过对井下作业分公司井下作业三大队锅炉房和压裂大队锅炉房进行热泵改造，给出改造前后效果对比分析，实践证明热泵替代燃油锅炉供热项目取得了巨大的经济效益和社会效益。

燃油锅炉 热泵 技术改造 节能

由于水源热泵技术是利用地下（表）水作为热泵机组制冷制热的热源，是国家推广的一项成熟技术，具有可再生能源利用、高效节能、运行稳定可靠、环境效益显著、一机多用、应用范围广、自动运行、运行安全等优点。

大庆油田井下作业分公司三大队锅炉房建于1985年，地处大同区高平村，锅炉房建有3台4.2 MW热水锅炉，1台7.0 MW热水锅炉，1台2 t/h蒸汽锅炉。主要承担厂区办公楼、住宅、厂房以及车库共计51 715 m2（后重新核算面积近70 000 m2）采暖用热。供/回水温度77℃/61℃；供/回水压力0.45 MPa/0.2 MPa，锅炉房年耗油1 990 t。

井下作业分公司压裂大队锅炉房建于1999年，地处东湖小区东南侧，锅炉房建有2台4.2 MW热水锅炉，1台4 t/h蒸汽锅炉。主要承担厂区办公楼、厂房以及车库共计41 176 m2采暖用热，供/回水温度70℃/58℃；供/回水压力0.45 MPa/0.2 MPa，锅炉房年耗油2 500 t。

高昂的供热成本给企业带来了沉重负担，并且锅炉房附近都有充足的低温回注水热源，因此优先对以上两个大队进行热泵替代燃油锅炉技术改造。通过改造，避免了石油资源和低温热源的浪费，降低了企业供热成本，减轻了企业负担，实现了节能减排的目的。井下作业分公司替代燃油锅炉供热的热泵技术有两种方式，从技术及经济角度分析结果看，电动水源热泵供暖工程投资和运行费用高出吸收式热泵较多，其原因是天然气价格为油田内部价，价格低（0.78元/m3），而电价是市场价格[0.547 3元/（kW·h）]。从管理和适用性能上看，电动水源热泵机组运行操作简单、管理方便，因此本项目采用电动水源热泵技术。

1 热泵的原理

水源热泵是一种进行热（冷）交换来作为热（冷）源的既可供热又可制冷的高效节能系统。通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。通常水源热泵机组消耗1 kW·h的能量，用户可以得到3～5 kW·h以上的热量或冷量。水源热泵机组与制冷设备的原理和系统设备组成及功能是一样的，见图1。主要由压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀节流阀组成。水源热泵是通过冷凝器提取高温位热量制热和通过蒸发器提取低温能量制冷实现制热与制冷两种工况的。在冬季利用热泵供暖，是以水为热源把水中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖。由于水源热泵以水为热源，全年较为稳定，其能效比（COP）可达4以上。

图1 热泵原理示意图

井下作业分公司热泵站工艺流程见图2。

（1）从污水站引出的42℃的含油污水经升压泵升压后，送至板式换热器与循环清水换热，污水释放热能后，温度降至32℃再回到注水罐，回注地下。

（2）在板式换热器内吸收热能的37℃循环清水被送至热泵机组蒸发器，释放低温热能后，温度降至27℃，流回开式水箱。经清水循环泵升压，循环使用。

（3）60℃的采暖回水在热泵机组冷凝器吸收高品位热能，温度升至80℃后送至采暖系统，释放热量后，回采暖循环泵升压，循环使用。

图2 热泵站工艺流程

2 热泵改造前后耗能对比

2.1 井下作业分公司三大队锅炉房热泵改造

利用大庆油田第五采油厂太一联合站回注水余热，将井下作业分公司三大队锅炉房已建锅炉拆除，锅炉间改建为热泵站，供热参数与原锅炉房相同，已建热网及室内采暖系统不做改造。太一联合站距三大队锅炉房约3 km。改造前后效果具体见表1。

表1 三大队锅炉房改造前后耗能

2.2 井下作业分公司压裂大队锅炉房热泵改造

利用大庆油田第二采油厂萨西Ⅱ注水站回注水余热，将压裂大队锅炉房已建锅炉拆除，锅炉间改建为热泵站，供热参数与原锅炉房相同，已建热网及室内采暖系统不做改造。萨西Ⅱ注水站距离井下压裂大队办公楼约2.5 km。改造前后效果具体见表2。

表2 压裂大队锅炉房改造前后耗能

3 热泵改造后节能效果分析

渣油价格按2 800元/t计算，电价按0.547 3元/kW·h计算。

3.1 井下作业分公司三大队热泵改造后效果

改造前使用燃煤锅炉年耗渣油量约1 990 t；循环水泵、补水泵共耗电量约6.288 5×105kW·h；一年燃用渣油的费用约5.572×106元；循环泵费用约3.442×105元；总费用约5.916 2×106元。

改造后使用热泵、循环水泵、补水泵共耗电量约4.7991×106kW·h。年节能量相当于标准煤约2 330.39 t；使用热泵的费用约2.725 1×106元；每年共节约3.191 1×106元；碳减排量约1 258.4 t；二氧化碳减排量约为614.59 t。具体详见图3。

图3三大队热泵改造前后效果

3.2 井下作业分公司压裂大队热泵改造后效果

改造前压裂大队使用燃煤锅炉年耗渣油量约为2 500 t；循环水泵、补水泵共耗电量约3.833 8×105kW·h；一年燃用渣油的费用约7×106元；循环泵费用约2.098 2×105元；总费用约7.209 82×106元。

改造后使用热泵、循环水泵、补水泵共耗电量约4.26×106kW·h；年节能量为标准煤约3 095.06 t；使用热泵的费用约2.331 50×106元；每年节约费用约4.878 3×106元。碳减排量约1 671.33 t；二氧化碳减排量约6 128.78 t。具体详见图4。

图4 压裂大队热泵改造前后效果

5 结论

两个项目的实施结果表明，热泵技术可节约优质能源，实现能源的梯级利用，具有可观的经济效益、社会效益和环境效益，是一项值得推广的节能减排技术。

（1）投资3.3×107元，直接年节约费用8.069 42×106元。

（2）直接投资回收期4.09 a（未考虑其他费用的节省，如维修维护、人力、环境设施、消耗的柴油等）；年节约标准煤5 425.45 t。

（3）碳减排量：5 425.45 t×0.54（碳排放系数)=2 929.74 t；二氧化碳减排量：2 929.74 t×3.667（系数）=10 743.37 t；年实现减少二氧化碳排放量10 743.37 t。另外，还减少了二氧化硫、氮化物等气体的排放，减排的效益非常巨大。

6 建议

（1）热泵改造设计上要充分考虑热泵的装机功率和功率的衰减因素，使供暖期间达到供暖要求，特别是寒冷的冬季。

（2）要充分考虑热源的性质。一是热源的热量，二是热源的品质，对含油污水应及时处理，保证机组正常运行。

（3）改造后使用方应加强管理和维护，及时调整运行状态，达到运行优化和节能的目的。

[1]姜湘山.燃油燃气锅炉技术丛书[M].北京:机械工业出版社,2003.

[2]车得福,刘银河.供热锅炉及其系统节能[M].北京:机械工业出版社,2008.

[3]赵军,戴传山.地源热泵技术与建筑节能应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.01.003

2010-11-25）

张昌胜，2007年毕业于吉林化工学院机械设计制造及其自动化专业，大学本科学历，助理工程师，主要从事节能技术监测评价工作，地址：大庆市让胡路区西宾路552号，163453。