热泵技术利用地热尾水在集中供热系统的应用案例

朱宪良郝庆（渤海石油水电服务公司，天津，邮编： 30045）

一、前言

能源是人类赖以生存和发展的物质基础。随着人类文明的进步和社会发展，人类对能源的消耗愈来愈多。因此，大力发展新能源与可再生能源已成为我国21世纪发展国民经济和建设小康社会刻不容缓的主要任务和战略目标。国务院总理温家宝在十一届全国人大三次会议上指出：要大力发展新能源、新材料、节能环保等产业。大力发展低碳技术，推广高效节能技术，积极发展新能源和可再生能源。

供热是能源消耗的大户，从目前我国的能源利用结构和城市集中供热发展态势看，以热电联产和大型区域锅炉房为热源集中供热仍然为主体。但近年来，随着一次石化能源开采量飞速增加而带来的能源紧张情势促使以利用地热、工业废水、地表水、城市污水、燃气、太阳能等方式作为辅助性环保热源参与集中供热所占的比例逐年增加。热泵技术是应用低位可再生能源的重要技术措施之一。人们愈来愈关注如何通过热泵技术，将贮存在土建、地下水、地表水或空气中的太阳能之类的自然能源以及生活和生产排除的废热，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。

本文通过阐述天津塘沽渤海石油水电服务公司港区水暖分公司（下简称“港区”）采用热泵技术利用地热尾水资源替代原有燃气锅炉进行供热所取得的可观经济和社会效益，从而为同行业的供热企业提供借鉴和参考。

二、热泵技术简介

（一）热泵。

热泵仅需要消耗少量高品位能源（电能或燃料），就能从低温热源（如环境空气、海水、土壤等）中抽取大量低温热能，将其温度升高后“泵送”给用户。顾名思义，热泵也就是向泵那样、可以把不能直接利用的地位热能（如地热、工业废热、城市污水、空气、土壤、太阳能等）转换为可以利用的高位热能，从而达到节约部分高位能（如煤、燃气、油、电能等）的目的。

热泵虽然需要消耗一定量的高位能，但所供给用户的热量却是消耗的高位热能与吸取的地位热能的总和，也就是说，应用热泵，用户获得的热量永远大于所消耗的高位能（水源热泵常规能效比在4以上）。因此，热泵是一种节能装置。

（二）热泵应用。

70年代以来，热泵工业进入了黄金时期，世界各国对热泵的研究工作都十分重视，诸如国际能源机构和欧洲共同体，都制定了大型热泵发展计划，热泵新技术层出不穷，热泵的用途也在不断的开拓，广泛应用于空调、供热和工业领域，在能源的节约和环境保护方面起着重大的作用。

我国热泵技术的研究工作起步较晚。80年代以后，热泵技术的研究日益受到重视，并取得了一系列的研究成果，部分企业产品技术水平和产品质量已达到或接近国际领先的地位。90年代后在集中供热领域得到了较好发展，像北京的地热尾水利用、沈阳的大面积地下水源、污水热源泵利用项目等均很成功。

热泵系统的经济性和可能提供的热能品质都与热源的特性有关，而热泵应用的关键之一就是寻找并巧妙地利用合适的热源。

三、热泵技术应用背景

渤海石油港区原有供暖热源为区内40蒸吨的燃气蒸汽锅炉房。2007年10月《港六地热井直接供暖项目》实施投产后，利用港六井地热水替代原来锅炉蒸汽，实现了港区6万m2办公楼的冬季供暖。地热井在供暖生产中得到初步应用，港区地热供暖份额由改造前的5%提高到42%左右，经济和社会效益明显。但仍存在以下节能减排潜力：

1、地热尾水还有利用潜力

港区地热直供后港六井的地热水虽得到较大程度的利用，也有了较好的节能成效。但其直供后地热尾水排放温度为42℃左右，流量约为80方/小时，这部分地热尾水的排放也存在着热量的浪费。依靠现有工艺和设备无法对其进行利用，还存在较大的利用潜力。

2、地热尾水未实现达标排放

港六井直供后尾水排放温度为42℃左右，未达到天津市地热尾水25℃以下排放标准。天津市《关于进一步规范地热开发利用方式提高地热资源利用率的通知》(津国土房热［2008］63号）文件中规定“2008年底前地热尾水35℃以下排放，2009年底前地热尾水25℃以下排放”。

四热泵技术应用项目

针对上述问题，我们在国内对热泵技术进行了大量的调研和论证工作，最终确定了溴化锂吸收式水源热泵。由于项目的核心设备—溴化锂吸收式水源热泵为国内较早使用天然气为动力的吸收式水源热泵，因此我们邀请国内行业专家对项目进行综合论证和评审，经专家评审该项目技术和经济可行。同时根据港区的实际供暖情况，我们要求厂家依据实际及后期的保障运行进行设计和制造。

（一）改造创造性

国内首例利用以天然气为动力的吸收式水源热泵提取地热尾水的余热，将低温水加热成满足采暖需求70℃高温热水。同时将供暖尾水排放温度由原来的约42℃降低到25℃以下。

水源热泵原理：通过压缩或吸收工艺将热量由“低”温介质向“中”温介质传递，形成“高”温介质加以利用，提升了所用介质（水）的热品质。形象类似于用水泵将低处的水提升到高处。

改造工艺示意图

（二）热泵技术应用情况

改造前供暖模式：

总供暖面积14.5万m2（办公区6万m2，生产作业区8.5万 m2）。

3台燃气锅炉（15蒸吨2台，10蒸吨1台），1口高温地热井，1口低温地热井，1座中心换热站。

改造后供暖模式：

地热直供（6万平米）+热泵供暖（8.5万平米）=14.5万平米。

经2009-2010年一个完整采暖期的运行，地热直供结合热泵经受住了天津几十年不遇的极寒气温-16℃的考验（150天供暖，3台锅炉一天没点），保障了渤海港区生产、办公供暖需求，大幅度降低了供暖运行成本。

五、热泵应用产生的效益

（一）经济效益

每年节省天然气180万方（由260万方至80万方）直接产生经济效益486万元；同时节约材料、修理费、自用水电等费用24万元，累计节约510万元/年。项目投资500万元，实现了当年投资，当年回收成本。

（二）社会效益

减少污染物排放：二氧化碳300t/a。

地热尾水由之前的42℃降至25℃以下达标排放，地热资源得到充分应用。

七、结论

能源结构调整是今后集中供热企业需要面对的严峻的社会现实问题。减少煤炭、燃油在整个供热能源系统中所占比例是环节国家能源紧缺的当务之急之举措，因而从事集中供热行业的专家、企业都应当结合不同的区域实际、不拘一格，挖掘并开发多种能源利用形式，完善并切实保障城市现代化建设需要的新型集中供热系统。热泵作为一种利用高位能使热量从低位能源流向高位热源的节能装置，在制取热能的能源消耗可比传统方法节省一倍甚至数倍。因此，热泵在制取生产和生活热能的诸多领域，具有广阔的发展与应用前景。

1、马最良，吕悦.地源热泵系统设计与应用.北京：机械工业出版社，2007.1