技術介紹

區域能源站作為分布式供能系統的一種，是指分布在負荷附近的，模塊化的，有針對性的清潔環保供能設施。區別于傳統的集中供能系統，區域能源站整個系統能效較高，能源利用總效率達到90%以上，同時，降低固廢及碳排放，真正做到高效環保。

本案例為萊陽工業園區建立區域能源站。整個能源站新建6臺75t/h低磨損、低能耗、高效率的第二低循環流化床鍋爐，一方面，采用汽輪機離心熱泵機組，回收園區內化工廠工業循環冷卻水，為萊陽市老城區與開發區800萬居民供暖。汽輪機離心熱泵機組是通過高溫高壓蒸汽汽輪機，將蒸汽的熱能轉變成汽輪機轉子旋轉的機械能，汽輪機驅動離心熱泵，離心熱泵冷媒吸收低品位熱能，壓縮后提高冷媒溫度，變成高品質熱能，加熱城市熱網水，而實現制熱循環。蒸汽在汽輪機做功后，排汽進入熱網換熱器，再次對熱網熱水進行進一步溫度提升，從而完成能源梯級利用；另一方面，背壓式汽輪機發電機組，機組排汽為工業園區內多家工業蒸汽用戶供熱，為開發區關停污染嚴重的小鍋爐，降低污染排放，創造了條件。

表 1 機組特性

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表 2機組優缺點分析

適用行業及領域

結合目前市場情況，低溫、低熱源大致有如下幾種，如電廠冷卻水，高能耗企業生產工藝水（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。尤其是針對工業城市，工業園區等。由于生產需要，這些區域具備大量的低溫、低位熱源，煤礦的礦坑水，冶金冷卻水，生產廢水，化工冷卻水，電廠冷卻水等等。同時，這些區域又存在穩定的熱、冷、電、熱水、蒸汽需求。因而，有效的利用這些余熱，采用蒸汽驅動透平式熱泵機組進行區域能源站規劃，對于提升區域能效，環保意義明顯。在如下區域采用本技術，意義尤其明顯

（1） 公用事業。如飛機場，大醫院，大學校，大機關。這些機構的特點是組織性非常強，不是分散的居民，都是一個統一的機構。用能特點也是空調為主、伴有其他熱、冷、熱水、蒸汽、電等穩定負荷。

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

（3） 新建的過程工業園區。過程工業特點和離散制造業不同，一般一天24小時連續作業。在城市新建的過程工業園區里采用區域能源站技術，是很重要的一種形式。

典型用戶及投資效益

隨著萊陽經濟社會快速發展，目前萊陽市即有熱電廠的供熱能力已遠遠不能滿足城市發展的需求，特別是開發區目前還沒有實行集中供熱，供熱缺口約150萬㎡，并以每年10～20萬㎡的速度增長，供熱需求迫切且缺口較大。同時，開發區內工業企業對蒸汽的需求量也非常大。

煙臺巨力精細化工股份有限公司位于煙臺萊陽經濟技術開發區，巨力化工廠的余熱資源非常豐富，二期投入運行后工業循環水的循環水量達到17000噸/小時，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，對解決萊陽市供暖缺口問題將發揮重要作用。

針對這種情況，通過在萊陽開發區內建設區域能源站來滿足園區內不同用戶對熱、電、熱水、蒸汽的需求，采用“蒸汽透平驅動式離心熱泵”技術對巨力化工廠進行余熱綜合利用，采用新增的蒸汽鍋爐提供的部分采暖蒸汽作為熱泵的驅動源，回收工藝中循環冷卻水中帶有的大量冷凝余熱，實現廢熱利用，將回收的熱量用于城市供熱；同時，鍋爐產蒸汽驅動背壓發電機組發電，排汽來滿足園區的工業用汽需求。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，降低了單位產值能耗，同時提高了園區整體的經濟效益和環境水平。

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中,不僅造成了能源的極大浪費,同時大量水分蒸發耗散,也耗費了大量水資源。

2. 技術方案

為解決萊陽開發區，采暖供熱及工業蒸汽需求狀況，本方案新增的蒸汽鍋爐（75 t六臺）提供的中壓蒸汽（3.5 MPa，435℃）來驅動蒸汽透平驅動式熱泵機組壓縮機運行而實現制熱循環，回收巨力化工循環冷卻水中帶有的大量冷凝余熱，將熱網循環水從55℃提升至75℃，中壓蒸汽在汽輪機做功后，排汽（0.3 MPa，183℃）進入二次加熱器，將熱網水進一步加熱至105℃提供給市政供熱。另一方面，采用2臺背壓式發電機組，在鍋爐產生蒸汽驅動機組發電的同時，根據萊陽開發區，生產工業企業的蒸汽需求，提供合適的蒸汽給相應用戶。

表 4基礎設計參數

表 5熱網基礎數據

2.1 蒸汽透平驅動式熱泵原理

蒸汽透平驅動式熱泵機組是通過高溫高壓蒸汽驅動汽輪機去驅動壓縮機運行而實現制熱循環。熱泵運行的動力來自高壓蒸汽，蒸汽在汽輪機做功后，排汽進入換熱器，對供熱熱水進行進一步溫度提升。（汽輪機離心熱泵機組是通過高溫高壓蒸汽汽輪機，將蒸汽的熱能轉變成汽輪機轉子旋轉的機械能，汽輪機驅動離心熱泵，離心熱泵冷媒吸收低品位熱能，壓縮后提高冷媒溫度，變成高品質熱能，加熱城市熱網水，而實現制熱循環。蒸汽在汽輪機做功后，排汽進入熱網換熱器，再次對熱網熱水進行進一步溫度提升，從而完成能源梯級利用。

表 6 系統額定運行工況參數

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28℃， 5280t/h

2.2熱網

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

蒸汽管網：本工程已敷設工業蒸汽管道9公里，輻射范圍9平方公里。

2.3 供能能力分析

供暖：項目選用6臺26.5 MW蒸汽透平驅動式熱泵機組，回收工廠循環冷卻水余熱功率159 MW，建筑單位面積供熱負荷按50 W/m²計算，回收的余熱可以滿足約318萬m²建筑的供熱需求。本方案設計總供熱能力為400 MW，總供熱面積800萬m²。

供汽：項目終期目標6臺75 t/h中溫中壓循環流化床鍋爐，一期安裝4臺鍋爐，可逐步替代供熱、供汽范圍內44家企業，約205噸燃煤鍋爐，二期安裝2臺鍋爐，最終實現供汽225 t/h。

供電：采暖季發電11.46 MW，非采暖季發電7.06 MW，全年發電量4934.328萬kWh。

3.項目建設的意義及效益分析

3.1項目建設意義

本項目采用鍋爐驅動蒸汽透平驅動式熱泵回收工廠循環冷卻水中大量低品位余熱技術建設萊陽開發區能源站，本項目對于當地政府而言，項目可增加城市集中供熱面積，解決民生問題，同時可以減少城市碳排放，提升城市品位；對于巨力化工，項目建設不僅不影響正常生產，還可大幅提高能源綜合利用效率，降低單位產值能耗，在獲得一定的經濟效益的同時也產生了很高的環境效益。對其它用蒸汽企業而言，自身不用再建鍋爐房，節約了經濟成本，管理成本和人工，實現了綠色用能，安全用能。總體而言，本項目不僅提升該區域的能效水平和環境效益，同時為指導其他區域能源站建設提供指導意義。

3.2 本項目對該區域的環境效益

本項目對萊陽開發區整體而言，具有明顯的環境效益，做的了綠色供能。具體如下表所示：

表 7環境效益

說明: 1.1GJ熱量折合標煤 0.03412噸標準煤；

2.1噸標準煤燃燒，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；

本項目的建成，對推動萊陽“十二五”以及“十三五”節能減排工作，分散小鍋爐替代工作，改善城市大氣環境質量，供貨能源結構意義重大。完成目標后，本項目替代的萊陽市鍋爐總用煤量為287066 t/a，若按照煤炭價格600元/t計算，則費用為17223.96萬元。本項目向其提供的等熱值的蒸汽657000 t，蒸汽價格為180元/t，則費用為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,企業可年節約脫硫費用1000萬元。則企業共可節省費用6397.96萬元。

3.3 項目對巨力化工的影響分析

3.3.1        本項目對工廠的工藝影響分析

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

3.3.1.1  針對性設計思路

確保取水安全，保證化工廠的正常運行。系統設計為閉式循環，運行過程中無水量蒸發損失，為巨力化工節省了漂水量；供熱機房位置盡可能靠近工廠冷卻塔，縮短取水管線長度，降低冷卻水流失的風險；循環冷卻水取水方案設計：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, 當某臺冷卻塔檢修或出現故障時，其余冷卻塔運行不受影響，這種取水方式施工簡單且運行調節靈活，有利于提高系統的安全穩定；取水系統獨立配置一套增壓泵來克服因增加換熱系統而帶來的壓損。

在各管道開口處均設置了相應電動（或手動）開關閥門，當出現故障時，可以快速關閉引水管路閥門，同時打開上塔管路聯絡閥，冷卻水正常上塔冷卻，不影響系統運行。

3.3.2本項目對工廠的效益影響分析

3.3.2.1節水效益分析

本項目采用蒸汽透平驅動式熱泵機組回收利用了循環冷卻水余熱，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、漂水的補水量。

項目全部完成后，熱泵回收利用循環水量12906 t/h，補水率取1.5%，采暖季運行時間按3120h，則：

每個采暖季可以節省冷卻塔補水：5280×1.5%×2880=60.4萬噸。

工業用水價格按2元/m3，則：每年可為工廠節省水費60.4×2=120.8萬元。

3.3.2.2節電分析

由于上塔冷卻水量的減少，工廠可停用一臺水流量為4500 t/h的冷卻塔，冷卻塔風機功率按180 kw，電價按0.81元/kwh計算，則

每年可為工廠節省運行電費：

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

由于循環水不在上塔，且我公司側安裝循環水泵串聯，巨力側循環水泵揚程降低，巨力側循環水泵電流有所下降，也能降低巨力側的廠用電量。

通過以上分析可以判斷：項目的改造不僅不會對化工廠的正常運行造成影響，還為巨力化工產生了一定的經濟效益，年節約運行費用達150萬元。

4．項目投資收益分析

本工程全部完成后，具有良好的經濟效益：

表 8經濟效益

技術提供單位介紹

盾安（天津）節能系統有限公司是盾安環境的節能產業版塊，是專業的節能系統集成服務商、中國節能服務領軍品牌。盾安節能致力于工業節能、城市供暖節能、建筑節能等領域，大力推廣工業余熱回收、余熱余壓發電、污水源熱泵等可再生能源利用技術，打造信息化能效管理平臺，根據城市及耗能企業的特點和需求，為客戶量身定制節能系統解決方案，提供集“診斷、規劃、設計、融資、建設、運營、管理”為一體的集成總包服務，實現多方共贏。

技術術推廣前景

采用汽輪機離心熱泵機組回收余熱技術建立區域能源站屬于區域能源系統的一種形式，具備能效高，環境效益好的優勢，同時供能模式也會根據各區域對能源的需求不同而多樣化，余熱回收熱電聯產能源站、余熱回收冷熱電聯產能源站、余熱回收熱、熱水、蒸汽能源站等等。區域能源站為各種不同能級的用戶，提供各自需要的能源負荷，整個系統達到能量的梯級利用，使能量利用效率達到80~90%。

隨著城市天然氣管線、管網的完善，區域能源站成為最具發展潛力的能源市場。作為單一集中供能系統的補充，它可以根據用戶的需求更有效的制定供能策略和能源消費計劃，保障能源安全，實現高效、節能、減排的目的。

余熱回收區域能源站，打破了傳統的管理方式，將發電，采暖，熱水供應，制冷及環境污染治理等多項工作統籌考慮，以最小的資金，資源和環境代價，換取最高的投資效益，能源轉換效率和能源設施效能。根據當前城市的發展模式和用能特點，可在城區商業中心、公用事業（如機場、大醫院、大學校）、中小型離散制造業工業園區、新建的過程工業園區等地方建立余熱回收式的區域能源站，具備非常好的應用前景。