熱泵替代燃油鍋爐供熱項目節能效果分析

張昌勝 王興東 (中國石油天然氣集團公司節能技術監測評價中心)

熱泵替代燃油鍋爐供熱項目節能效果分析

張昌勝 王興東 (中國石油天然氣集團公司節能技術監測評價中心)

燃油供熱給企業生產任務的完成和成本的增加帶來沉重負擔，大慶油田公司燃油鍋爐房急需進行燃料結構調整，節省能源，減少環境污染。通過對井下作業分公司井下作業三大隊鍋爐房和壓裂大隊鍋爐房進行熱泵改造，給出改造前后效果對比分析，實踐證明熱泵替代燃油鍋爐供熱項目取得了巨大的經濟效益和社會效益。

燃油鍋爐 熱泵 技術改造 節能

由于水源熱泵技術是利用地下（表）水作為熱泵機組制冷制熱的熱源，是國家推廣的一項成熟技術，具有可再生能源利用、高效節能、運行穩定可靠、環境效益顯著、一機多用、應用范圍廣、自動運行、運行安全等優點。

大慶油田井下作業分公司三大隊鍋爐房建于1985年，地處大同區高平村，鍋爐房建有3臺4.2 MW熱水鍋爐，1臺7.0 MW熱水鍋爐，1臺2 t/h蒸汽鍋爐。主要承擔廠區辦公樓、住宅、廠房以及車庫共計51 715 m2（后重新核算面積近70 000 m2）采暖用熱。供/回水溫度77℃/61℃；供/回水壓力0.45 MPa/0.2 MPa，鍋爐房年耗油1 990 t。

井下作業分公司壓裂大隊鍋爐房建于1999年，地處東湖小區東南側，鍋爐房建有2臺4.2 MW熱水鍋爐，1臺4 t/h蒸汽鍋爐。主要承擔廠區辦公樓、廠房以及車庫共計41 176 m2采暖用熱，供/回水溫度70℃/58℃；供/回水壓力0.45 MPa/0.2 MPa，鍋爐房年耗油2 500 t。

高昂的供熱成本給企業帶來了沉重負擔，并且鍋爐房附近都有充足的低溫回注水熱源，因此優先對以上兩個大隊進行熱泵替代燃油鍋爐技術改造。通過改造，避免了石油資源和低溫熱源的浪費，降低了企業供熱成本，減輕了企業負擔，實現了節能減排的目的。井下作業分公司替代燃油鍋爐供熱的熱泵技術有兩種方式，從技術及經濟角度分析結果看，電動水源熱泵供暖工程投資和運行費用高出吸收式熱泵較多，其原因是天然氣價格為油田內部價，價格低（0.78元/m3），而電價是市場價格[0.547 3元/（kW·h）]。從管理和適用性能上看，電動水源熱泵機組運行操作簡單、管理方便，因此本項目采用電動水源熱泵技術。

1 熱泵的原理

水源熱泵是一種進行熱（冷）交換來作為熱（冷）源的既可供熱又可制冷的高效節能系統。通過輸入少量的高品位能源（如電能），實現低溫位熱能向高溫位轉移。通常水源熱泵機組消耗1 kW·h的能量，用戶可以得到3～5 kW·h以上的熱量或冷量。水源熱泵機組與制冷設備的原理和系統設備組成及功能是一樣的，見圖1。主要由壓縮機、蒸發器、冷凝器和膨脹節流閥組成。水源熱泵是通過冷凝器提取高溫位熱量制熱和通過蒸發器提取低溫能量制冷實現制熱與制冷兩種工況的。在冬季利用熱泵供暖，是以水為熱源把水中的熱量“取”出來，提高溫度后，供給室內采暖。由于水源熱泵以水為熱源，全年較為穩定，其能效比（COP）可達4以上。

圖1 熱泵原理示意圖

井下作業分公司熱泵站工藝流程見圖2。

（1）從污水站引出的42℃的含油污水經升壓泵升壓后，送至板式換熱器與循環清水換熱，污水釋放熱能后，溫度降至32℃再回到注水罐，回注地下。

（2）在板式換熱器內吸收熱能的37℃循環清水被送至熱泵機組蒸發器，釋放低溫熱能后，溫度降至27℃，流回開式水箱。經清水循環泵升壓，循環使用。

（3）60℃的采暖回水在熱泵機組冷凝器吸收高品位熱能，溫度升至80℃后送至采暖系統，釋放熱量后，回采暖循環泵升壓，循環使用。

圖2 熱泵站工藝流程

2 熱泵改造前后耗能對比

2.1 井下作業分公司三大隊鍋爐房熱泵改造

利用大慶油田第五采油廠太一聯合站回注水余熱，將井下作業分公司三大隊鍋爐房已建鍋爐拆除，鍋爐間改建為熱泵站，供熱參數與原鍋爐房相同，已建熱網及室內采暖系統不做改造。太一聯合站距三大隊鍋爐房約3 km。改造前后效果具體見表1。

表1 三大隊鍋爐房改造前后耗能

2.2 井下作業分公司壓裂大隊鍋爐房熱泵改造

利用大慶油田第二采油廠薩西Ⅱ注水站回注水余熱，將壓裂大隊鍋爐房已建鍋爐拆除，鍋爐間改建為熱泵站，供熱參數與原鍋爐房相同，已建熱網及室內采暖系統不做改造。薩西Ⅱ注水站距離井下壓裂大隊辦公樓約2.5 km。改造前后效果具體見表2。

表2 壓裂大隊鍋爐房改造前后耗能

3 熱泵改造后節能效果分析

渣油價格按2 800元/t計算，電價按0.547 3元/kW·h計算。

3.1 井下作業分公司三大隊熱泵改造后效果

改造前使用燃煤鍋爐年耗渣油量約1 990 t；循環水泵、補水泵共耗電量約6.288 5×105kW·h；一年燃用渣油的費用約5.572×106元；循環泵費用約3.442×105元；總費用約5.916 2×106元。

改造后使用熱泵、循環水泵、補水泵共耗電量約4.7991×106kW·h。年節能量相當于標準煤約2 330.39 t；使用熱泵的費用約2.725 1×106元；每年共節約3.191 1×106元；碳減排量約1 258.4 t；二氧化碳減排量約為614.59 t。具體詳見圖3。

圖3三大隊熱泵改造前后效果

3.2 井下作業分公司壓裂大隊熱泵改造后效果

改造前壓裂大隊使用燃煤鍋爐年耗渣油量約為2 500 t；循環水泵、補水泵共耗電量約3.833 8×105kW·h；一年燃用渣油的費用約7×106元；循環泵費用約2.098 2×105元；總費用約7.209 82×106元。

改造后使用熱泵、循環水泵、補水泵共耗電量約4.26×106kW·h；年節能量為標準煤約3 095.06 t；使用熱泵的費用約2.331 50×106元；每年節約費用約4.878 3×106元。碳減排量約1 671.33 t；二氧化碳減排量約6 128.78 t。具體詳見圖4。

圖4 壓裂大隊熱泵改造前后效果

5 結論

兩個項目的實施結果表明，熱泵技術可節約優質能源，實現能源的梯級利用，具有可觀的經濟效益、社會效益和環境效益，是一項值得推廣的節能減排技術。

（1）投資3.3×107元，直接年節約費用8.069 42×106元。

（2）直接投資回收期4.09 a（未考慮其他費用的節省，如維修維護、人力、環境設施、消耗的柴油等）；年節約標準煤5 425.45 t。

（3）碳減排量：5 425.45 t×0.54（碳排放系數)=2 929.74 t；二氧化碳減排量：2 929.74 t×3.667（系數）=10 743.37 t；年實現減少二氧化碳排放量10 743.37 t。另外，還減少了二氧化硫、氮化物等氣體的排放，減排的效益非常巨大。

6 建議

（1）熱泵改造設計上要充分考慮熱泵的裝機功率和功率的衰減因素，使供暖期間達到供暖要求，特別是寒冷的冬季。

（2）要充分考慮熱源的性質。一是熱源的熱量，二是熱源的品質，對含油污水應及時處理，保證機組正常運行。

（3）改造后使用方應加強管理和維護，及時調整運行狀態，達到運行優化和節能的目的。

[1]姜湘山.燃油燃氣鍋爐技術叢書[M].北京:機械工業出版社,2003.

[2]車得福,劉銀河.供熱鍋爐及其系統節能[M].北京:機械工業出版社,2008.

[3]趙軍,戴傳山.地源熱泵技術與建筑節能應用[M].北京:中國建筑工業出版社,2007.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.01.003

2010-11-25）

張昌勝，2007年畢業于吉林化工學院機械設計制造及其自動化專業，大學本科學歷，助理工程師，主要從事節能技術監測評價工作，地址：大慶市讓胡路區西賓路552號，163453。