【正文】 污水、工業(yè)廢水、地下水和廢煙氣； 1995 年至今總建設(shè)量約為 500MW，應(yīng)用于城市和工業(yè)生產(chǎn)的區(qū)域供熱、供冷。目前，大型熱泵技術(shù)已經(jīng)成為北歐熱源的主流供熱方式，技術(shù)成熟，實(shí)施效果較好，而且還有很多項(xiàng)目正在建設(shè)和籌建中。下面介紹幾個(gè)典型的項(xiàng)目。 項(xiàng)目 1：瑞典斯德 哥爾摩 Nimrod 區(qū)域供熱供冷站 該項(xiàng)目共安裝了 4 臺 Friotherm 公司制造的熱泵機(jī)組，每臺機(jī)組可 23 圖 22 斯德哥爾摩區(qū)域熱泵集中供熱管網(wǎng)示意圖 圖 2－ 3 斯德哥爾摩區(qū)域供熱、供冷發(fā)展趨勢圖（ 2021 統(tǒng)計(jì)） 根據(jù)天氣及負(fù)荷的變化調(diào)整運(yùn)行模式，這 4 臺機(jī)組在夏季最大制冷量為48MW，冬季最大制熱量 36MW，另外在過渡季節(jié)還可實(shí)現(xiàn)海水的直接冷卻。 24 該項(xiàng)目包括在北歐 Fortum公司大的能源站之中，該能源站可同時(shí)向城市輸出熱力、電力和冷量，所利用的能源有石油、海水、電力。其中海 水熱泵機(jī)組承擔(dān)該區(qū)域基本的供熱負(fù)荷，和全部的供冷負(fù)荷，利用燃油來補(bǔ)充供熱負(fù)荷高峰部分，這樣熱泵機(jī)組幾乎全年都在運(yùn)行，負(fù)荷穩(wěn)定。 圖 2－ 4 瑞典斯德哥爾摩 Nimrod 區(qū)域供熱供冷站 項(xiàng)目 2：瑞典斯德哥爾摩 Vartan Ropsten――世界最大的海水熱泵站 該項(xiàng)目安裝了 6 臺世界上最大的海水熱泵機(jī)組，總制熱能力 180MW，在 1984年開始實(shí)施， 1986 年正式投入運(yùn)行。系統(tǒng)采用的海水作為冷熱源。夏季采用海面水，冬季采用海面下 17m 深處水，冬季海水溫度大約保持在 3℃。剛投入使用時(shí)機(jī)組采用了 R22 作為制 冷劑，現(xiàn)在已經(jīng)更換為R134a。斯德哥爾摩區(qū)域供熱的分布主要來自四個(gè)能源站： Vartan、Hasselby、 Hammarby、 Hogdalen。其中最大的 Vartan 中央?yún)^(qū)大約 60%的供熱量由 Vartan Ropsten 區(qū)域供熱站提供。 25 我國最早在五十年代，就曾在上海、天津等地嘗試采用抽灌地下水的方式制冷。自八十年代以來，我國采用水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的建筑也逐年增多。 截止目前， XX市已有近 1000萬平方米的居民小區(qū)建筑和公共建筑采用熱泵系統(tǒng)供熱，像國家大劇院、鳥巢、 XX警察 學(xué)院、菊兒小區(qū)、北苑家園等。山東、遼寧、吉林、黑龍江各省在城市建設(shè)中利用地下水或生活污水作為低位熱源，采用熱泵供熱的項(xiàng)目也多見諸報(bào)端，地方政府支持力度也逐漸加大，相繼出臺了多項(xiàng)政策，引導(dǎo)行業(yè)健康發(fā)展。 沈陽市委、市政府成立了目前世界上唯一的列入政府序列的地源熱泵技術(shù)推廣辦公室。制定了《關(guān)于全面推進(jìn)地源熱泵技術(shù)的實(shí)施意見》，并全面修訂了《沈陽市城市供暖規(guī)劃》，規(guī)劃在建筑中大力推廣應(yīng)用淺層地能等清潔可再生能源，把地源熱泵技術(shù)供暖列為城市供暖的主要手段之一。提出 2021年完成供熱面積 1800萬平方米的目標(biāo)，預(yù)計(jì)到 2021年，實(shí)現(xiàn)全市推廣地源熱泵技術(shù)應(yīng)用面積 6500萬平方米。 2021年 9月 27日，在XX人民大會堂舉行的第二屆中日節(jié)能環(huán)保綜合論壇上，沈陽市作為與會的唯一一個(gè)地方政府代表介紹經(jīng)驗(yàn)。 2021 年 5 月 19～ 22日，國際地源熱泵 IEA會議在 XX召開。這是 IEA 熱圖 25 沈陽地源熱泵技術(shù)應(yīng)用展示 26 泵會議第一次在發(fā)展中國家舉行，也是第一次在非成員國國家舉行。這充分表明在中國推廣熱泵產(chǎn)品的巨大潛力和光明前景。 XX市地方政府已將熱泵技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)其能源和環(huán)境目標(biāo)的四大支撐技術(shù)之一，中國已聲明加入 IEA 組織，這意味著我國熱泵技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展開始進(jìn)入 縱深發(fā)展。 特別是 2021年奧運(yùn)會將在 XX舉行，為辦好本屆奧運(yùn)會， XX市主管部門和科研部門通力合作，利用得天獨(dú)厚的再生水源條件，充分發(fā)揮再生水源的清潔能源優(yōu)勢，通過先進(jìn)的熱泵技術(shù)，將再生水源熱泵應(yīng)用到集中供熱供冷系統(tǒng)上。 項(xiàng)目一：奧運(yùn)村集中供冷供熱項(xiàng)目介紹 奧運(yùn)村建筑面積約 萬平方米，其中公寓、住宅 萬平方米，公建 萬平方米。奧運(yùn)村的建筑布局如圖 2－ 2－ 10 所示。供熱供冷負(fù)荷如表 2－ 1 所示。 圖 2－ 6 奧運(yùn)村鳥瞰圖 從清河污水處理廠的二級再生水清河排放口取水，修建一條 DN800的 27 再生 水輸送專線，沿白廟村路輸送到奧運(yùn)村附近，管道總長度約為 3公里，輸送再生水量為 10萬噸 /日（ 4167 m3/h）。 在清河污水處理廠的排河口附近，建造再生水供水泵站和調(diào)蓄水池。將清河污水處理廠的再生水引入調(diào)蓄水池，通過再生水供水泵組按需供處。 圖 2－ 7 奧運(yùn)村建筑效果圖 以奧運(yùn)水系的補(bǔ)充水源作為奧運(yùn)期間的安全備用和調(diào)節(jié)熱源 /熱匯。方案是在奧運(yùn)水系補(bǔ)水口附近建造一個(gè)換熱站，來自清河污水處理廠的再生水與補(bǔ)充奧運(yùn)水系的中水分別與獨(dú)立、專用的換熱器換熱后，清河污水處理廠的再生水被回送到清河泵站，中水仍按照原來路徑補(bǔ) 入奧運(yùn)水系。奧運(yùn)水系的補(bǔ)充水源在奧運(yùn)會后能夠穩(wěn)定補(bǔ)水的條件下，也可全部或部分替代來自清河污水處理廠的再生水，作為主力換熱水源，以降低輸水能耗，更加節(jié)約運(yùn)行成本。 來自中心機(jī)房的換熱循環(huán)水（下稱再生水二次側(cè)循環(huán)水）在換熱站內(nèi)與來自清河污水處理廠的再生水或奧運(yùn)水系的補(bǔ)充水源實(shí)現(xiàn)熱交換，冬季取熱，夏季放熱。再生水二次側(cè)循環(huán)水為封閉的軟化水系統(tǒng)。 再生水一次側(cè)，清河泵站的供水泵和位于換熱站的供水泵組，構(gòu)成 28 二級供水泵系統(tǒng)。在換熱器前，設(shè)置兩級過濾裝置，用來清除再生水中懸浮的細(xì)微顆粒；再生水二次側(cè)循環(huán)系統(tǒng)同樣采用雙級泵 系統(tǒng)。 項(xiàng)目二：大連星海灣集中供冷供熱項(xiàng)目介紹 大連星海灣集中供冷供熱項(xiàng)目規(guī)劃分三期建設(shè)，一、二期工程熱泵機(jī)組冬季制熱使用的水源是附近污水處理廠排放的中水，三期工程冬季制熱使用的水源是海水，整個(gè)工程熱泵機(jī)組夏季制冷使用的水源是海水。少量的熱網(wǎng)補(bǔ)水和輔機(jī)冷卻用水、生活消防用水是城市自來水。海水取水口設(shè)在馬欄河入海口處，排水就近排入馬欄河；中水取自污水處理廠經(jīng)過熱泵機(jī)組后排回污水處理廠回用。海水水源和中水水源充足可靠，是水源熱泵較為理想的水源。 本工程將分三期實(shí)施，一期工程總建筑面積為 ，冬季熱負(fù) 荷為 ，夏季冷負(fù)荷為 ；二期工程總建筑面積為 46萬平方米，冬季熱負(fù)荷為 ，夏季冷負(fù)荷為 46MW；三期工程總建筑面積為 ，冬季熱負(fù)荷為 ，夏季冷負(fù)荷為 ；三期工程全部建成后，規(guī)劃實(shí)現(xiàn)的集中供暖、供冷面積為 ，冬季熱負(fù)荷為 ，夏季冷負(fù)荷為 。 項(xiàng)目三：大慶讓湖路地區(qū)集中供熱項(xiàng)目介紹 該項(xiàng)目位于大慶市西城區(qū)中部讓胡路地區(qū)，是回收利用大慶煉化公司的循環(huán)冷卻水中蘊(yùn)含的廢能為民用建筑集中供熱的典型項(xiàng)目。 該 項(xiàng)目規(guī)劃總供熱面積 320 萬 m2，總 供熱負(fù)荷為 220MW，其中供暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為 192 MW，生活熱水設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為 28 MW。 2021 年 11 月供熱面積 萬平方米的一期供熱系統(tǒng)建設(shè)完成并進(jìn) 29 行了兩個(gè)供暖季運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，供熱效果、節(jié)能減排效果十分顯著。 地源熱泵系統(tǒng)的低位熱源有很多，如巖土體、地下水、地表水等。其中，地表水包括 河流、湖泊、海水、污水、中水或達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)的廢水等。污水、中水或達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)的廢水又屬于再生水的范疇。本文所利用的低位熱源即為 XX電廠冷卻用的循 環(huán)水。 由于 XX 電廠循環(huán)冷卻水在冬季的溫度較高，一般為 25℃，所以熱泵系統(tǒng)的效率較高，僅需少量的電量輸入即能獲得較多的熱量，通常的比例能達(dá)到 1： 4 以上。 該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有： （ 1）綠色環(huán)保 電廠循環(huán)冷卻水中蘊(yùn)含著巨大的低品位熱能，屬于綠色、可再生能源。本系統(tǒng)沒有鍋爐，機(jī)房面積小，不用消耗煤炭、石油、天然氣等寶貴的一次性不可再生的能源，不排放二氧化碳及二氧化硫等氣體，除使用少量的電能以外，其運(yùn)行沒有任何污染，具有顯著的環(huán)境效益。 利用電廠循環(huán)冷卻水作為熱泵系統(tǒng)供熱低位熱源的突出優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在既可減少XX 電廠循環(huán)水 冷卻時(shí)的蒸發(fā)量，降低大氣的溫度，又為熱泵系統(tǒng)提供了低位熱源，起到了雙向節(jié)能的作用。 因此，電廠循環(huán)冷卻水源熱泵是一種利用清潔的可再生能源的技術(shù)，具有深遠(yuǎn)的節(jié)能效益、環(huán)境效益。 （ 2）高效節(jié)能 30 電廠循環(huán)冷卻水冬季的溫度約 25℃，所以熱泵的效率較高 ， 其 COP值與傳統(tǒng)的空氣源熱泵（如家用空調(diào)機(jī)）相比，要高出 60％左右， 運(yùn)行費(fèi)用為普通中央空調(diào)的 50～ 60％。與傳統(tǒng)供暖方式相比，電廠循環(huán)冷卻水源熱泵供暖要比電鍋爐供暖節(jié)省四分之三以上的電能，比燃煤鍋爐節(jié)省二分之一以上的一次性能源。 （ 3）供暖規(guī)模大 電廠循環(huán)冷卻水源熱泵 系統(tǒng)可供暖、生活熱水，一機(jī)多用，機(jī)組緊湊，可集中布置，節(jié)省建筑空間。電廠循環(huán)冷卻水量大，蘊(yùn)含的低位熱量多， 與其它熱泵系統(tǒng)（地源熱泵、地下水源熱泵）相比較，供熱規(guī)模大。 （ 4）熱泵機(jī)組運(yùn)行可靠 熱泵機(jī)組的運(yùn)行情況穩(wěn)定，不受天氣及環(huán)境、溫度變化的影響，即使在寒冷的冬季制熱量也不會衰減，更無結(jié)霜、除霜之慮；自動化程度高，系統(tǒng)由電腦控制，能夠根據(jù)室外氣溫和室內(nèi)氣溫自動調(diào)節(jié)，運(yùn)行管理可靠性高；無儲煤、儲油罐等衛(wèi)生及火災(zāi)安全隱患；機(jī)組使用壽命長，主要零部件少，維護(hù)費(fèi)用低，主機(jī)運(yùn)行壽命可達(dá)到 15 年以上；機(jī)組自動控制程度高 ，可無人值守。 熱泵技術(shù)在國內(nèi)外已相當(dāng)成熟，但利用電廠循環(huán)冷卻水中蘊(yùn)含的廢熱進(jìn)行大面積集中供熱還是首例。電力工業(yè)生產(chǎn)中，接近 50%的電廠能源都被冷卻水帶走并白白排放到了大氣或河流中，這不僅僅造成能源的巨大浪費(fèi)、還引起熱污染。 如果這部分能源可以得到充分利用的話，熱電廠就可以在不擴(kuò)容的條件下，使供熱能力增加或者在供熱能力不變的基 31 礎(chǔ)上減少抽氣量、提高發(fā)電量。 同時(shí)也能通過額外經(jīng)濟(jì)收益，增強(qiáng)電廠的企業(yè)競爭力；推動熱電廠對循環(huán)冷卻水廢熱的回收與開發(fā)利用，挖掘熱電廠供熱潛力，帶動工業(yè)系統(tǒng)節(jié)能，從而保護(hù)生態(tài)環(huán)境和資源綜合利用，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。若建成熱電廠循環(huán)水廢熱高效利用的示范工程，對于電廠發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、提升自己在行業(yè)中的地位，打造新時(shí)期熱電廠節(jié)約、環(huán)保型品牌，擴(kuò)大市場份額，提高市場占有率具有重要的意義。 該項(xiàng)目對 XX 市建設(shè)綠色奧運(yùn)，積極調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變增長方式，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有十分重要的意義。 采用電廠循環(huán)冷卻水水源熱泵技術(shù)的前提是要有穩(wěn)定的循環(huán)冷卻水源，電廠循環(huán)冷卻水源必備的條件是： （ 1）水源流量應(yīng)有比較穩(wěn)定可靠的保證，不能時(shí)有時(shí)無，時(shí)多時(shí)少； （ 2）應(yīng)有比較合適的溫度，要保證熱 泵制熱系數(shù)比較高，熱泵運(yùn)行成本比較低； （ 3）應(yīng)有足夠的水量，能滿足供暖的總供暖需求； （ 4） PH 值、濁度、懸浮物等水質(zhì)指標(biāo)的參數(shù)要符合要求。 該系統(tǒng)主要是通過四個(gè)獨(dú)立循環(huán)來實(shí)現(xiàn)熱量由低溫冷卻水向用戶側(cè)轉(zhuǎn)移并升溫。 32 圖 2－ 8 系統(tǒng)原理示意圖 一次循環(huán)： 循環(huán)冷卻水經(jīng)過一次循環(huán)泵進(jìn)入熱泵系統(tǒng)的換熱器，放出部分熱量后溫度降低，再經(jīng)循環(huán)水泵重新返回冷凝器； 二次循環(huán)： 通過換熱器獲得熱量的二次循環(huán)水經(jīng)過二次循環(huán)泵進(jìn)入熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器，放出熱量后重新返回?fù)Q熱器，完成二次循環(huán)； 工質(zhì)循 環(huán)： 熱泵機(jī)組中的循環(huán)工質(zhì)在蒸發(fā)器中吸收熱量后部分汽化，然后經(jīng)過壓縮機(jī)升壓的同時(shí)溫度也得到提升，工質(zhì)也由汽態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)進(jìn)入冷凝器，釋放熱量后溫度降低，然后經(jīng)過膨脹閥節(jié)流降壓降溫，重新回到蒸發(fā)器中吸熱，完成工質(zhì)循環(huán)； 采暖循環(huán)： 在用戶端釋放熱量后的采暖回水經(jīng)過冷凝器后獲得工質(zhì)釋放的熱量后溫度升高到額定供暖溫度，然后通過采暖循環(huán)泵供出供用戶采暖。 33 3 電廠循環(huán)冷卻水源 電廠循環(huán)水源概述 XX 電廠一期循環(huán)水補(bǔ)水原設(shè)計(jì)是采用地下水，水源地在齊心莊。近年來，由于開采過度，北方地區(qū)地下水水位逐年下降，水資源短缺。在這種形勢下，作為用水大戶之一的電廠，要首先提倡科學(xué)用水，因此電廠進(jìn)行了循環(huán)水補(bǔ)水工程技改項(xiàng)目，以河北 XX 地區(qū)污水處理廠中水為補(bǔ)水水源，取代原設(shè)計(jì)中以地下水為補(bǔ)水水源。 目前 XX 有兩個(gè)污水處理廠，一個(gè)是日產(chǎn) 5 萬噸的污水處理廠和一個(gè)日產(chǎn) 萬噸的小型污水處理廠，小型污水處理廠已投入運(yùn)行，日產(chǎn) 5萬噸的污水處理廠已基本建成，但未投入運(yùn)行。 XX 小型污水處理廠主要工藝流程如下： 來水→機(jī)械格柵井→曝氣沉砂池→ 集水井 → 生物反應(yīng)池 →接觸池→深度過濾池→納米光觸媒深度處理裝置→出水。 XX 大型污水處理廠主要工藝流程如下： 來水→機(jī)械格柵井→曝氣沉砂池→ 集水井 → 生物反應(yīng)池 →接觸池→深度過濾池→出水。 來自污水廠的水接入電廠內(nèi) 污水深度處理站，進(jìn)行深度處理，使水質(zhì)符合使用要求。污水深度處理站設(shè)計(jì)出力 1800t/h，主要工藝流程如下：二級污水→調(diào)節(jié)池→曝氣生物濾池→石灰凝聚澄清處理系統(tǒng)。 深度處理站設(shè)計(jì)出水品質(zhì)主要控制指標(biāo)見表 3－ 1。 34 表 3－ 1 深度處理站設(shè)計(jì)出水控制指標(biāo) 序號 基本控制項(xiàng)目 單位 數(shù)量 備注 1 外觀 透明 2 PH ～ 9 3 懸浮物 (SS) mg/l ?5 4 化學(xué)需氧量 (CODcr) mg/l ?30 5 生化需氧量 (BOD5) mg/l ?5 6 NH3N mg/l ?3 電廠運(yùn)行中循環(huán)水的作用提供汽輪機(jī)凝汽器、汽輪機(jī)潤滑油閉式冷卻器等