技术介绍

区域能源站作为分布式供能系统的一种，是指分布在负荷附近的，模块化的，有针对性的清洁环保供能设施。区别于传统的集中供能系统，区域能源站整个系统能效较高，能源利用总效率达到90%以上，同时，降低固废及碳排放，真正做到高效环保。

本案例为莱阳工业园区建立区域能源站。整个能源站新建6台75t/h低磨损、低能耗、高效率的第二低循环流化床锅炉，一方面，采用汽轮机离心热泵机组，回收园区内化工厂工业循环冷却水，为莱阳市老城区与开发区800万居民供暖。汽轮机离心热泵机组是通过高温高压蒸汽汽轮机，将蒸汽的热能转变成汽轮机转子旋转的机械能，汽轮机驱动离心热泵，离心热泵冷媒吸收低品位热能，压缩后提高冷媒温度，变成高品质热能，加热城市热网水，而实现制热循环。蒸汽在汽轮机做功后，排汽进入热网换热器，再次对热网热水进行进一步温度提升，从而完成能源梯级利用；另一方面，背压式汽轮机发电机组，机组排汽为工业园区内多家工业蒸汽用户供热，为开发区关停污染严重的小锅炉，降低污染排放，创造了条件。

表 1 机组特性

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表 2机组优缺点分析

适用行业及领域

结合目前市场情况，低温、低热源大致有如下几种，如电厂冷却水，高能耗企业生产工艺水（冷却水或废水），城市集中污水处理厂污水， 油田含油污水，地下水，江河胡海及浅层地能等。尤其是针对工业城市，工业园区等。由于生产需要，这些区域具备大量的低温、低位热源，煤矿的矿坑水，冶金冷却水，生产废水，化工冷却水，电厂冷却水等等。同时，这些区域又存在稳定的热、冷、电、热水、蒸汽需求。因而，有效的利用这些余热，采用蒸汽驱动透平式热泵机组进行区域能源站规划，对于提升区域能效，环保意义明显。在如下区域采用本技术，意义尤其明显

（1） 公用事业。如飞机场，大医院，大学校，大机关。这些机构的特点是组织性非常强，不是分散的居民，都是一个统一的机构。用能特点也是空调为主、伴有其他热、冷、热水、蒸汽、电等稳定负荷。

（2） 中小型离散制造业工业园区的区域能源站。这部分用户需要热、电、冷，也需要热水和蒸气。现在他们多半是用烧油的小锅炉来提供。使生产成本高。如果在工业集中的一个区域建立区域能源站，回收余热向他们提供蒸汽，热水，就可以提供廉价的能源，降低制造成本，同时能量利用效率得到很大提高。

（3） 新建的过程工业园区。过程工业特点和离散制造业不同，一般一天24小时连续作业。在城市新建的过程工业园区里采用区域能源站技术，是很重要的一种形式。

典型用户及投资效益

随着莱阳经济社会快速发展，目前莱阳市即有热电厂的供热能力已远远不能满足城市发展的需求，特别是开发区目前还没有实行集中供热，供热缺口约150万㎡，并以每年10～20万㎡的速度增长，供热需求迫切且缺口较大。同时，开发区内工业企业对蒸汽的需求量也非常大。

烟台巨力精细化工股份有限公司位于烟台莱阳经济技术开发区，巨力化工厂的余热资源非常丰富，二期投入运行后工业循环水的循环水量达到17000吨/小时，冬季水温在28度左右，如果这部分余热能得到合理有效利用，对解决莱阳市供暖缺口问题将发挥重要作用。

针对这种情况，通过在莱阳开发区内建设区域能源站来满足园区内不同用户对热、电、热水、蒸汽的需求，采用“蒸汽透平驱动式离心热泵”技术对巨力化工厂进行余热综合利用，采用新增的蒸汽锅炉提供的部分采暖蒸汽作为热泵的驱动源，回收工艺中循环冷却水中带有的大量冷凝余热，实现废热利用，将回收的热量用于城市供热；同时，锅炉产蒸汽驱动背压发电机组发电，排汽来满足园区的工业用汽需求。这样做既解决了民生问题，又大幅提高了巨力化工的能源综合利用效率，降低了单位产值能耗，同时提高了园区整体的经济效益和环境水平。

1．余热状况分析：

表 3余热状况

由上表可以看出巨力化工循环水量巨大, 但是由于余热品位低，难以利用，这些热量被白白耗散到大气当中,不仅造成了能源的极大浪费,同时大量水分蒸发耗散,也耗费了大量水资源。

2. 技术方案

为解决莱阳开发区，采暖供热及工业蒸汽需求状况，本方案新增的蒸汽锅炉（75 t六台）提供的中压蒸汽（3.5 MPa，435℃）来驱动蒸汽透平驱动式热泵机组压缩机运行而实现制热循环，回收巨力化工循环冷却水中带有的大量冷凝余热，将热网循环水从55℃提升至75℃，中压蒸汽在汽轮机做功后，排汽（0.3 MPa，183℃）进入二次加热器，将热网水进一步加热至105℃提供给市政供热。另一方面，采用2台背压式发电机组，在锅炉产生蒸汽驱动机组发电的同时，根据莱阳开发区，生产工业企业的蒸汽需求，提供合适的蒸汽给相应用户。

表 4基础设计参数

表 5热网基础数据

2.1 蒸汽透平驱动式热泵原理

蒸汽透平驱动式热泵机组是通过高温高压蒸汽驱动汽轮机去驱动压缩机运行而实现制热循环。热泵运行的动力来自高压蒸汽，蒸汽在汽轮机做功后，排汽进入换热器，对供热热水进行进一步温度提升。（汽轮机离心热泵机组是通过高温高压蒸汽汽轮机，将蒸汽的热能转变成汽轮机转子旋转的机械能，汽轮机驱动离心热泵，离心热泵冷媒吸收低品位热能，压缩后提高冷媒温度，变成高品质热能，加热城市热网水，而实现制热循环。蒸汽在汽轮机做功后，排汽进入热网换热器，再次对热网热水进行进一步温度提升，从而完成能源梯级利用。

表 6 系统额定运行工况参数

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28℃， 5280t/h

2.2热网

供热管网：供暖一次管网热水流量为9081 m³/h，主管道管径为∅1220×22，满足莱阳市老城区及开发区800万平米供暖需求。

蒸汽管网：本工程已敷设工业蒸汽管道9公里，辐射范围9平方公里。

2.3 供能能力分析

供暖：项目选用6台26.5 MW蒸汽透平驱动式热泵机组，回收工厂循环冷却水余热功率159 MW，建筑单位面积供热负荷按50 W/m²计算，回收的余热可以满足约318万m²建筑的供热需求。本方案设计总供热能力为400 MW，总供热面积800万m²。

供汽：项目终期目标6台75 t/h中温中压循环流化床锅炉，一期安装4台锅炉，可逐步替代供热、供汽范围内44家企业，约205吨燃煤锅炉，二期安装2台锅炉，最终实现供汽225 t/h。

供电：采暖季发电11.46 MW，非采暖季发电7.06 MW，全年发电量4934.328万kWh。

3.项目建设的意义及效益分析

3.1项目建设意义

本项目采用锅炉驱动蒸汽透平驱动式热泵回收工厂循环冷却水中大量低品位余热技术建设莱阳开发区能源站，本项目对于当地政府而言，项目可增加城市集中供热面积，解决民生问题，同时可以减少城市碳排放，提升城市品位；对于巨力化工，项目建设不仅不影响正常生产，还可大幅提高能源综合利用效率，降低单位产值能耗，在获得一定的经济效益的同时也产生了很高的环境效益。对其它用蒸汽企业而言，自身不用再建锅炉房，节约了经济成本，管理成本和人工，实现了绿色用能，安全用能。总体而言，本项目不仅提升该区域的能效水平和环境效益，同时为指导其他区域能源站建设提供指导意义。

3.2 本项目对该区域的环境效益

本项目对莱阳开发区整体而言，具有明显的环境效益，做的了绿色供能。具体如下表所示：

表 7环境效益

说明: 1.1GJ热量折合标煤 0.03412吨标准煤；

2.1吨标准煤燃烧，排放CO₂：2.6 t、NO_X：7 kg、SO₂：20 kg、烟尘：15 kg、灰渣：260 kg；

3.1棵树每年可吸收二氧化碳约18.3 kg；

本项目的建成，对推动莱阳“十二五”以及“十三五”节能减排工作，分散小锅炉替代工作，改善城市大气环境质量，供货能源结构意义重大。完成目标后，本项目替代的莱阳市锅炉总用煤量为287066 t/a，若按照煤炭价格600元/t计算，则费用为17223.96万元。本项目向其提供的等热值的蒸汽657000 t，蒸汽价格为180元/t，则费用为11826万元。由于蒸汽为清洁能源，减少排放SO₂约1711吨，NO_X约4.47吨,企业可年节约脱硫费用1000万元。则企业共可节省费用6397.96万元。

3.3 项目对巨力化工的影响分析

3.3.1        本项目对工厂的工艺影响分析

实施本项目需要：1）从巨力化工引出循环冷却水送至供热机房，并从中提取废热，因此需要取用冷却塔的循环水；2）考虑到应尽可能缩短循环水取水点与供热机房的距离，项目可能需要占用约1200㎡的用地（在冷却塔附近）；3）新增供热机房需要增加一部分配电负荷。

3.3.1.1  针对性设计思路

确保取水安全，保证化工厂的正常运行。系统设计为闭式循环，运行过程中无水量蒸发损失，为巨力化工节省了漂水量；供热机房位置尽可能靠近工厂冷却塔，缩短取水管线长度，降低冷却水流失的风险；循环冷却水取水方案设计：在连接各冷却塔的供水支管上分别开口引出取水管，并汇入取水管母管, 当某台冷却塔检修或出现故障时，其余冷却塔运行不受影响，这种取水方式施工简单且运行调节灵活，有利于提高系统的安全稳定；取水系统独立配置一套增压泵来克服因增加换热系统而带来的压损。

在各管道开口处均设置了相应电动（或手动）开关阀门，当出现故障时，可以快速关闭引水管路阀门，同时打开上塔管路联络阀，冷却水正常上塔冷却，不影响系统运行。

3.3.2本项目对工厂的效益影响分析

3.3.2.1节水效益分析

本项目采用蒸汽透平驱动式热泵机组回收利用了循环冷却水余热，这一部分冷却水不需要再通过冷却塔降温，因此可以减少冷却塔蒸发、漂水的补水量。

项目全部完成后，热泵回收利用循环水量12906 t/h，补水率取1.5%，采暖季运行时间按3120h，则：

每个采暖季可以节省冷却塔补水：5280×1.5%×2880=60.4万吨。

工业用水价格按2元/m3，则：每年可为工厂节省水费60.4×2=120.8万元。

3.3.2.2节电分析

由于上塔冷却水量的减少，工厂可停用一台水流量为4500 t/h的冷却塔，冷却塔风机功率按180 kw，电价按0.81元/kwh计算，则

每年可为工厂节省运行电费：

180 kw×24 h×130 d×70%×0.81元/kwh=31.85万元

由于循环水不在上塔，且我公司侧安装循环水泵串联，巨力侧循环水泵扬程降低，巨力侧循环水泵电流有所下降，也能降低巨力侧的厂用电量。

通过以上分析可以判断：项目的改造不仅不会对化工厂的正常运行造成影响，还为巨力化工产生了一定的经济效益，年节约运行费用达150万元。

4．项目投资收益分析

本工程全部完成后，具有良好的经济效益：

表 8经济效益

技术提供单位介绍

盾安（天津）节能系统有限公司是盾安环境的节能产业版块，是专业的节能系统集成服务商、中国节能服务领军品牌。盾安节能致力于工业节能、城市供暖节能、建筑节能等领域，大力推广工业余热回收、余热余压发电、污水源热泵等可再生能源利用技术，打造信息化能效管理平台，根据城市及耗能企业的特点和需求，为客户量身定制节能系统解决方案，提供集“诊断、规划、设计、融资、建设、运营、管理”为一体的集成总包服务，实现多方共赢。

技术术推广前景

采用汽轮机离心热泵机组回收余热技术建立区域能源站属于区域能源系统的一种形式，具备能效高，环境效益好的优势，同时供能模式也会根据各区域对能源的需求不同而多样化，余热回收热电联产能源站、余热回收冷热电联产能源站、余热回收热、热水、蒸汽能源站等等。区域能源站为各种不同能级的用户，提供各自需要的能源负荷，整个系统达到能量的梯级利用，使能量利用效率达到80~90%。

随着城市天然气管线、管网的完善，区域能源站成为最具发展潜力的能源市场。作为单一集中供能系统的补充，它可以根据用户的需求更有效的制定供能策略和能源消费计划，保障能源安全，实现高效、节能、减排的目的。

余热回收区域能源站，打破了传统的管理方式，将发电，采暖，热水供应，制冷及环境污染治理等多项工作统筹考虑，以最小的资金，资源和环境代价，换取最高的投资效益，能源转换效率和能源设施效能。根据当前城市的发展模式和用能特点，可在城区商业中心、公用事业（如机场、大医院、大学校）、中小型离散制造业工业园区、新建的过程工业园区等地方建立余热回收式的区域能源站，具备非常好的应用前景。