三河电厂余热热泵技术可研.doc

i 目目 录录 项目摘要项目摘要.2 1 1 总论总论.4 1.1 项目概况及编制依据 4 1.1.1 项目名称、委托单位、编制单位.4 1.1.2 承建单位介绍.4 1.1.3 项目背景5 1.1.4 编制依据7 1.1.5 编制原则8 1.1.6 编制深度9 1.1.7 编制遵循的主要规范、标准和规定9 1.2 项目建设的必要性.11 1.2.1 国家及地方政策支持.11 1.2.2 城市建设发展的需要12 1.2.3 提高人民生活质量的需要13 1.2.4 能源结构调整的需要13 1.2.5 吸引投资和人才的需要14 1.3 编制范围.14 1.3.1 编制范围、内容和要求14 1.3.2 编制期限15 1.4 城市概况、供热现状及规划.15 1.4.1 城市总体规划15 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 ii 1.4.2 城市供热现状15 1.5 工程内容概述.16 1.5.1 工程规模16 1.5.2 热泵房换热站17 1.5.3 热泵房热泵机组17 1.5.4 供热一级管网输配工程17 1.5.5 计算机监控系统18 1.5.6 工程总投资及效益18 1.6 主要技术经济指标.18 2 2 余热热泵集中供热系统的特点余热热泵集中供热系统的特点.20 2.1 热泵发展历史.20 2.2 热泵原理.20 2.3 热泵的种类.22 2.4 热泵在国外的开发和应用.22 2.5 热泵在国内的开发和应用.26 2.6 循环水源热泵技术特点.30 2.7 循环冷却水源必备的条件.32 2.8 循环冷却水热泵原理介绍.32 3 3电厂循环冷却水源电厂循环冷却水源.34 3.1 三河电厂循环水源概述.34 3.2 利用电厂循环水源热泵集中供热对电厂正常运转的影响.35 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 iii 3.3 循环冷却水的水量、水头、水温.36 3.4 循环冷却水水质.38 4 4热泵房的配电系统热泵房的配电系统.42 4.1 概述.42 4.2 电力负荷.42 4.3 供电方案.42 4.4 供电协议.44 5 5热泵房厂址条件热泵房厂址条件.45 5.1 交通运输.45 5.2 供水条件.46 5.3 工程地质条件.46 5.4 气象条件.48 5.5 热泵站总体规划及站区总平面规划布置.49 6 6热泵房工程方案热泵房工程方案.51 6.1 热负荷.51 6.2 热泵站房内系统.52 6.2.1 余热-热泵集中供热方案.52 6.2.2 水源热泵机组选型54 6.2.3 热泵房内其它主要设备57 6.2.4 热泵站房布置61 6.2.5 补给水软化系统62 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 iv 6.2.6 热泵站房内配电系统63 6.2.7 热工控制67 6.3 热泵房土建部分.69 6.4 热泵站房供排水系统.71 6.5 热泵站房消防系统.71 6.6 热泵站房采暖通风及空调.72 6.7 节电、节水措施.73 6.7.1 节电措施73 6.7.2 节水措施74 7 7集中供热一级管网输配工程集中供热一级管网输配工程.75 7.1 一级供热输配系统工艺流程.75 7.2 管网布置及水力工况分析.75 7.2.1 城市集中供热输配管网布置75 7.2.2 管网布置原则76 7.2.3 管网的水力计算77 7.3 热负荷延时图.77 7.4 管材、设备及管道防腐措施.78 7.4.1 管材保温确定78 7.4.2 阀门的设置80 7.4.3 管道防腐80 7.5 城市集中供热热力网敷设.80 7.6 特殊地段(重要的穿、跨越工程等)的设计方案 82 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 v 7.7 城市集中供热输配管网监测系统.82 7.8 城市集中供热输配管网运行调节.83 8 8环境保护环境保护.84 8.1 设计采用的环保标准.84 8.2 燕郊开发区环境现状.84 8.3 环境效益.85 9 9节能节能.86 9.1 编制依据.86 9.2 能耗指标及能耗分析.86 9.2.1 能耗指标86 9.2.2 能耗分析87 9.3 节能措施.89 1010 招标事宜招标事宜.90 1111 劳动安全与工业卫生劳动安全与工业卫生.91 11.1 设计依据.91 11.2 事故场所.91 11.3 防治措施 92 1212 项目实施项目实施.94 12.1 劳动组织及定员 94 12.2 施工场地条件 94 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 vi 12.3 施工能力 95 12.4 主设备运输 95 12.5 主要施工方案 96 12.6 进度安排 96 13.13.投资估算及财务分析投资估算及财务分析.97 13.1 投资估算 97 13.1.1 工程投资.97 13.1.2 资金筹措.100 13.2 财务分析 100 13.3 敏感性分析 120 13.4 财务评价指标及结论 121 1414 风险分析风险分析.122 14.1 风险分析.122 14.2 风险控制.123 1515 研究结论与建议研究结论与建议.126 15.1 结论.126 15.2 建议.127 附附 表表.128 附附 件件.132 附附 图图.133 1 主要参加人员名单 序号专业姓名职称 中国建筑科学研究院 1 项目总负责徐 伟研究员 2 技术总负责邹 瑜教授级高工 3 审 定徐选才研究员 4 校 审杨纯华研究员 5 编写人员 冯晓梅、孙宗宇、 杜国付 注册设备师 6 热泵机房配电及自控邵利民高级工程师 北京国电华北电力工程有限公司 7 总工程师吴凤来总工程师 8 项目经理张 钧高级工程师 9 编写人员 柯秀文、陈晓勇、 安丽 赵丹华、贾 丹瑶 高级工程师 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 2 项目摘要项目摘要 一 项目名称：三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 二 项目简述：该项目利用三河电厂冷却循环水蕴含低位热能建设 大规模城市集中供热系统。该工程项目技术成熟可靠，经济效 益及节能减排效益突出，具有显著示范作用。 三 建设地点：河北省三河市燕郊开发区 四 承建单位：北京佰能电气技术有限公司 三河环宇电力实业公司 五 规划供热能力：600mw 预计供热规模：1500 万平方米 六 本项目采用整体规划报批、分步实施的原则进行，计划 2015 年全部完成，其中 2008 年实施一期工程项目。 七 一期供热负荷：200mw 供热规模：400 万平方米 建设期：1 年 总投资：28524 万元 投资回收期（含建设极）：税前 10.64 年；税后 11.86 年 八 节能减排：项目全部建设完成后每年预计可节约标煤 11.08 万 吨，节水 172 万吨，co2减排 28.8 万吨，so2减排 2659 吨，nox减排 776 吨，co 减排 2515 吨，烟尘减排 1219 吨。同时也减少了“热污染” 。 2008 年一期项目建成后，每年节约标准煤 3.56 万吨，节水 57 万 吨，co2减排 8.4 万吨，so2减排 710 吨，颗粒污染物减排 325 吨。 九 本项目热泵系统兼有制冷和提供生活热水功能，可根据具体需 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 3 求满足末端用户对生活热水和夏季制冷的需求，增加设备的有效利用率， 提高效益。 十 一期工业余热热泵供热系统节煤计算 1 工业余热-热泵供热系统节约标煤计算方案 dzj bbb -工业余热热泵供热系统单位面积节约标准煤 kg/ j b 2 m -供热当地单位面积供暖期内消耗标准煤 kg/ z b 2 m -热泵机组消耗电能折算的标准煤消耗 kg/ d b 2 m 其中, p 热泵机组单位面积供热消耗电量 kwh/qpbd 2 m q 发电企业平均发电煤耗 kg/ kwh 2 节煤量计算 (1) =16.45 kg/ z b 2 m 根据北京地区居民建筑节能 50%后, 采用燃煤锅炉房采暖，单位供热 面积平均标煤能耗 12.4 千克/。结合燕郊当地实际建筑情况，取平均 值，单位供热面积平均标煤能耗 16.45 千克/。 (2) 热泵机组单位面积供热消耗电量 p=21.6 4 10400 %501252457624 kwh/ （note：24 小时/天 供暖周期 125 天 50%系数） 2 m 凝汽发电企业平均发电煤耗 q=0.350kg/ kwh (电监会公布 2007 全国发电标准煤耗) = 7.56kg/。 d b 2 m (3) 一期工业余热-热泵供热系统节约标煤3.56 万吨。 j b 十一 一期供热系统节水（减少电厂循环水蒸发漂移）计算 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 4 130002%2412573%= 57 万吨 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 5 1 1 总论总论 1.11.1 项目概况及编制依据项目概况及编制依据 1.1.11.1.1 项目名称、委托单位、编制单位项目名称、委托单位、编制单位 (1) 项目名称：三河发电厂循环水余热-热泵集中供热工程 (2) 委托单位：北京佰能电气技术有限公司 三河环宇电力实业公司 (3) 编制单位：北京国电华北电力工程有限公司 中国建筑科学研究院 1.1.21.1.2 承建单位介绍承建单位介绍 北京佰能电气技术有限公司北京佰能电气技术有限公司 北京佰能电气技术有限公司是经中关村科技园区批准，注册成立的 高新技术企业。是国内为数不多的可从事大型冶金“三电”工程总承包 的工程技术公司。公司同时从事新能源、可再生能源、节能技术改造、 工业余热梯级利用等能源领域的技术服务和工程项目，可为用户提供节 能减排综合性的解决方案 公司致力于企业的规范化发展，形成了建立科学而卓有成效的管理 体系，通过了 iso9001：2000 质量管理体系的认证。 股份构成：中钢设备有限公司 北京金隅集团公司 北京和利时系统工程有限公司 公司技术骨干 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 6 公司性质：有限责任公司 主要业务：工业电气自动化 清洁能源 成套制造 建筑智能化系统集成 计算机信息系统集成 涉及行业：工业、能源、环保、建筑业及政府机构 三河环宇电力实业公司介绍：三河环宇电力实业公司介绍： 隶属于国华三河发电公司下设第三产业公司，经营电力设备安装及 维修，电厂除尘及三废利用，经销与运输煤，生产经销建筑材料（凭许 可证经营） ，化工产品，电力设备产品等。 1.1.31.1.3 项目背景项目背景 燕郊开发区，位于河北省，是三河市的经济、科技信息中心和对外 开放的窗口，也是发展高新技术、休闲娱乐，服务首都的京畿卫星城。 燕郊开发区区位条件得天独厚，位于环京津、环渤海经济圈核心，与北 京仅一河之隔，距北京市中心天安门 30 公里，通州以东不到十公里， 距空港首都机场 25 公里，距海港天津港 120 公里，可承东启西、经纬 南北，提供融入京津、俯仰全国、接轨世界的绝佳平台。102 国道、京 哈高速公路、京秦、大秦电气化铁路横贯东西，北京 930 路公交车直通 区内，京通快速路将燕郊与北京市中心紧密连接。其地理位置如图 11 所示。 三河电厂地处燕郊经济技术开发区东侧边缘，燕郊镇与北京的通县 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 7 隔潮白河相望，厂址西距通县 17 公里、北京市区 37.5 公里，东距三河 市 17 公里，位置优越，详细的地理位置图如附图 1 所示。 图 11 燕郊开发区地理位置图 燕郊是“全国创建文明小城镇示范点” ，按照廊坊市委“置身沿海， 借势京津，加快崛起”的总体要求和“工业立区、旧改兴城、生态建市、 科学发展”的发展思路，燕郊人积极致力于建设科学发展示范区，努力 建设成为基础设施完善、公共服务齐全、生态环境优美、社会安定有序 的和谐宜居城市。随着大量外来人口的涌入，燕郊的房地产行业如火如 荼，而为其配套的城市集中供热系统由于受煤价的上涨诸多原因而滞后 于房地产。而且大量燃煤锅炉房的建设严重污染了燕郊城市的环境。现 有的燕郊热力公司提供的热能已经远远不能满足需求，需寻找新的热源。 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 8 在全球能源短缺和气候变暖的大背景下，中国以前所未有的力度推 出自己的“节能减排”计划。电力行业既是优质清洁能源的创造者，又 是一次能源消耗大户和污染排放大户，因而也是国家实施节能减排的重 点领域” 。在国家节能中长期专项规划中，把建筑物节能和余热余 压利用作为节能的重点领域和重点工程。 位于燕郊开发区东侧边缘的三河电厂，循环冷却水量约为 44000m3/h，循环冷却水进出口温度在 1026范围内。项目全部实施 后，可为燕郊三河区域提供提供 600mw600mw 的供热负荷。 综上所述，本项目在技术上是成熟的和可行的，对于改善城市环境 是十分有利的，符合国家清洁生产和发展可再生能源政策。 1.1.41.1.4 编制依据编制依据 1) 中国建筑科学研究院与北京佰能电气技术有限公司签订三河 电厂循环水余热热泵集中供热工程技术服务合同 ；北京国电华北电 力工程有限公司与三河电厂签订三河电厂循环水余热热泵集中供热 工程可行性研究合同 。本可研涉及的所有知识产权归以上几方共有。 2) 北京佰能电气技术有限公司提供的基础资料；三河电厂提供的 基础资料； 3) 燕郊开发区城市总体规划(修订中)； 4) 燕郊开发区“十一五”时期国民经济和社会发展规划纲要 ； 5) 燕郊开发区经济工作手册(2006)； 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 9 6) 燕郊开发区供热规划意见 7) 燕郊开发区建设局提供的其他资料。 1.1.51.1.5 编制原则编制原则 为使本工程适应燕郊开发区城市建设的发展，工程完成后产生较好 的经济效益和最大的社会效益，设计中遵循以下原则： 1) 由于燕郊开发区城市总体规划尚在审批中，根据有关部门提供 的总规编制指导意见，本着统筹兼顾、合理安排、分期实施的原则，从 实际出发，做到以 2015 年为主。 2) 贯彻国家能源发展和环境保护方面的方针政策，贯彻社会效益 和经济效益并重的指导思想，以提高余热废热再利用在城市能源消费结 构中的比重和保护城市环境为主要目标。 3) 坚持科学态度，积极采用新工艺、新技术、新设备和新材料， 确保城市供热系统的安全性、稳定性、可靠性，同时考虑经济合理，尽 量节约投资及占地面积。 4) 采用优质、高效、清洁、节能的热泵集中供热系统为城市居民 采暖。 5) 注重消防、安全、环保。 6) 认真贯彻国家有关城市区域集中供暖、节能、节电、节约淡水 资源方面的政策和法规。 7) 本工程的低位热源为三河电厂的循环冷却水，循环冷却水的主 水源为燕郊污水处理厂的二级出水。 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 10 8) 本工程热泵机组的用电负荷较大，其供电方式应结合三河电厂 的要求及华北电网的要求，进行厂用电系统的改造。 9) 为了提高热泵系统的效率，尽量选用大型热泵机组及调节性能 好的热泵机组。 10) 循环水系统改造应保证原发电机组安全运行。 11) 热泵站的布置应服从三河电厂的总体规划。 1.1.61.1.6 编制深度编制深度 本工程编制深度按建设部市政公用工程设计文件编制深度规定 (2004 年版)执行。 1.1.71.1.7 编制遵循的主要规范、标准和规定编制遵循的主要规范、标准和规定 本工程设计遵循的现行国家主要规范、标准和规定如下： （1） 供暖通风与空气调节设计规范(gb50019-2003)； （2） 地源热泵系统工程技术规范(gb50366-2005)； （3） 水源热泵机组 （gb/t194092003） ； （4） 城市热力网设计规范(cjj34-2002)； （5） 城镇直埋供热管道工程技术规程cjj/t81-98； （6） 城镇供热管网结构设计规范 （cjj1052005） ； （7） 建筑给水排水设计规范gb500152003； （8） 室外给水设计规范gb500132006； （9） 室外排水设计规范gb500142006； 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 11 （10） 污水综合排放标准gb8978-1996； （11） 供配电系统设计规范gb50052-95； （12） 10kv 及以下变电所设计规范gb50053-94； （13） 低压配电设计规范 gb50054-95； （14） 民用建筑照明设计标准gbj133-90； （15） 民用建筑电气设计规范jgj/t16-92； （16） 火力发电厂设计技术规程dl5000-2000； （17）建筑设计防火规范 gb500162006； （18）火力发电厂与变电站设计防火规范 gb50229-2006； （19）厂矿道路设计规范 gbj22-87； （20）电力设备典型消防规程 dl5027-1993； （21）火力发电厂汽水管道设计技术规定 dl/t5054-1996； （22）火力发电厂厂用电设计技术规定 dl/t5153-2002； （23）工业循环水冷却设计规范 gb/t50102-2003； （24）火力发电厂生活、消防和排水设计技术规程 dlgj24-91； （25）火力发电厂总图运输设计技术规程 dl/t5032-2005。 （26） 建筑设计防火规范gb50016-2006 （27） 市政公用工程设计文件编制深度规定建设部(2004 年版) （28） 基本建设项目环保设计规定 （87）国环字 003 号 （29） 现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范gb50236- 98 （30） 钢制管法兰、垫片、紧固件hg20592-20635-97 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 12 （31） 建筑结构荷载规范gbj50009-2001 （32） 建筑地基基础设计规范gbj7-89 （33） 建筑抗震设防分类标准gb50223-2004 （34） 混凝土结构设计规范gb50010-2002 （35） 钢结构设计规范gb50017-2003 （36） 动力基础设计规范gb50040-96 （37） 建筑抗震设计规范gb50011-2001 （38） 建筑给排水设计规范gb50015-2003 （39） 采暖通风与空气调节设计规范gbj19-87 （40） 通用用电设备配电设计规范gb50055-93 （41） 建筑物防雷设计规范gb50057-94 （42） 工业企业总平面设计规范gb50187-93 （43） 电力装置的继电保护和自动装置设计规范gbj50062-92 （44） 工业与民用电力装置的过电压保护设计规范gbj64-83 1.21.2 项目建设的必要性项目建设的必要性 1.2.11.2.1 国家及地方政策国家及地方政策支持支持 十七大报告提出：开发和推广节约、替代、循环利用和治理污染的 先进适用技术，发展清洁能源和可再生能源，保护土地和水资源，建设 科学合理的能源资源利用体系，提高能源资源利用效率。 国家电网公司总工程师栾军在能源论坛开幕式上表示， “电力工业 是一次能源、资源的消费大户，节约资源、保护环境是电力工业发展的 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 13 永恒的主题。电力工业要树立节约资源意识，以优化资源利用、提高资电力工业要树立节约资源意识，以优化资源利用、提高资 源产出率、降低环境污染为重点，促进电力发展与自然资源系统、社会源产出率、降低环境污染为重点，促进电力发展与自然资源系统、社会 经济系统的良性循环。经济系统的良性循环。 ”栾军特别强调， “十一五”电力供需形势将趋于 缓和，这将是电力工业转变发展方式，加快布局和结构调整的重要机遇 期。 在国家在国家节能中长期专项规划节能中长期专项规划中，把建筑物节能和余热余压利用中，把建筑物节能和余热余压利用 作为节能的重点领域和重点工程。作为节能的重点领域和重点工程。规划指出：“十一五”期间，需加快 可再生能源在建筑物的利用，并强调“在重点耗能行业推行能量系统优 化，即通过系统优化设计、技术改造和改善管理，实现能源系统效率达 到同行业最高或接近世界先进水平。 “十一五”十大重点节能工程实施意见指出：“我国钢铁、有 色、煤炭、建材、化工、纺织等行业的余热余压及其他余能没有得到充 分利用，造成能源的严重浪费，同时也污染了环境” 。余热余压及其他 余能的利用是企业节能降耗降低生产成本的有效途径，取材便利，投资 低廉，效果显著。 2006 年， 建设部、财政部关于推进可再生能源在建筑中应用的实 施意见中，明确将热泵技术热泵技术列入重点节能技术领域，鼓励在建筑中应 用。 可以看出，热泵技术因其具有高效节能环保的特性，已经引起国家 和地方政府的高度重视，并出台了一系列法律法规和具体政策以促进其 发展。 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 14 1.2.21.2.2 城市建设发展的需要城市建设发展的需要 燕郊供暖设施以燃煤锅炉房为主，热源分散。有些地区供暖设施相 对滞后，节能措施少，能源浪费严重。原有燃煤锅炉房规模小，无除尘、 脱硫设备，对环境造成了严重污染。还有一些供暖设施老化，存在着安 全隐患。燕郊未来的发展必然要走向高速发展的轨道，而且大量人口的 涌入和土地的开发也必然要增加供热负荷必然要增加供热负荷，这就加重了三河电厂的供热 负担。 因此在本区域建设循环冷却水源热泵集中供热项目具有非常重要的 意义。该项目可以缓解燕郊热源紧张的状况，对居民的取暖提供安全保 障，还可以满足新规划开发建设的供暖需求。同时，该项目的实施还可 以起示范和带动作用，引导新型供暖技术和可再生能源综合利用技术的 开发和应用，实现满足供暖需求，节约能源、保护环境并存的良性发展。 力求做到资源的合理开发与生态环境保护协调统一，经济建设、城乡建 设、环境生态建设相统一。符合燕郊开发区的城市建设发展方向，有助 于提高燕郊开发区城市基础设施的水平和城市整体形象。 1.2.31.2.3 提高人民生活质量的需要提高人民生活质量的需要 凭借着节能、清洁、环保的特点，热泵被广泛使用。燕郊开发区委、 市政府及相关领导一再指出：在燕郊开发区发展城市热泵集中供热系统 对燕郊来讲是天大的事情，有助于改变燕郊人民的生活方式、提高人民 生活水平，强化居住环境的生态属性，提升居住区品位。能为开发区人 民的生活带来实实在在的改善，是政府为民办实事的重大工程，是一项 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 15 民心工程，是构建和谐燕郊的具体体现。 1.2.41.2.4 能源结构调整的需要能源结构调整的需要 长期以来，燕郊开发区的能源结构以燃煤为主的现状，导致了城市 能源综合利用率较低，能源浪费严重。余热热泵技术的合理利用，可较 好地调整燕郊开发区的能源消费结构，极大地提高能源综合利用率，为 燕郊开发区的可持续发展创造积极的条件。 1.2.51.2.5 吸引投资和人才的需要吸引投资和人才的需要 为提升燕郊开发区在招商引资中的综合竞争力，需要加快基础设施 建设步伐，尽快构筑设施优良、功能完备的吸纳区内外资本的新平台。 余热热泵技术集中供热的建立，不仅将促进燕郊开发区的经济发展，还 将极大改善投资环境，有助于提高开发区在对外开放、招商引资的实力。 不仅如此，余热热泵行业及相关行业的引入，及在其建设、运行中 可以引进大量外来的科技、管理人才，有助于燕郊开发区本地人才的培 养和发展，有利于提高开发区人民当家作主、参与建设的热情和能力。 而且凭借优美的自然环境、现代化的生活设施和蓬勃发展的产业，完全 可以和其他城市媲美，为全国各地有志于参与燕郊开发区建设的人才提 供了更广阔的发展空间，有利于燕郊开发区“吸引人才、留住人才” 。 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 16 1.31.3 编制范围编制范围 1.3.11.3.1 编制范围、内容和要求编制范围、内容和要求 编制行政区范围编制行政区范围 本工程区域范围为燕郊开发区电厂西侧 2.7 公里范围内区域，西至 汉王路，南到行宫东大街，北至海油大街，分布在学院大街两侧，规划 供热面积约 400 万平方米。 编制工程范围编制工程范围 1.电厂循环水改造工程：循环水塔、循环水回水管网。 2.热泵房工程：包括厂房、热泵机组、换热站、变配电、值班室、 检修间等。 3.一级管网工程：包括管网主干线、小区支线、阀井室等。 4.辅助工程：包括管理系统、控制调度系统、维修抢险系统等及所 需的建、构筑物和设备。 1.3.21.3.2 编制期限编制期限 为与燕郊开发区经济、社会发展计划相协调，并考虑与总体规划衔 接，本工程近期年限为 2008 年、远期年限为 2015 年。 1.41.4 城市概况、供热现状及规划城市概况、供热现状及规划 1.4.11.4.1 城市总体规划城市总体规划 目前，燕郊城市总体规划正在由清华大学和河北省的研究院做修编， 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 17 初稿已经完成。根据燕郊开发区城市总体规划(2008 年至 2020 年)， 至 2020 年，燕郊开发区人口将增加 100 万人左右，城市需要供热的建 筑面积将增加 3000 多万平方米。由燕郊开发区规划局提供资料看，燕 郊开发区仅 08、09 年需要供热的新建建筑就达 1500 万平方米左右（详 见附表规划供热小区一览表 ） 。 1.4.21.4.2 城市供热现状城市供热现状 据了解燕郊开发区 2007 年前城市集中供热面积已经达到 365 万平 方米，2007 年新增供热面积 256.68 万平方米，2008 年新增供热面积 620.23 万平方米（其中包括中直单位旧锅炉房拆除并网面积） ，2009 年 至 2010 年将新增供热面积 910.29 万平方米，三河电厂是理想的大型集 中供热热源点，为此三河电厂拟采用一期工程循环水的低温热能作为热 泵的低位热源，通过热泵提升温度，进行集中供热。 目前，燕郊开发区的供热现状为：燕郊热力公司现下辖三座供热站， 可负担 300 多万平方米建筑面积的采暖用热，并且还负担着部分生产企 业用户生产用热。各供热站情况如下： 第一供热站：47mw 热水锅炉，热媒为 9570热水，可供热建筑 面积为 45 万平方米；第二供热站：420t/h+235t/h 蒸汽锅炉，热媒 为 180饱和蒸汽，可供热建筑面积为 220 万平方米；第三供热站： 314mw 热水锅炉，热媒为 9570热水，可供热建筑面积 70 万平方 米。在以上供热区域以外的居民住宅和企事业单位皆依靠小煤炉或自建 锅炉房单独供热，这些小锅炉燃烧效率地下，布置分散，不利于管理， 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 18 能源浪费严重且大大影响了燕郊的生态环境。 随着燕郊城市的膨胀式发展，现有燕郊热力公司提供的供热量已经 远远不能满足需求，需寻找新的热源。 1.51.5 工程内容概述工程内容概述 本工程由以下几个部分组成:热泵系统厂房、电厂换热站、热泵机 房、一级供热管网、计算机监控系统。 1.5.11.5.1 工程规模工程规模 一期工程拟供热面积 400 万平方米，供热管网路由在电厂西侧 3 公 里范围内，项目总投资 28524 万元人民币。 1.5.21.5.2 热泵房换热站热泵房换热站 换热系统采用不锈钢 316l 高效板式换热器。 1.5.31.5.3 热泵房热泵机组热泵房热泵机组 热泵机组采用高温型热泵机组，出口温度最高可达到 85，冷凝器 端出口温差在 2025，机组采用压缩机串联耦合运行。 1.5.41.5.4 供热一级管网输配工程供热一级管网输配工程 本工程根据城市规划，在城市主要道路上建设计压力为 1.0mpa 的 供热一级主管道 dn1100,长度为 2.7 公里；支线长度为 4.48 公里，管网 总长为 7.18 公里。钢管采用 q-235b 螺旋焊接钢管。 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 19 表表 1-1 供热管线（第一期工程）供热管线（第一期工程） 编 号 用热单位名称 供暖面积 f（万） 热水流量 g （t25） 管线直径 （mm） 管线长度 （km） 管材保温 1 华泰忆江南小区 27465dn3500.58q-235b 聚氨酯 2 福成上上城五期 2404128dn9000.44q-235b 聚氨酯 3 普罗旺斯小区 28482dn3500.46q-235b 聚氨酯 4 特警大队办公楼 0.59dn800.56q-235b 聚氨酯 5 宏远彩钢厂房 0.367dn800.60q-235b 聚氨酯 6 金海纶住宅小区 6104dn2000.62q-235b 聚氨酯 7 王各庄小区 771325dn5000.58q-235b 聚氨酯 8 福成小区 22.8393dn3500.64q-235b 聚氨酯 401.666913dn11002.70q-235b 聚氨酯 1.5.51.5.5 计算机监控系统计算机监控系统 本工程设计建计算机监控系统一套，对电厂循环水管线、换热站、 热泵机组、供热一级、二级管网等进行监控。 1.5.61.5.6 工程总投资及效益工程总投资及效益 项目总投资 28524 万元 资本金财务内部收益率 税前 6.3% 税后 4.7% 投资回收期 (含建设期) 税前 10.64 年 税后 11.86 年 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 20 1.61.6 主要技术经济指标主要技术经济指标 表表 1-2 经济指标表经济指标表 序号指标名称指标名称单位数量 1 年供热量兆瓦/年 200.00 2 年平均日供热量兆瓦/日 1.67 3 供热一级主管网公里 2.7 4 供热一级支线管网公里 4.48 5 二级换热站座 8 6 项目总投资万元 28524 7 劳动定员人 70 8 平均年热费收入万元 7600 9 项目投资内部收益率 6.3%（税前） 4.7%（税后） 10 项目投资净现值 （ic=4%） 万元 4195(税前) 1363(税后) 11 投资回收期（含建设期）年 10.64(税前) 11.86(税后) 12 盈亏平衡点 %65.53 (生产能力利用率) 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 21 2 2 余热热泵集中供热系统的特点余热热泵集中供热系统的特点 2.12.1 热泵发展历史热泵发展历史 在19 世纪初，人们对能否将热量从温度较低的介质“泵”送到 温度较高的介质中这一问题发生了浓厚的兴趣。英国物理学家 j.p.joule 提出了“通过改变可压缩流体的压力就能够使其温度发生变 化”的原理。1854 年，w.thomson 教授发表论文，提出了热量倍增器 的概念，首次描述了热泵的设想。 当时，热泵供暖的对象主要是民用，供暖需求的总量较小，特别是 对由于采暖方式及其对环境的影响尚没有足够的意识。人们采暖的方式 主要是燃煤和木材，因而，热泵的发展长期明显滞后于空调的发展。 上世纪30年代，随着氟利昂制冷机的发展，热泵有了较快的发展。 特别是第二次世界大战以后，工业经济的长足发展带来对供热的大量需 求以及相对能源短缺，促进了大型供热及工业用热泵的发展。1973 年 的全球性能源危机，进一步促进了热泵事业在全世界范围内的发展和应 用。 2.22.2 热泵原理热泵原理 “热泵”这一术语是借鉴“水泵”一词得来。在自然界中，水总由 高处流向低处，热量也总是从高温传向低温。但人们可以用水泵把水从 低处提升到高处，从而实现水的由低处向高处流动，热泵同样可以把热 量从低温传递到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置，热泵的作 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 22 用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象（温度较高的 物体），其工作原理与制冷机相同，主要由压缩机、蒸发器、冷凝器和 膨胀节流阀组成，其原理如图 21 所示。 压缩机： 起着压缩和输送循环工质从低温、低压处到高温、高压 处的作用，是热泵机组的心脏； 蒸发器： 是输出冷量的设备，它的作用是使经节流阀流入的制冷 剂液体蒸发，以吸收被冷却物体的热量，达到制冷的目的； 冷凝器： 是输出热量的设备，从蒸发器中吸收的热量连同压缩机 消耗功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走，达到制热的目的； 膨胀阀或节流阀：对循环工质起到节流降压作用，并调节进入蒸 发器的循环工质流量。 图图2-12-1 热泵原理示意图热泵原理示意图 热泵在工作时，把环境介质中贮存的能量 qa（约占总供热量的 7080%） 在蒸发器中加以吸收；它本身消耗一部分能量，即压缩机耗 电 qb（约占总供热量的 2030%）；通过工质循环系统在冷凝器中进行 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 23 放热 qc，qc=qa+qb，由此可以看出，热泵输出的能量为压缩机做的功 qb 和热泵从环境中吸收的热量 qa；因此，采用热泵技术可以节约大量 的电能。通常水源热泵机组消耗 1kw 的能量，用户可以得到 35kw 以 上的热量。与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将 90%以 上的电能或 7090%的燃料内能转化为热量，供用户使用。 2.32.3 热泵的种类热泵的种类 蒸发器、冷凝器根据循环工质与环境传热介质的不同，主要分为空 气换热和水换热两种形式。热泵若按照与环境传热介质的不同，可分为 水水式，水空气式，空气水式，和空气空气式共四类。热泵若 按照其低位冷热源的性质来分，热泵系统可分为空气源热泵和水源热泵 两大类。 水源热泵系统是一种利用传热介质（通常为水）来进行热交换的高 效供热空调系统，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组 成。通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低位热能向高位热能 的转移。 本项目所采用的低位热源为三河电厂的循环冷却水，属于“余热” 利用的范畴，故本项目的热泵称为“余热余热- -热泵热泵”。 2.42.4 热泵在国外的开发和应用热泵在国外的开发和应用 热泵技术在世界范围内的大规模商业应用是最近 20 多年的事，如 美国，截止 1985 年全国共有 14000 台地源热泵，而 1997 年就安装了 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 24 45000 台，到目前为止已安装了 400000 台，而且每年以 10的速度稳 步增长。目前，世界上有许多水源热泵厂家，截止 2004 年底，世界上 已安装了 1.31.3 亿台亿台热泵。 1998 年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19， 其中新建筑中占30。美国地源热泵工业已经成立了由美国能源环境研 究中心、美国地下水资源联合会、爱迪生电力研究所以及众多地源热泵 制造设计销售公司以及政府机构和建筑商等146 家成员组成的美国地源 热泵协会。 与美国的地源热泵发展有所不同，中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、 德国等国家主要利用浅层地热资源，在地下土壤中埋设盘管（埋深400 米深）的地源热泵系统，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。据 1999 年的统计，在家用的供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士为 96，奥地利为38，丹麦为27。 同时，中、北欧海水源热泵的研究和应用也比较多，在世界上处于 领先地位，瑞典和挪威已经达到规模化应用的程度，现在，整个北欧约 有180 多台大型热泵在运行，其中瑞典1985 年至今总建设量约为 1000mw 区域供热，采用的热源有海水、湖水、污水、工业废水、地下 水和废烟气；1995 年至今总建设量约为500mw，应用于城市和工业生产 的区域供热、供冷。目前，大型热泵技术已经成为北欧热源的主流供热 方式，技术成熟，实施效果较好，而且还有很多项目正在建设和筹建中。 下面介绍几个典型的项目。 项目项目1 1：瑞典斯德哥尔摩：瑞典斯德哥尔摩nimrodnimrod 区域供热供冷站区域供热供冷站 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 25 该项目共安装了4 台friotherm 公司制造的热泵机组，每台机组可 图图 2-22-2 斯德哥尔摩区域热泵集中供热管网示意图斯德哥尔摩区域热泵集中供热管网示意图 图图2 23 3 斯德哥尔摩区域供热、供冷发展趋势图（斯德哥尔摩区域供热、供冷发展趋势图（20042004 统计）统计） 根据天气及负荷的变化调整运行模式，这4 台机组在夏季最大制冷量为 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 26 48mw，冬季最大制热量36mw，另外在过渡季节还可实现海水的直接冷却。 该项目包括在北欧fortum公司大的能源站之中，该能源站可同时向城市 输出热力、电力和冷量，所利用的能源有石油、海水、电力。其中海水 热泵机组承担该区域基本的供热负荷，和全部的供冷负荷，利用燃油来 补充供热负荷高峰部分，这样热泵机组几乎全年都在运行，负荷稳定。 图图2 24 4 瑞典斯德哥尔摩瑞典斯德哥尔摩nimrodnimrod 区域供热供冷站区域供热供冷站 项目项目2 2：瑞典斯德哥尔摩：瑞典斯德哥尔摩vartanvartan ropstenropsten世界最大的海水热泵世界最大的海水热泵 站站 该项目安装了6 台世界上最大的海水热泵机组，总制热能力 180mw，在1984年开始实施，1986 年正式投入运行。系统采用的海水作 为冷热源。夏季采用海面水，冬季采用海面下17m 深处水，冬季海水温 度大约保持在3。刚投入使用时机组采用了r22 作为制冷剂，现在已 经更换为r134a。斯德哥尔摩区域供热的分布主要来自四个能源站： vartan、hasselby、hammarby、hogdalen。其中最大的vartan 中央区 大约60%的供热量由vartan ropsten 区域供热站提供。 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 27 2.52.5 热泵在国内的开发和应用热泵在国内的开发和应用 我国最早在五十年代，就曾在上海、天津等地尝试采用抽灌地下水 的方式制冷。自八十年代以来，我国采用水源热泵空调系统的建筑也逐 年增多。 截止目前，北京市已有近 1000万平方米的居民小区建筑 和公共建筑采用热泵系统供热， 像国家大剧院、鸟巢、北京警 察学院、菊儿小区、北苑家园 等。山东、辽宁、吉林、黑龙 江各省在城市建设中利用地下 水或生活污水作为低位热源，采用热泵供热的项目也多见诸报端，地方 政府支持力度也逐渐加大，相继出台了多项政策，引导行业健康发展。 沈阳市委、市政府成立了目前世界上唯一的列入政府序列的地源热 泵技术推广办公室。制定了关于全面推进地源热泵技术的实施意见 ， 并全面修订了沈阳市城市供暖规划 ，规划在建筑中大力推广应用浅 层地能等清洁可再生能源，把地源热泵技术供暖列为城市供暖的主要手 段之一。提出2007年完成供热面积1800万平方米的目标，预计到2010年， 实现全市推广地源热泵技术应用面积6500万平方米。2007年9月27日， 在北京人民大会堂举行的第二届中日节能环保综合论坛上，沈阳市作为 与会的唯一一个地方政府代表介绍经验。 2002 年5 月1922日，国际地源热泵iea会议在北京召开。这是 图 2-5 沈阳地源热泵技术应用展示 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 28 iea 热泵会议第一次在发展中国家举行，也是第一次在非成员国国家举 行。这充分表明在中国推广热泵产品的巨大潜力和光明前景。北京市地 方政府已将热泵技术作为实现其能源和环境目标的四大支撑技术之一， 中国已声明加入iea 组织，这意味着我国热泵技术的应用和发展开始进 入纵深发展。 特别是2008年奥运会将在北京举行，为办好本届奥运会，北京市主 管部门和科研部门通力合作，利用得天独厚的再生水源条件，充分发挥 再生水源的清洁能源优势，通过先进的热泵技术，将再生水源热泵应用 到集中供热供冷系统上。 项目一：奥运村集中供冷供热项目介绍项目一：奥运村集中供冷供热项目介绍 奥运村建筑面积约 39.3 万平方米，其中公寓、住宅 37.8 万平方米， 公建 1.5 万平方米。奥运村的建筑布局如图 29、210 所示。供热供 冷负荷如表 21 所示。 图图 2 26 6 奥运村鸟瞰图奥运村鸟瞰图 从清河污水处理厂的二级再生水清河排放口取水，修建一条dn800 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 29 的再生水输送专线，沿白庙村路输送到奥运村附近，管道总长度约为3 公里，输送再生水量为10万吨/日（4167 m3/h） 。在清河污水处理厂的排 河口附近，建造再生水供水泵站和调蓄水池。将清河污水处理厂的再生 水引入调蓄水池，通过再生水供水泵组按需供处。 图图 2 27 7 奥运村建筑效果图奥运村建筑效果图 以奥运水系的补充水源作为奥运期间的安全备用和调节热源/热汇。 方案是在奥运水系补水口附近建造一个换热站，来自清河污水处理厂的 再生水与补充奥运水系的中水分别与独立、专用的换热器换热后，清河 污水处理厂的再生水被回送到清河泵站，中水仍按照原来路径补入奥运 水系。奥运水系的补充水源在奥运会后能够稳定补水的条件下，也可全 部或部分替代来自清河污水处理厂的再生水，作为主力换热水源，以降 低输水能耗，更加节约运行成本。 来自中心机房的换热循环水（下称再生水二次侧循环水）在换热站 内与来自清河污水处理厂的再生水或奥运水系的补充水源实现热交换， 冬季取热，夏季放热。再生水二次侧循环水为封闭的软化水系统。 再生水一次侧，清河泵站的供水泵和位于换热站的供水泵组，构成 三河电厂循环水余热热泵集中供热工程 30 二级供水泵系统。在换热器前，设置两级过滤装置，用来清除再生水中 悬浮的细微颗粒；再生水二次侧循环系统同样采用双级泵系统。 项目二：大连星海湾集中供冷供热项目介绍项目二：大连星海湾集中供冷供热项目介绍 大连星海湾集中供冷供热项目规划分三期建设，一、二期工程热泵 机组冬季制热使用的水源是附近污水处理厂排放的中水，三期工程冬季 制热使用的水源是海水，整个工程热泵机组夏季制冷使用的水源是海水。 少量的热网补水和辅机冷却用水、生活消防用水是城市自来水。海水取 水口设在马栏河入海口处，排水就近排入马栏河；中水取自污水处理厂 经过热泵机组后排回污水处理厂回用。海水水源和中水水源充足可靠， 是水源热泵较为理想的水源。 本工程将分三期实施，一期工程总建筑面积为25.6万平方米，冬季 热负荷为21.73mw，夏季冷负荷为32.1mw；二期工程总建筑面积为46万 平方米，冬季热负荷为32.2mw，夏季冷负荷为46mw；三期工程总建筑面 积为128.7万平方米，冬季热负荷为90.09mw，夏季冷负荷为128.7mw； 三期工程全部建成后，规划实现的集中供暖、供冷面积为200.3万平方 米，冬季热负荷为144.02mw，夏季冷负荷为206.8mw。 项目三：大庆让湖路地区集中供热项目介绍项目三：大庆让湖路地区集中供热项目介绍 该项目位于大庆市西城区中部让胡路地区，是回收利用大庆炼化公 司的循环冷却水中蕴含的废能为民用建筑集中供热的典型项目。 该项目规划总供热面积 320 万 m2，总供热负荷为 220mw，其中供暖 设计热负荷为 192 mw，生活热水设计热负荷为 28 mw。 2006 年 11 月供热面积 50.3 万平方米