余热热泵（通用7篇）
余热热泵 篇1
我公司生产的橡胶塞是为各种医药用品配套的药用包装材料, 胶塞直接接触药品, 企业生产工艺有着其特殊的一面, 它既不同于普通橡胶制品生产, 也不同于其他医药化工的生产过程, 根据橡胶塞生产过程的特殊性我们设计了橡胶塞工艺热水综合利用系统。
1 橡胶塞企业生产现状
橡胶塞生产前几道工序相同于其它橡胶制品生产, 需要胶料混炼、半成品挤出压延成型、硫化定型工序。这些工序由橡胶通用设备来完成, 这些设备在生产过程中产生大量的工艺余热, 需要设备冷却水把热量带走。传统的做法是建一个大型循环水池通过循环水带走工艺余热, 这种做法到夏季为了降温需要补充大量的地下井水才能满足工艺需求。
橡胶塞生产工艺中的清洗工序, 需要60℃的纯净热水 (水的电导率在2μs/cm以下) 来清洗橡胶塞。传统的做法是用蒸汽通过板式换热器直接将20℃的纯净水换热到60℃。清洗胶塞后的热水直接排入下水道。
橡胶塞生产工艺中的酸洗和碱抽提工序, 需要95℃的纯净热水来处理胶塞。传统的做法是添加碱液的20℃纯净水放入罐中用蒸汽加热到95℃处理, 处理完成后用95℃纯净热水酸洗中和胶塞。中和完成后这些95℃酸碱水直接排入下水道。
2 企业用水和冷热需求情况综合分析
2.1 设备冷却循环水系统
设备冷却过程是一个放热过程, 传统的冷却水循环水池在冬天使用没什么问题, 夏天使用必须添加新鲜井水, 降低循环水池温度才能满足设备的冷却需要。同时, 目前公司使用的地下井水属于高盐水, 如不经除盐软化处理, 天长日久设备就会生水垢, 影响冷却效果。
2.2 橡胶塞清洗用水
橡胶塞清洗用水不仅需要电导率很低的纯水还需要一定的温度, 通常是60℃左右的热水。传统的做法是用蒸汽通过换热器换热常温纯水到60℃。清洗完胶塞排入下水道, 造成热水资源的浪费。
2.3 酸洗及碱抽提用水
橡胶塞的酸洗及碱抽提同样需要一定温度的电导率很低的纯水, 通常是95℃左右的开水。传统的做法是碱抽提加热水后送入碱抽提罐内处理, 处理完毕开罐放水排入下水道。这样做对市政下水造成热水污染。
2.4 职工生活洗澡用水及饮用水用热
公司职工洗澡需要一定的水量及热量, 传统做法是蒸汽加热水到一定温度, 送入澡堂洗澡, 需要消耗一定量的蒸汽。
2.5 橡胶塞厂烘胶房
烘胶房是橡胶塞厂必须建设的一个设施, 传统做法是蒸汽排管加热烘胶。
2.6 冬季办公生活设施取暖
传统做法蒸汽换热带动暖气取暖。现在取暖采用的是更节能的中央空调加风机盘管系统取暖。
2.7 夏季橡胶塞洁净送风区域及办公生活设施制冷
传统的做法是用水冷机制冷把冷量送入需求区域。
3 解决措施
3.1 方案的选择
公司采用热泵技术和板式换热器构成能源综合利用系统。经全面分析全厂冷热需求计算出相关数据: (1) 常年需要热源的部分:胶塞清洗热水;酸洗碱抽提热水;洗澡热水;烘胶房热水;职工饮用热水。 (2) 常年需要冷源的部分:设备循环水池降温用冷水: (3) 季节性需要热源的部分:冬天办公设施及生活设施采暖;冬天部分生产区域的采暖 (目前我们的半成品挤出、硫化、冲边、清洗区域已基本实现冬季热量自给不需要冬天供暖) 炼胶中心需要一定数量的采暖热量;辅助生产设施采暖。 (4) 季节性需要冷源的部分:夏天办公设施及生活设施制冷;夏天所有洁净控制生产区域 (半成品挤出、硫化、冲边、清洗加料、清洗出料) 制冷。
3.2 冷热平衡问题规划
(1) 规划一组高温水源热泵来满足常年的冷热需求, 高温水源热泵冷凝器端可生产65℃热水, 正好满足橡胶塞清洗用水的需求;而蒸发器段可生产18℃左右的低温水, 正好满足设备循环冷却水的需求。实际的生产过程是设备冷却水通过设备不断放出的热量后不断被热泵的蒸发器吸收形成良性循环。橡胶塞清洗用水通过冷凝器端不断吸收热量满足了工艺需求。而橡胶塞清洗下水又可通过板式换热器换热实现热能回收利用。
(2) 季节性的冷热需求需要规划另一组水源热泵, 必须满足冬夏转换, 让夏天制冷的设备变成冬天制热。热泵可选用普通水源热泵代替传统的水冷机和换热站, 夏天它充当水冷机给有冷量需求的区域送冷水, 多余的热量通过冷却塔散热到大气中;冬天充当换热站从橡胶塞工艺余热中吸取热量给有热量需求的区域送热, 充分利用工艺余热。减少能源浪费
(3) 工艺余热的充分利用使得胶塞清洗下水温度降低后可补充设备循环水, 由于胶塞清洗下水是电导率很低的纯净水, 用它来冷却设备, 不会产生水垢, 冷却效率高, 减少了污水排放。
(4) 系统经过理论分析与计算的基础上, 尽量利用冷热能量平衡 (不管是常年的还是季节性的) , 在考虑经济性的基础上适度采用传统制热制冷模式来配平冷热量也是可行的。
4 应用效果
橡胶塞工艺热水综合利用系统应用效果良好, 在没有应用该系统之前, 我公司月产橡胶塞2.5亿只, 每月电费100万元, 蒸汽费30万元, 水费10万元。应用该项目后我公司月产4.5亿只橡胶塞, 电费95万元, 蒸汽费用3万元, 水费1万元, 节能效果明显, 能源支出费用仅相当于原来的40%, 有效地降低了橡胶塞制造成本及能源单耗。
余热热泵 篇2
高纬度油田原油凝固点较高, 因此采用加热集油工艺, 采出液处理过程中也要保持一定的温度。由于油田的这一特点, 导致在开采过程中, 需要消耗大量热能, 最后这些热能却随着污水回注而白白浪费。
随着油田综合含水不断的增高, 吨油成本呈逐步上升趋势, 地面系统如何通过应用新技术节能降耗, 对提高油田开发效益, 保障油田可持续发展具有重要意义。
2、热泵技术原理及特点
热泵技术作为地热资源综合利用的手段之一, 近年来在中低温热源的开发利用越来越引起人们的重视。热泵本身不是能源, 而是开发利用热能的工具, 通过输入较少量的电能, 将热量从低温介质转移到高温介质。因此, 借助热泵可以把低温热能变为高温热能, 提供了一条节约燃料、合理用能、减轻环境污染的途径。
热泵技术是根据逆卡诺循环原理, 通过输入少量高品位能源 (如电能) , 将低温热源中的低品位热能进行提取, 转换为高品位热能的一种高新技术产品。低品位热能是指温度比较低的能量, 高品味就是指温度比较高的能量。比如说, 1立方水从20℃降到10℃所放出的能量与同样的1立方水从80℃降到70℃所放出的能量是完全相同的, 但区别在于后者品味高, 可以直接利用, 而前者属于低品位的能量不可以直接利用。
3、热泵技术现场应用情况
3.1 改造后热泵房概况
在某单位利用热泵技术对原锅炉房进行改造, 总采暖面积为45220m2, 供热负荷为5653kW、制冷负荷为1780kW。热泵房内设4台1915kW含油污水超高温热泵机组及配套设施, 总供热能力7660kW。低温热源采用某含油污水处理站35℃左右的含油污水, 设计温度降至23℃再回到注水罐, 热泵房距热源约1.6km, 最大负荷运行时含油污水需求量约为515t/h。
主要技术参数:
冬季供热参数:供回水温度80/60℃;供回水压力0.4Mpa/0.2 Mpa;
夏季制冷参数:供回水温度12/7℃, 供回水压力0.4Mpa/0.2 Mpa;
回注水供回水参数:Q=515m3/h;T供=35℃;T回=23℃ (冬季) ;T回=45℃ (夏季) 。
3.2 现场应用情况
热泵房于2009年9月底开始试运行, 运行至今已正常投运满一个采暖期, 采暖期内累计耗电量534.95×104kWh, 平均日消耗电量2.923×104kWh。运行期间, 热源来水始终保持在29℃~34℃之间, 平均为32.1℃, 循环水平均出口温度61.2℃, 最远端值班室温度可达19.3℃, 能够满足采暖需求。电量及运行情况见下图。
4、效益评价
根据油田公司提供数据:1万m3天然气折算13.3t标准煤, 1t原油折算1.4286t标准煤, 1万kwh折算1.229t标准煤;天然气0.90元/m3, 电0.5946元/kWh, 原油2380元/吨, 生水3.95元/m3, 工业盐520元/t。
4.1 节能分析
按采暖期计算, 应用热泵技术与传统燃油、燃气锅炉相比, 消耗能源对比情况见下表。
4.2 经济效益分析
热泵与燃油锅炉及燃气锅炉比, 年分别节约3062.5t标准煤、2069.1 t标准煤。虽然运行费用最高, 但是节能效果最明显。
5、认识及结论
一是高效节能。水源热泵是目前空调系统中能效比 (COP值) 最高的制冷、制热方式, 理论计算可达到7, 实际运行为4~6。
二是属可再生能源利用技术。利用了含油污水中所储藏的热能作为冷热源, 进行能量转换的供暖空调系统。
三是环保效益显著。热泵机组供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统, 无燃烧过程, 避免了排烟、排污等污染;供冷时省去了冷却水塔, 避免了冷却塔的噪音、霉菌污染及水耗。
四是一机多用, 应用范围广。水源热泵系统可供暖、空调, 还可供生活热水, 一机多用, 一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。
五是运行稳定可靠, 维护方便。含油污水温度一年四季相对稳定, 使得热泵机组运行更可靠、稳定, 也保证了系统的高效性和经济性;采用全电脑控制, 自动程度高。由于系统简单、机组部件少, 运行稳定, 因此维护费用低, 使用寿命长。
六是符合国家政策, 获得政策性支持。国家十分重视可再生能源开发利用工作, 《中华人民共和国可再生能源法》已于2006年1月1日起实施;同时, 在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中, 又把大力发展和规模化应用新能源和可再生能源作为能源领域的优先发展主题。从国家立法和发展战略的高度, 对可再生能源的发展应用予以强力推动。根据国家建设部政策规定, 凡采用水源热泵空调技术的建筑物, 通过向当地建委申报, 可获得政府的政策性支持, 减免建筑配套费用140~200元/m2。
摘要：高纬度油田原油凝固点较高, 因此采用加热集油工艺, 这导致在开采过程中, 需要消耗大量热能, 最后这些热能却随着污水回注而白白浪费。地面系统如何通过应用新技术节能降耗, 对提高油田开发效益, 保障油田可持续发展具有重要意义。
余热热泵 篇3
1 热泵及其工作原理
1.1 热泵的组成
热泵就是一种用于热量转移的装置, 可以将低温物体所具有的热量转换到高温物体上。本文所介绍的热泵装置主要包括三个部分。首先, 是驱动能源和驱动装置。其中, 电能是热泵装置的主要驱动能源, 而电机、发动机能设备则是热泵使用的驱动装置。其次, 是工作机。最后, 是低位热源。本文中热泵装置中的低温水就是低位热源。在火力发电的过程中, 通过使用热泵装置可以将没有利用的热能转变为有利用价值的热能, 这一过程不仅可以减少对环境的污染, 降低能源消耗, 同时还能大大提高热能的利用效率。
1.2 热泵的工作原理
按照物理学常识我们可以知道, 热量不可能在没有外力的作用下而自发地从低温物体转移到高温物体上, 同时这一过程还不会发生其它变化。因此, 在火力发电时通过使用热泵技术将热量从低温物体转移到高温物体的过程中是需要消耗一定能量的。我们可以从定量的角度对此过程进行分析。在热泵装置工作的过程中, 热泵为了实现热量传导的目的所消耗的功耗为W, 从循环冷却水中回收的热量为Q2, 那么最终由热泵装置输出的热量Q1应为上述二者之和, 即Q1= Q2+W。则在该过程中, 热泵的工作效率为C (C= Q1/W) 。由此可见, 热泵的工作效率和循环冷却水的温度有关。根据相关的研究显示, 在冷凝温度固定不变时, 如果循环冷却水中的温度提高, 则热泵的工作效率也会有所提高。因此, 在火力发电厂中利用热泵技术回收利用循环冷却水中的余热是可以实现节能减排目的的。
2 热泵技术在火力发电厂中的应用
火力发电厂中循环冷却水的水质比较干净, 流动性不大, 温度相比于一般的低温热源而言还是比较高的。鉴于火力发电厂中循环冷凝水的这种特点, 如果使用热泵技术则不需要进行较为复杂的改造工作, 只要经过简单的改造, 就可以将热泵装置应用于循环冷凝水的余热回收之中。虽然, 在开始改造热泵装置时需要进行一定资金投入, 在使用热泵装置的过程中也需要消耗一定电能。但是, 一旦热泵装置投入使用以后, 就可以实现热泵装置自动化运行, 不需要安排过多的人员进行运行管理。热泵装置的工作效率比较高, 初始投入的资金在短时间内就可以回收回来, 不会造成火力发电厂的经济压力。在对热泵装置进行改造后, 热泵装置必须要具有下述几个特点。
第一, 高温水源热泵。火力发电厂中的循环冷却水温度如果低于35℃, 则难以利用热泵技术对其中余热进行回收。为了满足热泵装置的使用要求, 必须要将循环冷却水温度提高到40℃到50℃之间, 这就需要使用高温水源热泵。如果是在一些比较特殊的情况下, 循环冷却水的温度要提高到70℃以上, 80℃以下;
第二, 大容量大温差热泵。利用热泵装置从火电厂循环冷却水中回收来的热量比较多, 如果周围用户所需的热量远远低于回收来的热量, 则要将这些剩余的热量输送到更远的地方, 这就需要使用大容量大温差的热泵。通常来说, 热泵容量在20MW到30MW之间比较合适。至于温差则要分情况, 如果是冷水, 则温差应控制在8 摄氏度左右。如果是热水, 则温差应超过20℃;
第三, 高制热系数水源热泵。为了提高经济效益, 一般都会使用热泵机组, 实现集中供热。在选择热泵机组时需要考虑到制热能效比, 只有满足相关要求的热泵机组才能使用。
现阶段, 我国火力发电厂中采取合理措施回收利用余热的比例比较低, 还没有超过五分之一。而且这些采用相关技术回收利用余热的火力发电厂一般都会选用水产养殖的方式, 相比于热泵技术回收利用余热的方式而言其效率是比较低的。
3 火力发电厂余热利用与热泵改造工程应用
火力发电厂利用热泵技术回收利用循环冷却水中余热的方式有很多, 进行热泵装置改造的方法也有很多。但就目前的情况来看, 大多数的火力发电厂都会选用热电- 热泵联合循环的方式。下文将以某火力发电厂为例, 介绍余热利用与热泵改造工程。在该火力发电厂中, 没有进行热泵改造前热量供应已经达到最大值, 机组运行也十分不稳定。在改造以后, 利用热泵技术可以回收循环冷却水中的热量, 并将其用于冬季采暖供热, 不仅能提高了该火力发电厂的供热量, 同时还提高了该火力发电厂的经济效益。
在该火力发电厂中有三台冷却循环水泵, 产生的循环冷却水水质比较干净, 具有大量残余的热量。通过相关的计算发现, 如果对循环冷却水中的热量进行回收, 则可以回收的余热量大约为115MW, 这些回收的余热量可以极大程度增加供暖的面积, 具有很大的利用价值。
利用热泵技术对其进行改造, 驱动热源选取的是汽机中0.33 兆帕的抽气。热量来源于循环冷却水中。并将首站换热器中的回水温度提升到了75℃。最后, 再将回水温度提高到100 摄氏度以上用于供暖。具体情况如图1 所示。
利用热泵技术回收余热可以减少水蒸气的损失。机组供热的过程可以看作是两个阶段。第一阶段是利用抽气将水温提高到75℃。第二阶段是通过水蒸气加热, 将水温提高到100℃以上, 直接用于供暖。通过对比该火力发电厂改造前后的供热情况不难发现, 改造后火力发电厂的节能率大大提高, 供热面积增加。总体而言, 改造后的效果十分明显。
4 结论
总之, 利用热泵技术回收利用火力发电厂循环冷却水中的余热可以大大提高热源的使用效率, 同时还可以实现节能减排的目标。但在使用热泵技术前需要进行设备改造, 这一过程需要一定的资金投入, 但在热泵技术正式应用于实践过程中以后, 会在短期内收回成本。
参考文献
[1]周武, 向朝晟, 李键.火力发电厂锅炉尾部烟气余热利用技术[J].东方电气评论, 2012, 01:46-50.
[2]花秀峰, 李晓明.火力发电厂烟气余热利用的分析与应用[J].节能, 2011, Z2:89-91+146+5.
余热热泵 篇4
热泵技术的应用在上世纪60年代起源于美国,主要用于建筑行业,进入70年代,热泵工业迎来了黄金时期,并被世界各国所重视,到90年代末,热泵技术被引进到中国,并得到了蓬勃发展。在北京、上海、广州等城市已规模应用地源热泵技术为居民供暖和制冷。在2008年北京奥运会主体育场“鸟巢”中,地源热泵也得到了应用。在胜利油田和华北油田应用了吸收式水源热泵提取污水余热给生活采暖供热。
孔店油田位于河北省黄骅市孔韩庄西。随着油田勘探开发规模的不断扩大,油田产液量逐年增高,目前,孔店油田每天产出污水7 300 m3,产出污水的年平均温度在48~52℃,因为污水温度高,无法满足油田污水生化处理系统要求,需要进行降温处理,经计算每小时散失热量5 000 k W左右,增加了污水处理成本,同时造成了污水中的大量热能浪费。
1 工艺现状
孔店联合站担负着孔店油田的原油和污水处理,以及大港南部油田的来油加热和转输任务。其主体工艺为:油田产出液经过加热炉升温后进入分离缓冲罐脱气,再进入沉降罐沉降脱水,沉降后的低含水原油进入储油罐,和南部来油一起加热后转输;污水则进入污水处理系统,经过一次处理后,部分污水作为油田回注水注入地层,剩余污水经冷却塔降温后进行生化处理,达到国家二级排放标准后外排(图1)。站内加热系统主要由6具加热炉组成,分别为南部来油、脱水系统、原油外输、油田产出液、油田掺水、生活采暖供热,最高负荷为8 403 k W,加热炉燃料为油田伴生气和原油,年消耗天然气401×104m3,原油3 409.5 t。
2 技术原理
结合孔店联合站主体工艺现状,在不改变其他工艺的情况下,以油田伴生气为驱动源,应用吸收式水源热泵技术,提取外排污水余热,利用列管换热器对需热介质进行加热,替代传统加热炉加热工艺,实现污水余热回收再利用。
2.1 热泵工作原理
热泵机组主要由蒸发器、吸收器、发生器、冷凝器4部分组成(图2),以天然气为驱动源,利用冷媒介质的气液转化,以溴化锂溶液为载体,提取热源污水中的低品位余热,并完成低品位热能向高品位热能的转变,服务于油田生产。
在蒸发器中,中介水与液态冷媒介质进行热交换,液态冷媒介质吸热气化变成冷媒蒸汽进入吸收器,完成污水余热回收。
在吸收器中,高温高浓溴化锂溶液吸收冷媒蒸汽后,变成低温低浓溴化锂溶液,释放的热量被热媒水吸收,实现低品位余热利用。
在发生器中,来自吸收器的低温低浓溴化锂溶液加热后变为高温高浓溴化锂溶液,同时产生大量的高温冷媒蒸汽进入冷凝器。
在冷凝器中,高温冷媒蒸汽与热媒水进行第二次热交换,冷媒蒸汽放出热量后液化变成液态冷媒介质进入蒸发器,同时产生高温热媒水。
2.2 热泵系统热交换工艺过程(图3)
2.2.1 热源污水放热
利用泵给热源污水提供动力进入板式换热器,在板式换热器内,热源污水与中介水发生热交换,换热后的热源污水进入污水处理系统进行一次处理后,部分污水作为油田回注水注入地层,剩余污水进行生化处理,达到国家二级排放标准后外排。
2.2.2 中介水循环
利用泵给中介水提供动力进入板式换热器,在板式换热器内,中介水提取热源污水中的余热,升温后的中介水进入热泵机组,在热泵的蒸发器内与液态冷媒介质发生热交换,换热后的中介水重新进入板式换热器提取热源污水余热。
2.2.3 热媒水循环
利用泵给热媒水提供动力进入热泵机组,在热泵吸收室内,热媒水进行一次热交换后进入冷凝室,二次热交换后变成高温热媒水,产生的高温热媒水进入列管换热器与需热介质进行热交换,换热后的热媒水重新进入热泵进行热交换。
2.2.4 需热介质吸热
需热介质进入列管式换热器,与热泵机组出来的高温热媒水发生热交换,升温后的需热介质温度达到生产要求。
2.3 技术难题及创新
2.3.1 如何提高板式换热器的换热效率
针对水源热泵的热源为油田产出污水易结垢的难题,配套了板式换热器清洗除垢工艺,并对垢的组成和成垢周期进行了分析,筛选了有效的除垢剂,制定了周期除垢措施。
2.3.2 如何提高热泵机组运行的稳定性
针对热泵机组的驱动源为油田伴生气稳定性差的难题,在热泵机组的前端增加了伴生气稳压处理装置,同时对热泵机组设置了低压停机保护系统。
2.3.3 如何准确匹配列管换热器的供热量
针对需热介质的需热量不同,列管换热器准确匹配供热量的难题,在列管换热器前端配套自动调节系统,通过自动调节高温热媒水循环水量,匹配不同需热介质的供热量。
3 孔店油田余热回收工程应用
孔店联合站在不改变主体工艺的情况下,应用2台水源式热泵消耗油田伴生气,提取热源污水余热产生高温热媒水,通过5具列管换热器给孔店联合站脱水系统、油田产出液、油田掺水、冬季生活采暖、原油外输加热,替代原有加热炉加热系统。热泵系统(图4)投运后运行平稳,孔店联合站各需热系统加热温度能够满足实际生产要求(表1)。
4 效果评价
孔店联合站加热系统在进行热泵技术改造前后,经具有资质的第三方检测机构进行了能耗测试,测试方法为“效果比较测定法”,测试结果显示应用热泵技术回收利用污水余热与传统加热炉加热系统相比,具有很好的节能效益和社会效益(表2)。
依据第三方测试数据:孔店联合站加热系统应用热泵技术改造前,加热系统能源消耗总量为33 035.34 MJ/h,所有热量均由加热炉燃烧油田伴生气或原油提供;改造后,加热系统能源消耗总量为27 621.62 MJ/h,其中22 680.80 MJ/h由热泵和加热炉消耗油田伴生气提供,另外4 940.8 MJ/h为热泵系统从污水预热中提取。通过对比,新系统应用后节约能源量为10 354.52 MJ/h,原油低位发热值按41.868 MJ/kg计算,则每小时节约原油247.31 kg,原油价格按照4 696元/t计算,年节约资金1 017.4万元。
5 认识
热泵系统与加热炉供热系统相比,具有更高的热利用率,同时热泵机组实现了生产中低品位热能的回收,并应用于油田生产,减少了烟尘和氮氧化合物的排放,节能减排效果显著。
热泵系统现场应用自动化程度高,通过网络组态技术实现了生产参数自动录取及动态监测;应用PLC技术实现了生产运行的自动控制,员工劳动强度明显降低。
水源热泵技术在油田的应用,需要有充足的低温污水作为热源和连续的油田伴生气作为热泵的驱动源,在应用热泵技术的前期调研中要对这两个关键参数做好预测。
列管换热器是热泵系统中热转换的关键设备之一,其换热面积大小决定了换热效果,在换热器的选型和换热面积计算时,要充分做好介质需热量和换热面积的匹配。
热泵技术作为一项新技术在油田现场应用时,应充分考虑联合站生产工艺的适应性,为确保安全稳定运行,可适当保留部分加热工艺,作为热泵检修时的备用工艺。
6 结束语
大港油田孔店联合站成功应用热泵技术回收利用油田污水余热,替代传统加热炉加热系统,热泵机组整体橇装,施工简便;自动控制程度高,员工劳动强度小;余热回收利用率高,节能效果显著。同时为特高含水油田原油加热处理和污水降温处理系统实现高效平稳运行开辟了新途径,对热泵技术服务于油田生产,实现节能减排具有借鉴作用。
摘要：针对孔店油田产出污水处理合格后外排,污水中的大量余热散失到环境中,造成热量浪费和环境热污染等问题,研究应用了吸收式水源热泵技术,该技术以油田伴生气为驱动源,提取外排污水余热,替代孔店联合站现有加热炉加热系统。通过热泵技术的应用,实现了污水余热回收利用,提高了孔店联合站加热系统热能利用效率,减少了烟尘和氮氧化物的排放量,达到了节能减排的目的。
余热热泵 篇5
工业企业在生产过程中排放大量废热、废水、废气等低品位热源, 相对于高、中温工业余热开发利用的增多, 低品位余热则基本未被开发利用, 这部分余热排放一方面造成了环境污染, 同时也造成大量能源浪费。如果能将这些余热加以回收利用, 为建筑供热、提供生活热水, 将会节约很多能源。工业余热利用基本不涉及热量远距离输配, 回收的热量只为厂区或相邻小区供暖、提供生活热水等。橡胶厂在生产过程中就会产生大量低品位热源。
1 橡胶厂可用资源分析
橡胶厂生产车间的工艺水中包含很多可以利用的热能:
a) 低温冷水池。水量为200 t/h, 温度需降3 ℃~5 ℃;
b) 胶塞清洗机用水。进水温度60 ℃~65 ℃, 出水温度50 ℃, 2条生产线共用水量40 t/h;
c) 碱抽提、酸洗用水。洗胶塞完后的水通过蒸汽加热, 水温达到100 ℃以上, 用于碱抽提、酸洗工艺, 用水量100 t/d, 此工艺完成后水温仍在90 ℃以上。本项目以生产车间的工艺水为依托, 同时结合热泵技术, 满足车间内部分生产工艺热水、整个项目的制冷、供暖及生活热水的需求。
2 橡胶厂对余热利用的要求及解决思路
2.1 橡胶厂对余热利用的要求
a) 需提供生活热水 (洗澡水) 。400人/班, 3班/d, 40~50 L/ (人×h) ;
b) 需提供生产车间洗胶塞工艺热水。需水量40 t/h, 水温60 ℃~65 ℃;
c) 需提供夏天冷源及冬季热源。总冷负荷3 590 k W, 总热负荷2 226 k W。其中车间部分冷负荷为3 000 k W, 热负荷为1 600 k W;
d) 需为低温冷水池进行降温。水量200 t/h, 保证低温冷水池温度恒为18 ℃。
2.2 橡胶厂余热利用要求的解决思路
针对橡胶厂对热量利用的要求分别提出了相应解决思路:
a) 碱抽提、酸洗工艺后的90 ℃以上高温水经过板式换热器直接换热, 供生活热水。
高温水可换取热量 (假设水温由90℃换至60℃) :
全天生活热水需热量:
式 (1) ~式 (2) 中, Q放为热量, k W;C为水比热, 工程常用折算系数为1.163 W/ (kg·℃) ;M1为全天高温水水量, kg;M2为全天洗澡水水量, kg;T1'为洗澡水温, 50 ℃;T2'为冬季自来水温15 ℃;T1为高温水的温度, 90 ℃;T2为低温水的温度, 60 ℃。
Q放>Q, 故经碱抽提、酸洗工艺后的高温热水通过选取适当的换热完全满足生活热水 (洗澡水) 使用;
b) 15 ℃纯净水先与50 ℃工艺水 (洗胶塞工艺之后) 进行一次换热后温度上升为38 ℃, 然后经水源热泵机组二次提升至60 ℃~65 ℃, 热泵机组的低温热源为低温冷水池, 换热后的工艺水作为生活供热热泵机组的低温热源;
c) 冬季空调供暖:采用水地源热泵解决, 水源侧 (低温热源) 可利用洗胶塞后的工艺水及地埋管等形式;夏季空调制冷:采用水地源热泵及水冷冷水机组解决夏季制冷问题, 水源热泵水源侧 (散热端) 可通过地埋管解决, 水冷冷水机组通过冷却塔散热;
d) 作为高温热泵 (洗胶塞) 机组的水源水/低温热源来实现降温;用补充15 ℃纯净水和低温热水池的热水做为辅助调温措施, 当机组降温满足不了需求时, 通过阀门自动控制。
3 橡胶厂对余热利用的技术方案设计
3.1 洗胶塞工艺热泵设计方案
15 ℃的自来水先与50 ℃工艺水 (洗胶塞工艺后) 进行一次换热后温度上升为35 ℃~38 ℃, 然后经水源热泵机组二次提升至60 ℃~65 ℃, 换热后的工艺水降至25 ℃;热泵机组的低温热源为低温冷水池。洗胶塞工艺热泵原理图见图1。
3.2 冬季制热夏季制冷空调设计方案
结合实际情况, 车间部分考虑0.8的同时使用系数, 则项目总冷负荷为3 000×0.8+ (3 590-3 000) =2 990 k W, 总热负荷2 226 k W。
冬季空调供暖:采用水地源热泵机组解决冬季供暖, 水源侧一部分利用洗胶塞工艺水低温热源, 其余部分通过地埋管来换热。
夏季空调制冷:采用水地源热泵机组及水冷冷水机组共同解决夏季制冷问题, 水源热泵机组的水源侧利用地埋管冷却, 水冷冷水机组通过冷却塔来冷却。
具体推荐方案及原理图见图2。
4 整体工程节能减排分析
4.1 节能方面分析
应用该水地源热泵技术回收利用橡胶厂工业余热, 供厂区车间洗胶塞工艺和采暖用, 节约1 779.81 t标准煤/a, 具体计算见表1。
4.2 减排分析
采用水地源热泵系统采暖不需燃烧过程, 避免了排放任何烟尘及有害物质, 每年直接产生的节能减排数据见表2。
吨
5 结语
橡胶厂在生产过程中产生大量低品位热源, 利用水地源热泵技术回收蕴藏于工业循环冷却水中的热量, 既拓展了应用水地源热泵的范围, 又实现废能利用, 变废为宝。同时, 通过工业余热利用减少了大气污染物排放, 达到节能减排目的, 也正好体现了“大力发展循环经济, 建设节约型城市”的要求。橡胶厂水源水量丰富, 水质、水温适宜, 整体来说经济效益、环保效益和社会效益都较好。
摘要：从余热利用与热泵技术相结合角度, 提出了橡胶厂余热利用的要求及解决思路, 并给出了余热利用技术方案, 通过计算说明余热利用热泵技术的节能减排潜力, 提出橡胶厂余热利用大有可为。
余热热泵 篇6
“十五”时期以来, 随着国内主力油田进入中后期开发, 原油生产综合含水率不断攀升, 油田采出污水量逐年增多。以中国石油所属油田为例, 原油生产综合含水率由2001年的82.98%, 上升到2011年的87.6%;采出污水总量由2001年的4.94亿m3, 上升到2011年的6.525亿m3。
油田采出污水温度较高, 蕴含着大量的热能, 例如辽河油田稠油污水温度可以达到70℃, 大庆等常规油田采出污水温度一般在35~45℃, 这些采出污水经过处理后, 直接用于油田注水开发或存放使之自然蒸发, 既浪费了大量的热资源, 又对周围环境造成一定的热污染。而在油田建筑采暖、制冷及原油集输、处理及外输等生产过程中却需要大量的热能, 诸多的加热过程需要耗费大量的能量。
目前, 中国石油用于油田工艺和采暖加热的锅炉达到1800余台、加热炉12000台左右, 这些加热设备一次能源效率平均为80%左右, 每年热力消耗需要的能源超过800万吨标煤。
含油污水中的能量具有品位较低、水中成分复杂等特点。如何回收利用这部分热能来为油田生产和生活服务, 实现变害为宝、保护环境、造福社会是人们一直关注的问题。大庆油田采油五厂作业大队、生产维修大队采用热泵技术回收含油污水的余热用于供暖、制冷项目的实施, 是一个降低油、气能源消耗, 节约生产成本, 提高能源利用效率的成功实践。
1 采用热泵技术供暖前存在的问题
采油五厂作业大队、生产维修大队分别建于1980年、1982年, 两个大队场区内分别有办公楼、各种车间、锅炉房、热水站、软化水站、车库、库房等建筑70栋和24栋, 合计建筑面积分别为45840m2、16044m2。
两个大队场区各建1座锅炉房, 主要承担着相应大队冬季供暖以及作业工浴室、洗衣间供热水任务。作业大队锅炉房拥有锅炉4台, 其中燃油热水锅炉2台, 主要用于冬季采暖供热, 总供热能力14MW。油气两用蒸汽锅炉1台、燃油蒸汽锅炉1台, 主要供浴室及洗衣间用热水, 总供热能力为8t/h, 燃料为原油和天然气。冬季运行1台热水锅炉、1台蒸汽锅炉;生产维修大队锅炉房拥有锅炉3台, 其中热水锅炉2台, 供热能力为8.4MW, 蒸汽锅炉1台, 供热能力为6t/h, 燃料为原油。冬季运行1台热水锅炉、1台蒸汽锅炉;供热参数均为80℃/60℃热水。
主要存在的问题有如下几个方面:
1) 锅炉外壳腐蚀严重, 保温层多处损坏, 燃烧器结焦严重, 炉体内部漏水, 锅炉热效率低, 循环泵以及补水泵已运行20多年, 老化严重, 维修困难。
2) 作业大队锅炉房4#炉经锅炉检验所检测, 炉管严重变形, 已定为报废锅炉, 当3#炉出现故障时没有备用炉。
3) 两锅炉房变压器整体老化、耗能高, 照明线路、动力电缆由于长时间运行, 已严重老化, 经常出现故障, 维护工作量大;自动点火及熄火保护装置是多个厂家生产, 产品质量及售后服务不一致, 管理难度较大, 存在运行不可靠及报警不正常等问题。
2 供热、制冷方案的选择
采暖改造将作业大队与生产维修大队供热、制冷统一考虑, 对采用热泵技术和燃气加热炉技术方案做出综合对比分析, 通过分析得出热泵技术方案投资高于加热炉方案, 但年运行成本和十年净现值指标数据都低于加热炉方案, 且管理方便, 故推荐采用热泵技术方案。
2.1 热负荷计算
两个大队计算采暖面积合计为65075m2。按照建筑性质不同, 根据国家行业标准《城市热力网设计规范》CJJ34-2002推荐值, 采暖热指标分别取80~180W/m2, 制冷指标分别取120~200W/m2, 并参照已建锅炉房年耗油量情况, 新建热源采暖负荷为7963k W (包括规划预留1925k W) 、制冷负荷1780k W。供热负荷和制冷负荷计算如表1所示。
2.2 热泵机组供热、制冷技术方案的实施
热源站选址位于作业大队厂区的西北侧, 利用杏V-1联合站油田回注水, 采用热泵机组冬季供热、夏季制冷, 并对两个大队供热管网进行整合改造。
1) 工艺流程。
冬季采暖:35℃的含油污水经污水泵升压后进入热泵机组蒸发器释放热能, 温度降至23℃再回到杏V-1联合站。60℃的采暖回水进入热泵机组冷凝器吸热后, 温度升至80℃送至采暖系统供热。热泵技术供暖工艺流程如图1所示。
夏季制冷:12℃的制冷回水在热泵机组蒸发器散热后, 温度降至7℃送至用户制冷。45℃的中间清水在热泵机组冷凝器吸热后, 温度升至50℃后进入制冷换热器, 在制冷换热器散热温度降至45℃后回热泵机组冷凝器循环使用。35℃的含油污水经污水泵升压后, 进入制冷换热器, 吸热后温度升至40℃返回杏V-1联合站。
洗浴及洗衣生活用水:10℃的生水在板式换热器吸热, 温度升至60℃后分为2个回路, 一路直接送至浴池;另一路经电加热器加热至80℃后送至洗衣间。
2) 低温热源 (含油污水) 、供水管道及升压泵。
杏V-1联合站距新建热源站距离1.6km, 新建ф377×8供、回水管道3.2km。在杏V-1联合站新建升压泵房 (内设供水泵2台Q=400m3/h、H=50m) 向热源站提供含油污水, 日供水量9600m3, 来水35℃、回水23℃。
3) 热泵机组及设施选型。
选用4台1915k W、1台445k W超高温热泵机组, 冬季5台热泵机组全部运行, 夏季运行1台1915k W热泵机组制冷, 1台445k W热泵机组供热。并配备循环水泵、中间水循环泵、补水泵、生水泵、生活热水泵共计12台, 电加热器、板式换热器、双级软化水装置共6套, 100m3热水罐、生水罐、软化水罐各1座。
4) 供配电。
热泵机组新增用电负荷2227k W由杏V-1变35/6k V变电所供电。热源站新建外附式变电站1座, 内设变压器2台 (6.3/0.4k V、1600k VA) , 引自杏V-1变电所2回6k V架空敷设LJ-150型线路3.2km, 并配备相应低压配电屏、照明配电箱7面。
5) 供暖外管网。
新建埋地ф219×7黄夹克保温采暖管道3km、架空ф159×6岩棉保温采暖管道9.5km。
6) 建筑部分。
新建总建筑面积为714m2, 包括升压泵房、热泵房、水处理及水泵间、值班控制室、化验室盐库等;新建6m宽道路40m, 水泥地坪场地300m2。
3 节能效果分析
采油五厂作业大队、生产维修大队采用热泵技术供热、制冷改造工程于2009年投产运行, 几年来取得了良好的经济效益和社会效益。工程建设投资2900万元, 年运行成本453.9万元, 采用热泵技术方案与原锅炉运行方案相对比, 每年节约原油2523万t、天然气72.4万m3、多耗电624.4万k Wh, 热泵技术运行方案比原燃油锅炉运行方案每年节约标准煤3813.8t。能源消耗对比如表2所示。
物耗按原油3156元/t, 天然气1.21元/m3, 电0.5473元/k Wh计算, 改造后采用热泵技术方案比原燃油锅炉运行方案仅燃料费一项每年就节约544.97万元, 达到了预期的节能效果和良好的经济效益。
4 结语
1) 大庆油田采油五厂作业大队、生产维修大队采用热泵技术供热、制冷改造工程利用油田污水余热提取后提供供暖、制冷, 替代燃油气锅炉, 符合国家鼓励的节能减排技术发展方向。能源利用效率高, 热泵式加热系统的一次能源利用效率与原有的锅炉相比可提高50%以上;可转变或改善高品质矿物燃料能源用于低品质用途的不合理的现状, 每年节约了大量宝贵的原油和天然气。
2) 热泵技术成熟、安全可靠, 系统建成后运行稳定, 易于推广应用。虽然工程建设一次性投资比锅炉或常规加热炉高, 但运行成本费用低, 可以通过节约运行费用在短时间内收回初期投资。
3) 有利低碳生产和环境保护, 其效果显著。热泵式加热系统没有矿物燃料的燃烧过程, 废气的排放量大幅度降低;系统在充分利用了含油污水余热的前提下, 降低了含油污水的温度, 减少了含油污水对环境的热污染, 具有明显的环保优势。
4) 热泵式加热系统适用于电力来源充足和方便的工作环境和场合, 这在油田的主要站场上都是可以得到保证的。
5) 有条件的油田企业在充分做好技术经济方案比选论证的基础上, 在资金、技术、管理上给予扶持和激励政策导向, 利用热泵技术回收油田采出污水余热用于油田生产、生活供热和制冷的前景是可观的。
参考文献
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余热热泵 篇7
关键词：吸收式热泵,石化企业,低温余热,利用
随着我国经济的发展, 面临着能源供应日趋紧张和能源价格不断上涨的形势, 能源问题已经成为我国国民经济发展的一个瓶颈问题。利用吸收式热泵技术回收石化行业的低温余热, 可减少煤、蒸汽、电等资源用量, 降低能源消耗, 经济效益可观, 还可减少因燃料燃烧产生SO2、NOX、烟尘等所造成的环境污染, 同时建筑供暖的供热温度已从85 /60℃ 逐渐降低至60 /50℃[2], 这就使利用石化企业的低温余热为我国北方城镇供暖成为了可能。本文基于吸收式热泵技术的特点, 以某石化企业的实际情况为研究对象, 发挥吸收式热泵技术在低温余热利用方面的重要优势, 在提高低品位余热利用的同时, 还能起到减少污染物排放等作用, 对石化企业节能减排提供一定的借鉴意义。
1 吸收式热泵及其工作原理
1. 1 吸收式热泵定义
吸收式热泵, 通常简称AHP, 它以热能为动力, 把低温热源的热量提高到中、高温, 从而提高了能源的品质和利用效率。
1. 2 吸收式热泵工作原理
吸收式热泵原理是以热能为驱动能源Q1, 产生制热效应, 回收循环水余热Q2, 加热热网回水, 得到的有用热量为消耗的驱动能源热量与回收的循环水余热量之和Q1+ Q2。
1. 3 溴化锂吸收式热泵
溴化锂吸收式热泵是一种以蒸汽、热水、燃油、燃气和各种余热为热源, 制热供暖或升温的节电型设备。溴化锂吸收式热泵的工质对是溴化锂溶液, 它是固体溴化锂溶解于水而成, 在大气中不变质、不分解, 不挥发, 是一种稳定的物质, 其ODP、GWP均为零, 是一种对环境友好型的绿色工质。溴化锂吸收式热泵包括蒸发器、吸收器、冷凝器、发生器、热交换器、屏蔽泵和其他附件等。它以热能为动力, 在发生器内释放热量Qg, 加热溴化锂稀溶液并产生冷剂蒸汽, 冷剂蒸汽进入冷凝器, 释放冷凝热Qc加热流经冷凝器传热管内的热水, 自身冷凝成液体后节流进入蒸发器。冷剂水经冷剂泵喷淋到蒸发器传热管表面, 吸收流经传热管内低温热源水的热量Qe, 使热源水温度降低后流出机组, 冷剂水吸收热量后汽化成冷剂蒸汽, 进入吸收器。被发生器浓缩后的溴化锂溶液返回吸收器后喷淋, 吸收从蒸发器过来的冷剂蒸汽, 并放出吸收热Qa, 加热流经吸收器传热管的热水。热水流经吸收器、冷凝器升温后, 输送给热用户。
溴化锂吸收式热泵可分为第一类和第二类两种形式。 ( 1) 第一类吸收式热泵。第一类吸收式热泵的发生器和冷凝器处于高压区, 而吸收器和蒸发器处于低压区。在蒸发器中输入低温热源, 发生器中输入驱动热源, 从吸收器和冷凝器中输出中高温热水。因以增加热量为目的, 故而又称增热型吸收式热泵。 ( 2) 第二类吸收式热泵。第二类热泵与第一类热泵相反, 发生器和冷凝器处于低压区, 而吸收器和蒸发器处于高压区。热源介质并联进入发生器和蒸发器, 在吸收器中利用溶液的吸收作用, 使流经管内的热水升温。单级吸收式热泵能使热水温度提高40℃ 左右, 若要获得更高的温升, 则可采用二级、多级吸收式热泵或吸收压缩式热泵。这种热泵以升温为目的, 故而又称热交换器。
2 吸收式热泵技术在石化企业低温余热回收利用中的工程应用
2. 1 石化企业低温余热改造条件
经调研该石化企业的循环水上下塔温度为25 /19℃ , 循环水流量10250t / h, 可用的驱动热源条件为压力为0. 8m Pa的蒸汽, 周边既有住宅小区的供暖供回水设计温度为60 /50℃
2. 2 节能技术方案
本方案改造的主要目的是通过吸收式热泵回收余热增加供热量, 从而可节省供热蒸汽, 热泵总供热量为蒸汽的热量与回收余热热量的总和, 供暖供、回水温度60 /50℃ 作为本方案热泵供、回水的设计温度, 将热网供回水接旁通管路, 供给溴化锂吸收式热泵。增设溴化锂吸收式热泵系统, 对循环水系统进行改造, 从循环水管路部分接旁通管路, 供给溴化锂吸收式热泵。由于该石化企业循环水量较大, 本方案受驱动蒸汽量的限制, 热泵回收利用了5302t/h的循环水热量。溴化锂吸收式热泵以0. 8MPa压力的蒸汽作为驱动热源, 提取冷凝汽余热, 将集中供热的一次网回水从50℃ 升温至60℃ 用于供暖, 本方案所用蒸汽量为80t/h。
2. 3 吸收式热泵主要技术参数
本方案选取热泵3 套, 单台热泵制热量30. 53m W, 热泵总供热量91. 6MW。
2. 4 吸收式热泵供热热平衡分析图
本项目采用的三套热泵总供热量91. 6MW, 回收循环水余热37MW。
2. 5 节能效益分析
本项目供暖用热泵, 总供热量91. 6MW, 回收利用循环水热量37MW, 全年供暖运行4 个月, 合计运行2880 小时, 供暖负荷系数按0.75 计, 每年可回收冷凝热量28. 8 万GJ。回收的余热相当于节约9817吨标准煤[6], 经济收益790 万元/年。热泵回收利用循环水热量37MW, 按热量折合成0. 8MPa蒸汽算, 相当于节省蒸汽54. 3t / h, 按商业蒸汽210 元/吨, 年经济收益54. 3 × 2880 × 0. 75 × 210 = 2463 万元/年; 按非商业用汽160 元/吨, 年经济收益54. 3 × 2880 × 0. 75 × 160 =1876. 6 万元/ 年。热泵总供热量91. 6MW, 按供热负荷50W / m2算, 可实现供热183. 274 万平方米, 回收利用循环水热量37MW, 回收的余热量可增加供热74 万平方米。按供暖24. 6 元/平米计, 回收的余热热量增加收益1820. 4 万元/年。
2. 6 环境影响分析
该项目改造完成后在取得显著的节能效益和经济效益的同时, 还具有良好的环境效益, 该项目每年可节约能源折合标准煤9817 吨。按照每吨标准煤燃烧后排放SO217. 87kg、烟尘炉灰等大气污染物15.39kg、工业废弃物19. 06kg、CO22. 6 吨计算, 该项目每年可减少SO2排放量175. 4 吨, 减少灰尘、炉灰、颗粒等大气污染物排放量151 吨, 减少工业废弃物排放量187. 1 吨, 每年可减少CO2排放量25524 吨。
2. 7 投资回收期分析
供暖用热泵供热量91. 6MW, 热泵设备投资估算2700 万元。按增加供热面积收益计算, 热泵设备静态投资回收期1. 5 年。
3 结论
通过对该企业的循环冷却水低温余热改造方案分析, 可以得到以下结论: ( 1) 在有适当供暖需求的情况下, 利用吸收式热泵技术回收生产装置循环冷却水余热进行供暖, 可以提高石化企业的能源利用率, 提高循环水利用效率。利用余热回收技术, 减少了供暖系统燃料消耗, 减少污染物排放, 符合国家节能减排政策要求。 ( 2) 根据经济效益分析, 此技改方案的投资回收期约1. 5 年, 通过技术改造, 可以提高企业的经济效益, 具有广阔的应用前景。 ( 3) 通过吸收式热泵技术回收低温余热, 可以提高热能利用效率, 更好的做到“高品味高用、低品味低用”的能源利用原则。 ( 4) 提供的利用吸收式热泵技术回收低温余热的方案, 可以为更多的石化企业低温余热利用提供参考。
参考文献
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