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1、三门峡开曼铝业利用吸收式热泵进行节能改造项目可行性研究开曼铝业项目部2010年7月目 录1 总论11.1 编制依据及原则11.1.1 编制依据11.1.2 编制原则11.2 研究目的及范围11.2.1 研究目的11.2.2 研究范围21.3 遵循的标准规范21.4 技术路线21.5 研究结论21.6 存在问题及建议22 项目概况及建设的必要性32.1 项目概况32.2 最初提案33 调查资料34 热泵方案64.1 热泵分类及工作原理64.1.1热泵的分类64.1.2热泵的工作原理74.2 总体规划84.3 工艺方案84.3.1 基本方案84.3.2 设备选型94.3.3 机房位置114.3.4
2、 主要工程量及投资估算124.4 配套系统134.4.1 供排水及消防134.4.2 供配电134.4.3 仪表自动化144.4.4 建筑与结构145 环境保护145.1 主要污染源145.2 污染控制146 劳动安全卫生146.1 职业危害分析146.2 职业危害防护147 组织机构和定员157.1 组织机构157.2 定员158 经济评价158.1 评价依据和方法158.1.1 评价依据158.1.2 评价方法158.1.3 评价指标158.2 基础数据158.3 经济效益评价159 结论及建议171 总论1.1 编制依据及原则1.1.1 编制依据1）开曼铝业氧化铝厂和热电厂提供的供热系统
3、现状及余热水资源状况的资料。2）同方川崎空调有限公司提供的初步方案。1.1.2 编制原则1）严格遵守国家、行业的有关政策、法规、标准、规范；2）贯彻“可持续发展”的指导思想，采用成熟、可靠的工艺技术，回收利用余热废热，节约能源；3）充分依托已建设施，简化流程，方便生产与管理，降低工程投资和能耗。1.2 研究目的及范围1.2.1 研究目的开曼铝业自备电厂除向氧化铝厂提供厂用电和蒸汽外，还负责三门峡市的供暖任务。氧化铝厂内设有大量工艺用冷却塔，上塔水温维持在4045，蕴含着大量的热能。目前这部分热量不仅不能利用，还需要耗费电能进行冷却，是一种能源的极大浪费。如果将这部分热能量回收利用，可创造很可观
4、的价值。吸收式热泵是根据逆卡诺循环原理，将低温热源（如地下水、废水等）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。该项技术已在城市采暖供热系统中广泛的应用。近几年来，该技术在我国国内各个领域建立了示范性项目，如承钢集团、鞍钢集团、首秦金属材料公司等企业均有吸收式热泵技术的应用实例，主要用于站内的采暖和夏季制冷，经过几个采暖期的运行，效果良好，取得了较好的经济效益和社会效益。目前，氧化铝厂共有四条生产线，仅每条线的蒸发工艺就需2000m3/h的循环水来进行冷却，上塔温度在4045左右，如果循环水温度按温降10计算，则厂内可回收的余热热量约为93MW。从热力条件分析，利用吸收式热泵机组
5、回收循环水中的热量用于供暖，可以节约大量的蒸汽，降低运行成本，对于企业节能降耗和可持续性发展有着深远的意义。同时本技术的采用无任何污染和废弃物产生，减少烟尘排放量，减少对环境的污染，达到积极明显的环保效益。采用这种供热设备的安全系数高，有利于安全生产和减轻劳动强度。1.2.2 研究范围本项目研究范围为开曼铝业自备电厂供热系统采用第一类吸收式热泵技术进行节能改造的可行性研究。主要是根据自备电厂供热现况及氧化铝厂余热现况，对项目建设的必要性、规模、工艺方案、公用工程等内容进行可行性论证，提出项目投资估算及经济效益分析评价。1.3 遵循的标准规范1）采暖通风与空气调节设计规范GB50019-2003
6、；2）锅炉房设计规范GB50041-2008；3）城市热力网设计规范CJJ342002；4）工业设备及管道绝热工程设计规范GB502641997；5）电力工程电缆设计规范GB50217-2007。6）建筑设计防火规范GB50016-2006；7）室外排水设计规范GB50014-2006；8）10kV及以下变电所设计规范GB50053-1994；9）供配电系统设计规范GB50052-1995；1.4 技术路线利用成熟可靠的热泵技术，在自备电厂设吸收式热泵机组及配套设施，用于回收氧化铝厂冷却循环水中的热量用于城市采暖、以替代部分首站汽水换热器，达到节能降耗的目的。1.5 研究结论该项目首先进行一期
7、建设，利用吸收式热泵技术回收四蒸发冷却循环水中的热量用于供暖，减少首站蒸汽耗量，属节能减排技改项目，不仅可取得较好的节能效果，而减少了循环水蒸发损失，具有显著的环境效益。根据增量费用计算结果，实施该项目节约费用合计为885104元/a，动态投资回收期为2.6年。从综合考虑，该节能改造工程可取得较好的经济效益和环境效益，建议尽快组织实施。1.6 存在问题及建议该项目实施后，吸收式热泵机组只可回收四蒸发冷却循环水中的余热，其他三条线蒸发工艺的冷却循环水余热还没有利用。本项目的节能效果需要经过一个供暖期运行考验后方可实施推广，如效果显著，可对其他三条线进行相似改造。2 项目概况及建设的必要性2.1
8、项目概况三门峡市位于河南省西部，河南、山西、陕西三省交界处，是伴随着黄河第一坝三门峡水利枢纽的建设而崛起的一座新兴城市。锦江集团是一家涉及铝业、发电行业的大型股份公司，在三门峡、宁夏等地建有铝厂，在杭州等地建有垃圾发电厂。开曼铝业为锦江集团有限公司旗下控股公司，位于河南省三门峡市陕县，分为两个分厂：氧化铝厂和自备电厂。氧化铝厂生产工艺中需要大量蒸汽，同时也会产生大量余热，需使用冷却循环水进行散热；自备电厂装有2台抽凝机组、1台高背机组和2台低背机组，今年计划新上一台锅炉（260t/h），为氧化铝厂提供蒸汽，冬季还负责为三门峡市部分地区供暖。近年自备电厂的供暖工作一直处于亏损的状态，因此企业急需
9、进行节能改造，以减少亏损，甚至扭亏为盈。2.2 最初提案同方川崎空调设备有限公司近年来致力于吸收式热泵机组的开发与生产。基于对开满铝业的初步调查，同方川崎提出了初步的技改提案。该提案为，使用两台25MW第一类吸收式热泵机组对自备电厂供暖系统进行改造。使用吸收式热泵机组将4000m3/h供暖回水中的一部分（1500m3/h）由60加热至85，回收利用的循环水流量为1800m3/h，温降10。该提案预计的投资为2290万元，预计的节能效益为885余万元/年。3 调查资料针对同方川崎的初步提案，技术人员对工厂现状进行了实地调查。技术人员首先对项目实施的合理性进行了调查。调查显示，冬季，自备电厂低压蒸
10、汽存在较大缺口。图3-1为自备电厂2011年蒸汽平衡图。除氧器40t/h图3-1 自备电厂蒸汽平衡图从蒸汽热平衡图中可以看出，低压母管中，1#、2#、4#、5#汽机抽（排）汽总量为60+20+104+201=385 t/h (0.6MPa、300)经喷水减温后，蒸汽总量为3851.23=473 t/h (0.6MPa、170)低压母管上冬季需求汽量(0.6MPa、170)为160+40+80+350=630 t/h蒸汽缺口为630-473=157 t/h因此蒸汽缺口存在，本项目有节能的空间，项目可行。表3-1为调查得到的厂区内各系统的参数。表3-1 调查得到的厂区内各系统的参数分项名称明细设计
11、思路确认热网部分热网水流量流量约4000m3/h，供暖期内稍有波动按4000m3/h设计供回水温度去年供水温度99104，回水温度5964按供回温度100/60设计供回水干管管径管径均为DN1200，埋地2.5m在回水干管上安装等径旁通管，在旁通管上进行分流，使用水泵平衡压差往年统计数据城市供暖数据统计表用于经济效益计算蒸汽部分蒸汽平衡图3-1用于考核项目可行性蒸汽来源用于供暖的低压蒸汽设计在首站减温器后、换热器前的蒸汽主管上接管蒸汽压力0.62MPa按进入热泵机组的压力为0.4MPa设计蒸汽温度200凝水压力0.62MPa凝水温度140凝水回水点回至高压除氧器将热泵机组凝水增压，接入首站内凝
12、水母管余热部分冷却塔总况全厂冷却塔分蒸发、分解、焙烧等工艺，分解工艺水量不稳定蒸发冷却塔形式设有热水池和冷水池余热水由热水池抽取，在热泵内放热后返回冷水池四蒸发循环泵参数冷却塔热水泵共2台，用1备1，额定流量2990m3/h,扬程32米可利用现有循环水泵四蒸发循环水流量冷却塔总流量1800m3/h按全部利用其余热量设计四蒸发供回水温度一月份上水温度30，下水温度45按最冷月温度参数设计一二蒸发循环泵参数冷却塔热水泵共3台，用2备1，额定流量2990m3/h,扬程32米可利用现有循环水泵一二蒸发循环水流量冷却塔总流量3800m3/h按全部利用其余热量设计一二蒸发供回水温度一月份上水温度34，下水
13、温度44按最冷月温度参数设计三蒸发参数与四蒸发相同突变每条线冬季有12次检修检修时停用热泵系统表3-2 城市供暖数据统计表时间供热量（GJ）出水温度（）回水温度（）补水量（t）凝结水量（t）2009年11月227419106688741884092009年12月47251810861108341741592010年1月50635710662127751898392010年2月4105061006011578142372010年3月215138.79558696871445第一供热周期831938.7（总）103（平均）61.8（平均）50896（总）665089（总）2010年11月208219.04210162114431013312010年12月44864210062149892018082011年1月50689210259218092528842011年2月43968310463192151872572011年3月19260299641165684583总计1796038（总）101.2（平均）62（平均）79021（总）827863（总）4 热泵方案4.1 热泵分类及工作原理4.1.1热泵的分类按热源获取来源的种类，热泵可分为：水源热泵，地源热泵，空气源热泵，双源热泵（水源热泵和空气源热泵结合）；按实现热量转移的方法，热泵可分为：压缩式热泵，吸收式热泵。
