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西北地区

西安首个污水源热泵集中供暖项目

地大热能热泵系统西安区域处于渭河盆地东部, 具有较好的地热地质条件, 新生界埋藏厚度约为7000m。受区域构造影响, 西安区域地热流体是以热辐射传导为主的单相流体, 属于中低温地热区, 地面出口温度在40~65℃左右。西安地区平均大地地热流值 (7.88×10-2w/m2) 高于全球的平均大地热流值 (6.11×10-2w/m2) 。通过对西安市地热观察井数据分析得出, 在地下1000m处地层温度一般为52℃左右, 在地下2000m处地层温度一般为83℃左右;区域地温梯度随着深度增加而增加, 在2000m以内地温度梯度是2.8~3.5℃/100m, 在2000m以外时, 地温梯度可达3.5~8.6℃/100m。据推测, 在西安其周围1300km2范围内, 埋深在1000~3000m间的可采热水达9.23×108m3, 可采热量1.737×1019J (等同于5.928×108t标准煤) 。


西安区域的地热井目前主要分布于西安城郊区、咸阳, 少量散步在西安市区、临潼区。目前西安市区年热水开采量已超过300×104m3。地热井的开采层位深度多在1200~4000m之间, 开发层位在800~1500m (第二热储层) 、1250~2500m (第三热储层) 和1900~2850m (第四热储层) 等三个层位的热水, 其中开采量最大的在水量丰富、水温较高的第三热储层中的热水。西安城区开采最深的地热井在3000~4000m。热水井的水温多在52~113℃。

 

西安大兴新区三民村,通过污水处理厂的排放水(再生水),为该地区200万平方米建筑供热西安大兴新区三民村再生水源热泵集中供热(冷)项目于2016年全面建成,截止2020-2021年供热季,实际供热面积160万平方米。再生水源热泵集中供热(冷)项目实现了热源稳定,供热效果良好,居民使用满意度高。


西安首个污水源热泵集中供暖项目-热泵系统-地大热能


项目方案

(一)污水源引退水工艺流程

污水源引退水方案为:取水口→引流水井→蓄水稳流池→过滤器→水源侧直流泵→污水换热器→出流水井→退水口。


工程实施中存在254米的过路顶管施工,顶管机采用适用于各种软土地质的泥水平衡式顶管机顶进施工。


根据污水流量波动值确定蓄水稳流池的容积;根据再生水水质特点对引退水管路进行水力计算,确定管道的口径尺寸。


对于该工程,污水源热泵系统采用间接连接方式,污水在污水换热器处换完热量后直接排走,热泵主机采用普通的热泵机组。现接入末端均为地板辐射供暖末端,选择热源的供回水温度为45/40℃。另外,根据项目建筑空间分布、冷热负荷特点、热泵主机市场上最大容量等条件,最终确定采用一级分散式系统形式,即集中建设一套提升泵站及蓄水稳流池,在各个用热小区分别建设多个热泵机房,污水侧输配水管网为一套系统,热泵机房内其它设备各自承担各片区内的负荷。


西安首个污水源热泵集中供暖项目-热泵系统-地大热能

 

效益分析


(一)经济效益

(1)项目投资:项目投资费用总和为1.90亿元,总的投资费用指标为95.10元/㎡。

(2)投资增量回收:采用污水源热泵系统供暖,较传统方式的投资增量的静态回收年限为4.59年。

(3)财务评价:项目投资财务内部收益率(税后)为8.64%,财务净现值(ic=8%)800.02万元,总投资收益率为9.76%。


(二)环保效益

本项目采用的是国家极力倡导的节能减排技术,项目达产后,相比较传统的采暖系统可以年节约标煤8300余吨,减少二氧化碳排放20700余吨,二氧化硫排放120余吨,氮氧化合物120余吨,烟尘约80吨。

该项目的实施,对西安市的“治污减霾、保卫蓝天”意义重大,可助力中国碳达峰、碳中和”目标实现。

 

(三)社会效益

本项目是目前全球在运营的单体规模最大的再生水(污水)源热泵集中供暖项目,具有极大的示范意义。


地大热能热泵系统工程师认为:实现碳达峰、碳中和目标,对可再生能源充分利用是一个重点,包括一些新能源的利用,以及污水源、河水源的利用,这样才有可能在局部地区实现低碳甚至是零碳引领。再生水集中供能等低碳技术的发展具有积极的示范意义。