熱泵技術(shù)在船廠的研究與應(yīng)用

摘 要：分析了船廠的用能特點，結(jié)合企業(yè)技改實踐的成功案例，就熱泵技術(shù)解決生活用熱和空調(diào)及有效利用空壓機(jī)冷卻水的余熱和海水，從節(jié)能減排提高經(jīng)濟(jì)效益的角度進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞：熱泵技術(shù) 船廠 采暖 空調(diào) 節(jié)能減排 效果 分析

中圖分類號：TU831 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）04（a）-00-01

在能源日益緊張，環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，熱泵技術(shù)作為清潔能源的應(yīng)用正是社會發(fā)展的方向。熱泵作為提供熱量的主要設(shè)備之一，以其對環(huán)境友善及節(jié)約能源等特點，在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。熱泵技術(shù)是利用空氣、地?zé)豳Y源（地下水、土壤、地表水、海水等）或工業(yè)廢水等進(jìn)行供熱的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。熱泵有兩種功能：制熱和制冷。用于制熱時，熱泵是將環(huán)境溫度作為低溫?zé)嵩矗瑢⒈徽{(diào)節(jié)對象作為高溫?zé)嵩?；用于制冷時則是將環(huán)境溫度作為高溫?zé)嵩矗瑢⒈徽{(diào)節(jié)對象作為低溫?zé)嵩?。熱泵借助壓縮機(jī)系統(tǒng)，消耗少量電能，將存于環(huán)境中的低品位熱能“取”出來，得到高品位的熱能，也就是實現(xiàn)低溫位能源向高溫位能源轉(zhuǎn)移；同時利用海水溫度和空氣溫度差，夏季制冷，冬季制熱，其制冷系數(shù)達(dá)6以上、制熱系數(shù)可達(dá)4以上。電能在其中只起到“搬運(yùn)”的作用，其運(yùn)行費(fèi)用也比較低。比電鍋爐加熱節(jié)省2/3以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省50%以上的能量。傳統(tǒng)的制熱供暖主要依靠煤來提供，產(chǎn)生了大量的危害氣體，由此而形成的環(huán)境壓力是巨大的。以供熱為例，我國年二氧化碳和二氧化硫的排放量分別為4億 t和400萬 t。如果在供熱能源效率方面沒有大幅改善的話，供熱用煤量和有關(guān)的排放量到2020年將增加一倍。2002年青島北船重工海西灣造修船基地修船區(qū)建設(shè)時，鍋爐房原設(shè)計熱負(fù)荷12 t/h，一期安裝2臺4 t/h鍋爐，預(yù)留一臺鍋爐位置，隨著生產(chǎn)能力的不斷增加，供熱能力冬季明顯不足，為解決供熱能力不足，可以增加鍋爐或采用熱泵這一新技術(shù)，我們對兩種方案進(jìn)行了比較。

（1）增加一臺鍋爐：預(yù)計投資147萬，雖然供熱能力提高，但運(yùn)行成本高，能耗增加，冬季還需要增加人員，非采暖期設(shè)備利用率低。

（2）采用熱泵：需要投資171萬，運(yùn)行成本低，節(jié)能降耗，非采暖期可全部停止鍋爐使用。經(jīng)從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)保等角度比較決定采用熱泵技術(shù)，利用空壓機(jī)循環(huán)水中熱量來解決一部分用熱負(fù)荷。

我公司熱泵的應(yīng)用是以修船區(qū)1#空壓站循環(huán)水作為低溫?zé)嵩?，以生活熱水為高溫?zé)嵩?，用熱泵機(jī)組把循環(huán)水中的低溫?zé)崃咳〕黾訜嶙詠硭怪_(dá)到生活用熱水的溫度60 ℃。修船區(qū)1#空壓站現(xiàn)有6臺離心式空壓機(jī)，冷卻水循環(huán)量為400～600 m3/h，循環(huán)水溫度（從空壓機(jī)出來的水）冬季為22 ℃，夏季最高為38 ℃，循環(huán)水的溫差在8～12 ℃之間，其中蘊(yùn)含的熱量為4.2 mW左右。目前，循環(huán)水的降溫采用冷卻塔進(jìn)行降溫冷卻，冷卻塔本身有8臺風(fēng)機(jī)，每臺3 kW，日平均耗電300度，日平均耗水量20 t，為了解決余熱綜合利用，節(jié)能降耗降低成本，采用空壓機(jī)的冷卻水余熱作為低溫?zé)嵩?，以熱泵的方式制取生活用水。?006年10月16日熱泵開始投入運(yùn)行至今實際運(yùn)行以來，平均每天運(yùn)行費(fèi)用1279元，預(yù)計年消耗46.68萬，較水煤漿鍋爐年節(jié)約標(biāo)煤630 t，節(jié)約費(fèi)用可達(dá)70萬。而此次熱泵機(jī)組的投資費(fèi)用為171萬，三年即可收回投資。熱泵技術(shù)成功地應(yīng)用于空壓機(jī)冷卻水余熱回收，尚屬新生事物，把冷卻水作為低溫?zé)嵩?，以熱泵方式制取生活用水，該技術(shù)可以應(yīng)用于產(chǎn)生低溫余熱的系統(tǒng)，是一項值得推廣的節(jié)能環(huán)保項目。采用熱泵技術(shù)，為余熱綜合利用，解決制冷、制熱（采暖、空調(diào)、生活熱水）開辟了一條新的冷、熱源。同時，空壓機(jī)冷卻水余熱得到了有效利用，改善了空壓機(jī)的運(yùn)行工況，降低了冷卻塔的電耗、水耗。熱泵技術(shù)在制熱、制冷方面節(jié)能減排效果顯著，青島北船重工現(xiàn)采用以空壓機(jī)循環(huán)冷卻水的余熱，為低溫?zé)嵩吹臒岜孟到y(tǒng)全年制取生活熱水同時冬季采暖；以海水為低溫?zé)嵩吹臒岜孟到y(tǒng)夏季制冷冬季采暖備用。其中，制取生活熱水的熱泵系統(tǒng)共有兩套，每套系統(tǒng)可每天提供55 ℃的生活熱水300 t。采暖制冷空調(diào)系統(tǒng)一套，為29000 m2的建筑提供冬季采暖、夏季制冷，采暖負(fù)荷為2320 kW（平均80 W/m2），制冷負(fù)荷為2030 kW（平均70 W/m2）。其節(jié)能情況如下。

熱水熱泵系統(tǒng)。以空壓機(jī)循環(huán)冷卻水為低溫?zé)嵩?，通過熱泵系統(tǒng)來制取55 ℃的生活熱水，每套系統(tǒng)每天能制熱水300 t。修船區(qū)經(jīng)22個月測試平均每天實際制熱水201 t；造船東區(qū)預(yù)計平均每天200 t，兩套系統(tǒng)共400 t。冬季自來水溫度按8 ℃計算，夏季按22 ℃計算，平均15 ℃。則每套系統(tǒng)一年四季需要消耗的熱量為：

200×103×（55-15）×360=2.88×109大卡

需要消耗標(biāo)準(zhǔn)煤：

2.88×109/7000/0.7=587755 kg=588 t

實際消耗電力折標(biāo)煤：856080度×10-4×1.229=105 t

實際節(jié)約標(biāo)煤：588-105=483 t

注：（1）標(biāo)準(zhǔn)煤的燃燒值按7000大卡/公斤；

（2）一年按360 d計。

（3）電力折標(biāo)系數(shù)（萬千瓦時）：1.229

（4）綜合熱量轉(zhuǎn)換系數(shù)：0.7

兩套熱水熱泵系統(tǒng)一年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤966 t。

采暖制冷空調(diào)系統(tǒng)：

冬季以空壓機(jī)循環(huán)冷卻水余熱為低溫?zé)嵩?、夏季以海水為低溫?zé)嵩吹臒岜孟到y(tǒng)來進(jìn)行冬季采暖、夏季制冷，冬季采暖負(fù)荷為2320 kW（平均80 W/m2），制冷負(fù)荷為2030 kW（平均70 W/m2），則一個冬季需要消耗的熱量為：

（2320-357）×860×120×24×0.6=2.92×109大卡

需要消耗標(biāo)準(zhǔn)煤：

2.92×109/7000/0.7=595 t

注：（1）標(biāo)準(zhǔn)煤的燃燒值按7000大

卡/公斤；

（2）一個采暖期按120 d計，每天按24 h計；

（3）季節(jié)調(diào)節(jié)系數(shù)按0.6計。

（4）折算系數(shù)1kW=860 kcal/h

（5）裝機(jī)容量（冬季）357 kW

（6）綜合熱量轉(zhuǎn)換系數(shù)：0.7

一個夏季需要的冷量為：

（2030-252）×860×120×13.5×0.6=1.49×109大卡

折標(biāo)煤：1.49×109/7000=212 t

注：（1）一個制冷期按120 d計，每天按13.5（6：30～20：00）小時計；

（2）季節(jié)調(diào)節(jié)系數(shù)按0.6計。

（3）電力折標(biāo)系數(shù)（萬千瓦時）：1.229

（4）夏季裝機(jī)容量：252 tkW

全年綜合節(jié)標(biāo)煤：

966+595+212=1773 t

目前，青島海西灣造修船基地內(nèi)的11萬 m2的辦公生活設(shè)施將全部采用熱泵技術(shù)，冬季用空壓站的余熱為低溫?zé)嵩床膳?；夏季用海水為低溫?zé)嵩粗评淇照{(diào)，全年保證生活熱水供應(yīng)，使近4平方 km2海西灣造修船基地真正成為綠色造船產(chǎn)業(yè)基地。

參考文獻(xiàn)

[1]供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范[GB50019-2003][S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.