水源熱泵系統(tǒng)在工業(yè)余熱回收中的應(yīng)用

文_ 胡茂輝 泰安高新區(qū)神華環(huán)保節(jié)能有限公司 侯淑娟 泰安市經(jīng)濟(jì)和信息委員會(huì)

水源熱泵具有高效節(jié)能、屬可再生能源利用技術(shù)、節(jié)水省地、環(huán)保效益顯著、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。水源熱泵技術(shù)近幾年應(yīng)用較為廣泛，本文結(jié)合水源熱泵在某玻纖企業(yè)的應(yīng)用，分析水源熱泵技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)濟(jì)性、可靠性、節(jié)能性及注意事項(xiàng)。

1 項(xiàng)目概述

某玻纖企業(yè)有職工浴室三個(gè)，浴室每天開(kāi)放時(shí)間為：8：00- 9：00、16：00-17：30、24：00-1：00，目前共有86個(gè)淋浴器，使用蒸汽加熱。同時(shí)廠區(qū)內(nèi)有制氧站冷卻循環(huán)水，該余熱水冬季溫度為26℃，夏季溫度為35℃，流量為1200m3/h。

根據(jù)以上條件，可利用水源熱泵技術(shù)，通過(guò)提取制氧站冷卻循環(huán)水的余熱，為企業(yè)浴室提供45℃的洗浴熱水。

2 水源熱泵機(jī)組選型及熱負(fù)荷計(jì)算

企業(yè)浴室淋浴器86個(gè)及預(yù)留淋浴器20個(gè)（考慮浴室擴(kuò)建）加起來(lái)共106個(gè)。根據(jù)《建筑給排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》，每個(gè)淋浴器的最大小時(shí)用水量為540l/h，則，106個(gè)淋浴器的最大小時(shí)用水量為57.24m3/h。

同時(shí)，根據(jù)每天三個(gè)使用時(shí)間段中16：00-17：30的連續(xù)使用時(shí)間最長(zhǎng)，為1.5h，該時(shí)間段的用水量為1.5h×57.24m3/h=85.86m3。

由于每個(gè)用水時(shí)段間隔時(shí)間為7h，考慮設(shè)備檢修等問(wèn)題，時(shí)間間隔按5h計(jì)算，則每小時(shí)需要加熱的熱水量為85.86m3÷5h=17.172m3/h。

設(shè)定自來(lái)水初始溫度為5℃，17.172m3/h的自來(lái)水首先經(jīng)過(guò)一個(gè)板式換熱器，使自來(lái)水與制氧站余熱水進(jìn)行熱交換，自來(lái)水溫度由5℃加熱到15℃，板換面積約為10m2。

15℃的自來(lái)水補(bǔ)到熱水儲(chǔ)箱中，再由水源熱泵進(jìn)行加熱到45℃，則水源熱泵的負(fù)荷為：17.172×(45－15)×1.163=599kW。

因此，滿足企業(yè)浴室和預(yù)留淋浴器洗浴熱水的用水量，需選用SM-300WK型水源熱泵機(jī)組3臺(tái)，總制熱功率660kW，輸入功率116.1kW。

同時(shí)，設(shè)計(jì)4個(gè)22.5m3的圓形熱水儲(chǔ)水箱，儲(chǔ)存熱泵機(jī)組制取的洗浴熱水，以便在洗浴時(shí)段，用水箱中的水來(lái)滿足洗浴要求。

企業(yè)制氧站工業(yè)冷卻水每小時(shí)可提供的水量為1200m3/h。經(jīng)分析，本方案考慮制取洗浴熱水時(shí)，水源熱泵需要利用的工業(yè)冷卻水的量為168m3/h，溫降5℃。并且系統(tǒng)采用與冷卻塔并聯(lián)方式，即保證了制氧站冷卻水的水溫與流量的穩(wěn)定，又能買足水源熱泵需求。

圖1 系統(tǒng)工藝流程圖

表1 水源熱泵與其他熱源費(fèi)用比較

3 系統(tǒng)工藝流程

項(xiàng)目為改造工程，需在對(duì)原有系統(tǒng)影響最小的情況下進(jìn)行改造。熱泵系統(tǒng)與原有冷卻水系統(tǒng)采用并聯(lián)方式，保證了水源熱泵系統(tǒng)進(jìn)水溫度，并且實(shí)現(xiàn)了與冷卻塔同樣的溫降，確保了原有工藝的穩(wěn)定性。系統(tǒng)流程見(jiàn)圖1。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1 水源熱泵制取熱水運(yùn)行費(fèi)用

對(duì)于全年制取洗浴用生活熱水系統(tǒng)，其運(yùn)行費(fèi)用如下：

熱水系統(tǒng)運(yùn)行1小時(shí)消耗電量：(116.1＋7.5＋5.5)×1=129.1kWh；

熱水系統(tǒng)運(yùn)行1小時(shí)電費(fèi)價(jià)格：129.1 kWh×0.67元/ kWh=86.497元；

熱水系統(tǒng)運(yùn)行1小時(shí)制取的熱水量：660×0.86÷(45-15)×1=18.92m3；

全年制取1t熱水的費(fèi)用為：86.497÷18.92=4.57元/m3。

上述計(jì)算中，電費(fèi)按照0.67元/kWh計(jì)算，按照將自來(lái)水由15℃加熱到45℃所計(jì)算的熱水費(fèi)用（自來(lái)水5℃，利用換熱器提升到15℃）。此外，水源熱泵輸入功率116.1kW，循環(huán)水泵5.5 kW，供水泵7.5 kW。

4.2 費(fèi)用比較

從表1可以看出，與蒸汽系統(tǒng)比較使用水源熱泵系統(tǒng)每年節(jié)約費(fèi)用：

（11-4.57）元/m3×57.24 m3×3.5h×365天=47萬(wàn)元/a。

5 結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)均取熱負(fù)荷最大值，并且洗浴熱水的溫度考慮到管道溫降按45℃設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，將水箱溫度設(shè)定在39℃即能滿足使用要求，實(shí)際耗電量比理論值小，實(shí)際節(jié)能效果較好。

系統(tǒng)采用全自動(dòng)控制，并在企業(yè)成功運(yùn)行，運(yùn)行情況良好，完全滿足職工洗浴要求。水源熱泵系統(tǒng)在滿足使用功能的同時(shí)具有良好經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，在國(guó)家經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型強(qiáng)調(diào)節(jié)能減排的前提下，具有很好的推廣和借鑒意義。