張校千(大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠)
目前國內(nèi)外水源熱泵技術(shù)發(fā)展已較為成熟,在功率上多分為低溫機(jī)組和高溫機(jī)組,在結(jié)構(gòu)上分為渦輪壓縮機(jī)和單頭、雙頭雙螺桿壓縮機(jī)。
常見的壓縮式熱泵機(jī)組主要由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器組成,基本工作原理可分為四個(gè)階段:蒸發(fā)吸熱階段(從膨脹閥出來的低溫液體制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器,與低溫?zé)嵩催M(jìn)行熱交換,制冷劑溫度升高變?yōu)闅怏w)、壓縮升溫階段(制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)變?yōu)楦邷馗邏簹怏w)、冷凝放熱階段(高溫高壓制冷劑氣體進(jìn)入冷凝器后,與所需供熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換,溫度降低變?yōu)橐簯B(tài))、膨脹降溫階段(液態(tài)制冷劑繼續(xù)循環(huán)到膨脹閥,節(jié)流降溫變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊簯B(tài)制冷劑,輸送至蒸發(fā)器繼續(xù)循環(huán))。在循環(huán)過程中制冷劑將低品位熱能與輸入電能之和轉(zhuǎn)換給換熱介質(zhì),降低了電能損耗,達(dá)到節(jié)能目的[1]。熱泵流程示意圖見圖1。
1)原冷卻塔冷卻效果差。多數(shù)站所采用以清水“量”換冷卻效果的方法對(duì)注水電動(dòng)機(jī)降溫。以1座冷卻水罐(60m3)為例,4—10月冷卻水損耗量約為1.0m3/h,將升溫的清水直接外排1/2后,以等量清水補(bǔ)充,造成清水大量浪費(fèi)(年冷卻清水用量 0.5×104m3)。
2)原加熱爐采暖爐效低,熱效率差。多數(shù)站用采暖鍋爐額定功率均大于實(shí)際熱負(fù)荷,老式散熱片對(duì)局部空間升溫效果差。以1臺(tái)真空相變爐(功率0.7MW)為例,采暖熱負(fù)荷為600kW,運(yùn)行半年耗氣量約14×104m3。
1)水源熱泵優(yōu)勢(shì)在于:使用電能,沒有燃燒過程,對(duì)周圍環(huán)境無污染;不用冷卻塔,沒有外掛機(jī),不直接向大氣排熱,沒有熱島效應(yīng);無須抽取地下水;冬季供暖,夏季制冷;全電腦控制,性能穩(wěn)定。
2)余熱提取。以北二東某注水聯(lián)合站為例,回注水溫度:冬季31℃,夏季35℃;溫度變化范圍:30~37℃。水量約為410m3/h。提溫后對(duì)繼續(xù)注水無影響,來水量和溫度均滿足水源熱泵應(yīng)用條件[2]。
1)實(shí)現(xiàn)冬季采暖。熱泵內(nèi)冷媒R22由于其沸點(diǎn)為-17℃,在蒸發(fā)器內(nèi)R22從清水中吸取大量熱量,沸騰氣化。氣化后的R22經(jīng)壓縮機(jī)壓縮,進(jìn)入冷凝器后釋放大量熱能,將采暖循環(huán)水加熱至60℃,經(jīng)采暖泵升壓送至采暖終端。設(shè)備運(yùn)行后可保證冬季供暖,可停運(yùn)采暖鍋爐,達(dá)到節(jié)能減排目的。
2)實(shí)現(xiàn)夏季空調(diào)。采暖循環(huán)水經(jīng)蒸發(fā)器內(nèi)的R22吸熱后,水溫下降至7℃。經(jīng)原采暖管線循環(huán)至室內(nèi),并由采暖末端風(fēng)機(jī)吹送冷風(fēng),實(shí)現(xiàn)空調(diào)制冷,且夏季可用于注水站注水泵冷卻水的降溫,使降溫效果更穩(wěn)定可靠。
圖1 水源熱泵流程示意圖
圖2 北二四注水站熱泵擬安裝流程示意圖
3)實(shí)現(xiàn)生活熱水。冬季熱泵將采暖循環(huán)水加熱至60℃,經(jīng)采暖循環(huán)泵升壓送至隊(duì)部采暖末端,采暖循環(huán)水經(jīng)板式換熱器將生活用水進(jìn)行加熱,通過保溫水箱保存,由變頻泵送至用水末端。夏季蒸發(fā)器內(nèi)的R22吸收采暖循環(huán)水的熱量后沸騰氣化,經(jīng)壓縮機(jī)壓縮進(jìn)入冷凝器,釋放大量熱能將生活用水加熱,通過保溫水箱保存,由變頻泵送至用水末端[3]。
4)技術(shù)要求。采用板式和殼管換熱器將注入水和熱泵隔離,以免長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后含油回注水將熱泵機(jī)組內(nèi)換熱器腐蝕。注水泵電動(dòng)機(jī)冷卻水通過原有冷卻水管線加裝n型接管,利用原有冷卻泵安裝相應(yīng)閥門,熱泵機(jī)組根據(jù)具體使用情況選擇開啟機(jī)組,為注水泵機(jī)組降溫。室內(nèi)終端采用風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng),利用原有采暖循環(huán)管線及循環(huán)泵,預(yù)計(jì)夏季室內(nèi)溫度可達(dá)24℃,冷卻水溫度為25~27℃,冬季各房間20~25℃,預(yù)計(jì)可達(dá)到使用要求。北二四注水站熱泵擬安裝流程示意圖見圖2。
1)水源熱泵設(shè)備一次性投入59萬元,機(jī)組年耗電約20×104kWh,年投入資金12.76萬元。
2)原系統(tǒng)年耗氣約28.6×104m3,耗清水量約0.5×104m3,設(shè)備維護(hù)費(fèi)用0.5萬元/a,年投入資金29.16萬元。
3)應(yīng)用水源熱泵設(shè)備后,預(yù)計(jì)經(jīng)濟(jì)效益16.4萬元/a(按清水6.85元/m3、自耗氣0.9元/m3、0.638元/kWh計(jì)算),投資回收期為3.59年。
1)水源熱泵代替原有運(yùn)行設(shè)備,在注水電動(dòng)機(jī)冷卻和冬季采暖方面,生產(chǎn)運(yùn)行完全可行。水源熱泵系統(tǒng)穩(wěn)定性好、操作管理方便、可有效減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,同時(shí)具有良好的環(huán)保效應(yīng)。
2)水源熱泵代替原有運(yùn)行設(shè)備經(jīng)濟(jì)效益好,投資回收期(3.59年)短。水源熱泵免修期為5年,對(duì)原有設(shè)備完全改造,年節(jié)約16.4萬元。
3)水源熱泵使用工業(yè)用電,環(huán)保。它采用高效環(huán)保高溫低壓制冷劑,高效節(jié)能,可取代燃?xì)獾雀吆哪茉O(shè)備[4]。
[1]付紅雷.熱泵技術(shù)節(jié)能測(cè)試方法的研究[J].石油石化節(jié)能2013,3(9):5-7.
[2]施敏琪,賈晶,阮力丁.大型冷水機(jī)組在地源/污水源熱泵系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].制冷與空調(diào),2008,8(增刊 6):8-11.
[3]王芳,范曉偉,周光輝.我國水源熱泵研究現(xiàn)狀[J].流體機(jī)械,2003,31(4):57-59.
[4]王瑞祥,趙彬彬,黃新偉.熱泵應(yīng)用及熱泵技術(shù)分析[J].家電科技,2003(6):67-70.