磁懸浮式熱泵機組用于集中供熱的經濟性分析

閻蕭煒

(濟南熱力集團有限公司，山東 濟南 250000)

1 磁懸浮式熱泵機組

磁懸浮式壓縮機(結構見圖1)屬于離心式壓縮機，主要由進口導葉、永磁同步直流電機、磁懸浮軸承、電機與軸承控制器等部件組成，是磁懸浮式熱泵機組的核心。磁懸浮軸承利用磁場使轉子懸浮起來，在旋轉時不會產生摩擦，不再需要機械軸承以及配套潤滑系統(tǒng)。由于減少了機械摩擦造成的損耗，磁懸浮式熱泵機組能效比明顯高于配置傳統(tǒng)離心式壓縮機以及往復式、螺桿式壓縮機的熱泵機組[1-2]。

圖1 磁懸浮式壓縮機結構

2 工程概況

為解決濟南市歷東社區(qū)集中供暖問題，濟南熱力集團下屬山東睿冠電能有限公司于2018年對該社區(qū)實施了集中供暖改造，配套建設歷東社區(qū)熱力站(總供暖面積為2.8×104m2，于2018年12月27日投入運行)。熱力站工藝流程見圖2。一級管網設計供、回水溫度分別為95、70 ℃?？蓪崿F磁懸浮式熱泵機組供熱模式、傳統(tǒng)供熱模式。熱力站一二級管網進出口管均安裝溫度、壓力傳感器以及流量計。磁懸浮式熱泵機組蒸發(fā)器、冷凝器進出口管均安裝溫度傳感器、流量計，并單獨安裝電能表計量機組耗電量。自來水經軟水裝置軟化處理后，經補水泵為二級管網補水。

圖2 熱力站工藝流程1～8.閥門 9.管道泵

① 磁懸浮式熱泵機組供熱模式

閥門1、2、4、5、6開啟，調小閥門3、7、8開度，管道泵開啟。一級管網供水經板式換熱器放熱后部分經閥3回到一級管網，另一部分經閥5、管道泵、閥4進入磁懸浮式熱泵蒸發(fā)器放熱，最后經閥2回到一級管網。二級管網回水部分經閥8與一級管網供水在板式換熱器中進行換熱升溫，另一部分經閥1在磁懸浮式熱泵機組冷凝器中升溫。經過加熱的兩部分二級管網回水分別經閥7、閥6混合后向用戶提供熱水，在用戶端放熱后回到熱力站繼續(xù)升溫。為控制磁懸浮式熱泵機組蒸發(fā)器的進水溫度，通過一級管網電動調節(jié)閥對經過板式換熱器的一級管網流量進行調控。

② 傳統(tǒng)供熱模式

作為磁懸浮式熱泵機組故障工況下的應急供熱模式，傳統(tǒng)供熱模式閥門3、7、8開啟，其他閥門關閉，管道泵關閉。一級管網供水經板式換熱器一級側放熱降溫后回到一級管網。二級管網回水經板式換熱器二級側吸熱升溫后向用戶提供熱水，在用戶端放熱后回到熱力站繼續(xù)升溫。

3 技術經濟性分析

對熱力站2018年12月27日—2019年3月15日的監(jiān)測數據進行分析。2018年12月27日—2019年3月15日一級管網日平均供回水溫度見圖3。由圖3可知，與僅采用板式換熱器換熱的傳統(tǒng)供熱模式相比，采取磁懸浮式熱泵機組供熱模式可有效降低一級管網回水溫度。2018年12月27日—2019年3月15日一級管網日平均回水溫度的平均值為24.9 ℃。2018年12月27日—2019年3月15日磁懸浮式熱泵機組日平均制熱性能系數見圖4。由圖4可知，2018年12月27日—2019年3月15日磁懸浮式熱泵機組的日平均制熱性能系數比較高，且制熱季節(jié)能效比達到了8.93。

圖3 2018年12月27日—2019年3月15日一級管網日平均供回水溫度

圖4 2018年12月27日—2019年3月15日磁懸浮式熱泵機組日平均制熱性能系數

根據磁懸浮式熱泵機組冷凝器的進出水溫度、質量流量，可計算得到日平均制熱功率，進而計算得到2018年12月27日—2019年3月15日磁懸浮式熱泵機組制熱量為4 957.33 GJ。螺桿式熱泵機組、磁懸浮式熱泵機組制熱季節(jié)能效比分別取5.10、8.93，可計算得到2018年12月27日—2019年3月15日兩種熱泵機組的耗電量分別為27.00×104、15.42×104kW·h。

為計算供暖期(2018年11月15日—2019年3月15日)熱泵機組耗電量，將2018年11月15日—12月26日室外溫度與2019年2月2日—3月15日視為對稱，由此可計算得到螺桿式熱泵機組、磁懸浮式熱泵機組供暖期耗電量分別為39.36×104、22.48×104kW·h。電價按0.9元/(kW·h)計算，磁懸浮式熱泵機組供暖期可節(jié)省電費15.19×104元。

螺桿式熱泵機組、磁懸浮式熱泵機組的購置費分別為65×104、120×104元，磁懸浮式熱泵機組多出的55×104元購置費可在3.62 a收回。

4 結論

介紹磁懸浮式熱泵機組關鍵設備——磁懸浮式壓縮機結構。結合工程實例，對采用磁懸浮式熱泵機組(將板式換熱器一級側出口的一級管網回水作為低溫熱源)熱力站的一級管網供回水溫度、磁懸浮式熱泵機組制熱性能系數進行實測分析。比較螺桿式熱泵機組、磁懸浮式熱泵機組的經濟性。

① 與僅采用板式換熱器換熱的傳統(tǒng)供熱模式相比，采取磁懸浮式熱泵機組供熱模式可有效降低一級管網回水溫度。

② 磁懸浮式熱泵機組的日平均制熱性能系數比較高，制熱季節(jié)能效比可達到8.93。

③ 螺桿式熱泵機組、磁懸浮式熱泵機組供暖期耗電量分別為39.36×104、22.48×104kW·h。電價按0.9 元/(kW·h)計算，磁懸浮式熱泵機組供暖期可節(jié)省電費15.19×104元。螺桿式熱泵機組、磁懸浮式熱泵機組的購置費分別為65×104、120×104元，磁懸浮式熱泵機組多出的55×104元的購置費可在3.62 a收回。