某鋼鐵廠供水中心水源熱泵技術(shù)應(yīng)用

摘 要

摘要：某鋼鐵廠為供水中心建筑擬建冷熱源，結(jié)合該廠擁有溫度較高的再生水、地下水的條件，最終采用水源熱泵。冬季采用溫度較高的再生水作為熱源，夏季采用溫度較低的地下水作為冷源
摘要：某鋼鐵廠為供水中心建筑擬建冷熱源，結(jié)合該廠擁有溫度較高的再生水、地下水的條件，最終采用水源熱泵。冬季采用溫度較高的再生水作為熱源，夏季采用溫度較低的地下水作為冷源，經(jīng)濟性、環(huán)保性較好。
關(guān)鍵詞：水源熱泵；供水中心；冷熱源；應(yīng)用
Application of Water-source Heat Pump Technology to Water Supply Center of an Iron and Steel Plant
SUN Wen-he
Abstract：The cold and heat sources will be built in water supply center building of an iron and steel plant. The water-source heat pump technology is selected，because this plant has high-temperature reclaimed water and underground water. The high-temperature reclaimed water is used as heat source in winter，and the low-temperature underground water is used as cold source in summer，with good economic and environmental efficiencies.
Key words：water-source heat pump；water supply center；cold and heat sources；application
1 項目簡介
    河北省張家口宣化地區(qū)某鋼鐵廠新建供水中心，該供水中心遠(yuǎn)離廠區(qū)，供水設(shè)計能力為5000t/h。供水中心有2座1×104m3蓄水池，水源主要為再生水，再生水進(jìn)入蓄水池經(jīng)泵送往廠區(qū)，不足部分由地下水向蓄水池補充。供水中心需夏季供冷、冬季供熱，供冷面積為3000m2，供熱面積為9500m2。供冷指標(biāo)取100W/m2，供熱指標(biāo)取60W/m2。
2 方案可行性分析
2.1 備選方案
    ① 方案1，新建燃煤供熱鍋爐房+單體式空調(diào)，造價約50×104元，用于建造供熱鍋爐房，購置鍋爐、空調(diào)及設(shè)備安裝。管理人員數(shù)量為5人，人員工資為2000元(人·月)。
   ② 方案2，新建燃?xì)夤徨仩t房+單體式空調(diào)，造價約50×104元，用于建造供熱鍋爐房，購置鍋爐、空調(diào)及設(shè)備安裝。管理人員數(shù)量為5人，人員工資為2000元/(人·月)。
    ③ 方案3，采用主廠區(qū)熱水供熱系統(tǒng)+單體式空調(diào)，造價約200×104元，用于修建一條DN 150mm供熱管道(長約2km)及購置空調(diào)及設(shè)備安裝。無人工費，不需另建供熱鍋爐房。
    ④ 方案4，采用水源熱泵，造價約100×104元，用于購置熱泵機組和設(shè)備安裝。無人工費，不需另建設(shè)備間，可直接安裝在其他廠房內(nèi)。
2.2 可行性分析
    4種方案中，方案1造價較低，但不符合環(huán)保要求。方案2的造價與方案1相同，但燃?xì)夤?yīng)有一定困難，不能保證正常供熱。方案3雖可行，但造價最高，需要從廠區(qū)修建一條DN 150mm供熱管道至供水中心，并穿越鐵路、公路，施工難度高。方案4雖然造價較高，但該方案環(huán)保性較優(yōu)。
    水源熱泵通過輸入少量電能，把不能直接利用的低位能量轉(zhuǎn)化成可利用的高位能量，實現(xiàn)節(jié)能。由于水源熱泵需要合適的水源，因此在應(yīng)用上受到一定限制，造價及節(jié)能程度也有所不同。一般情況下，若允許抽取地下水，則采用打井的辦法取水及回灌，有江河湖水的地方采用水源熱泵也是不錯的選擇。但有時某些場所不具備水源條件，或由于冬季水溫較低，影響熱泵運行。供水中心采用水源熱泵恰好克服了以上不足：①有供廠區(qū)的再生水和補充水(地下水)，可直接從中取用一部分，不需打井取水。②熱泵出水直接排入供水中心的蓄水池，不用打井回灌。③再生水溫在20℃以上，冬季用于熱泵供熱；當(dāng)夏季需制冷時，采用補充水(地下水)作為水源，水溫常年保持在12～13℃，有利提高熱泵效率。④熱泵與用戶同處一地，管道造價很低。因此，我們決定采用方案4。
3 設(shè)計選型、工藝流程及經(jīng)濟性分析
   ① 設(shè)計選型
   張家口宣化地區(qū)冬季最冷月平均溫度為-15℃，極端最低溫度為-24.8℃；夏季最熱月平均溫度為25.5℃，極端最高溫度為39.1℃。冬季供暖室內(nèi)設(shè)計溫度為18℃，個別廠房供暖室內(nèi)溫度不低于5℃；夏季室內(nèi)設(shè)計溫度不高于24℃。選擇MSRB25A型水源熱泵機組3臺，單臺制冷能力為328kW，制熱能力為298kW。供熱工況，熱泵供水溫度為60℃，回水溫度為50℃；供冷工況，供水溫度為7℃，回水溫度為12℃。
   ② 工藝流程
方案4的工藝流程見圖1。冬夏季使用同一管路系統(tǒng)，只需要切換相應(yīng)閥門。夏季運行：閥2、4、5、7打開，閥1、3、6、8關(guān)閉；冬季運行：閥1、3、6、8打開，閥2、4、5、7關(guān)閉。
 

   ③ 經(jīng)濟性分析
   在供水中心采用水源熱泵，不用打井，節(jié)約打井等費用約50×104元。冬季供熱使用20℃的再生水作為熱源，水溫比環(huán)境溫度高，甚至高于地下水溫度，提高了熱泵蒸發(fā)溫度，制熱性能系數(shù)相應(yīng)提高。夏季供冷采用12～13℃的地下水作為冷源，水溫比環(huán)境溫度低，降低了熱泵冷凝溫度，制冷性能系數(shù)相應(yīng)提高。方案4與打井采取地下水的作為熱泵冷熱源的不同之處為：冬季采用20℃的再生水作為熱源。20℃的再生水經(jīng)熱泵蒸發(fā)器換熱后溫度降至15℃，再生水流量取80t/h，供暖期按150d計算，再生水放出熱量為6.02TJ，折合標(biāo)準(zhǔn)煤205t，經(jīng)濟效益顯著，而且避免了燃煤導(dǎo)致的有害氣體排放。
4 結(jié)語
    工業(yè)廠區(qū)，尤其是沒有熱電聯(lián)產(chǎn)的區(qū)域，采用水源熱泵供冷、供熱可獲得良好的經(jīng)濟和環(huán)保效益。大部分工業(yè)廠區(qū)都有冷熱兩種水源，可分季使用，節(jié)能減排效益更加突出，溫度較高的水經(jīng)熱泵吸熱后溫度降低，回用到工業(yè)系統(tǒng)冷卻設(shè)備效果更好。
 
(本文作者：孫文合 宣化鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司 動力廠 河北張家口 075105)