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發(fā)電廠海水循環(huán)水源熱泵應(yīng)用

2015-03-26 18:19王陽(yáng)
關(guān)鍵詞:凝汽器發(fā)電廠熱源

王陽(yáng)

摘要:“海水循環(huán)水源熱泵”是以發(fā)電廠內(nèi)海水循環(huán)水作為熱源的水源熱泵系統(tǒng),此系統(tǒng)夏季利用進(jìn)凝汽器前低溫水,冬季利用凝汽器后的溫排水,不僅克服了海水源熱泵取排水費(fèi)用高的弊端,更可將冬季凝汽器溫排水中的低品質(zhì)廢熱提取出來(lái)用于空調(diào)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)凝汽器溫排水能量的再利用。文章介紹了“海水循環(huán)水源熱泵”的系統(tǒng)設(shè)置,對(duì)比了發(fā)電廠常用空調(diào)系統(tǒng)冷(熱)源方案,對(duì)“海水循環(huán)水源熱泵”系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)以及存在問(wèn)題進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞:發(fā)電廠;空調(diào)系統(tǒng)冷(熱)源;海水循環(huán);水源熱泵系統(tǒng);方案設(shè)計(jì) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

中圖分類(lèi)號(hào):TU991 文章編號(hào):1009-2374(2015)05-0055-03 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0360

1 概述

“海水循環(huán)水源熱泵”是本文根據(jù)熱泵系統(tǒng)所采用的熱源形式而命名的。顧名思義,“海水循環(huán)水源熱泵”是以發(fā)電廠內(nèi)海水循環(huán)水作為熱源的水源熱泵系統(tǒng),此系統(tǒng)利用了發(fā)電廠海水循環(huán)水系統(tǒng)的現(xiàn)有設(shè)備及取水條件,夏季利用進(jìn)凝汽器前低溫水,冬季利用凝汽器后的溫排水,不僅克服了海水源熱泵取排水費(fèi)用高的弊端,將此種高效、節(jié)能、環(huán)保的能源利用方案引入電廠空調(diào)系統(tǒng),更可將冬季凝汽器溫排水中的低品質(zhì)廢熱提取出來(lái)用于空調(diào)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)凝汽器溫排水能量的再利用。本文對(duì)以“海水循環(huán)水源熱泵”作為發(fā)電廠中空調(diào)冷(熱)源的應(yīng)用進(jìn)行一些分析和探討。

2 系統(tǒng)介紹

為方便直觀表述,本文引用了國(guó)內(nèi)東北部沿海某廠址的實(shí)際條件,對(duì)“海水循環(huán)水源熱泵”進(jìn)行了方案擬定,并進(jìn)行相關(guān)分析。

2.1 廠址條件

2.1.1 廠址氣象條件:

冬季空氣調(diào)節(jié)室外計(jì)算溫度為-9℃

夏季空氣調(diào)節(jié)室外計(jì)算溫度30.7℃

日平均溫度≤+5℃的天數(shù)112天

2.1.2 廠址海水條件:

歷年(1991~2007年)最高水溫27.3℃

歷年(1991~2007年)月平均最高水溫23.8℃

夏季制冷工況熱源側(cè)月平均水溫在18.73℃~22.96℃間

歷年(1991~2007年)最低水溫0.35℃

歷年(1991~2007年)月平均最低水溫2.02℃

冬季制熱工況熱源側(cè)月平均水溫在2.61℃~7.87℃間

2.2 系統(tǒng)方案

“海水循環(huán)水源熱泵”系統(tǒng)為本廠址工程廠前區(qū)行政辦公樓、多功能中心、職工餐廳、招待所、值班宿舍及廠區(qū)集控樓、生產(chǎn)辦公樓、精密儀器庫(kù)、繼電通訊樓的空調(diào)設(shè)備提供冷凍水(t=7/12℃)及熱水(t=45/40℃)。

“海水循環(huán)水源熱泵”系統(tǒng)的用戶(hù)側(cè)采用一次泵變流量方案,系統(tǒng)流量隨用戶(hù)負(fù)荷改變,系統(tǒng)變流量依據(jù)為末端空調(diào)用戶(hù)壓差。系統(tǒng)采用變頻調(diào)速(自動(dòng)恒壓)裝置補(bǔ)水定壓,補(bǔ)水接自除鹽水管。用戶(hù)側(cè)設(shè)備由:2臺(tái)海水源熱泵機(jī)組,單臺(tái)名義制冷量1002kW、輸入功率162kW,制熱量1190kW、輸入功率225kW;3臺(tái)變頻循環(huán)水泵,兩用一備,單臺(tái)設(shè)計(jì)工作點(diǎn)流量172m3/h,設(shè)計(jì)工作點(diǎn)揚(yáng)程55m,輸入功率30kW;1套變頻調(diào)速(自動(dòng)恒壓)裝置;1個(gè)補(bǔ)充水箱組成。

“海水循環(huán)水源熱泵”系統(tǒng)熱源側(cè)用水接自電廠循環(huán)水系統(tǒng),夏季取進(jìn)凝汽器前低溫水,冬季則取經(jīng)凝汽器后的溫排水。由于利用廠內(nèi)已有的取排水構(gòu)筑物及循環(huán)水系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備(如取排水渠、廠用循環(huán)水泵、過(guò)濾設(shè)施、沉淀及滅藻等設(shè)施等)已可滿(mǎn)足運(yùn)行要求,熱源側(cè)僅需在冬季運(yùn)行工況時(shí)針對(duì)虹吸井液位較低的情況增加2臺(tái)海水提升泵(一用一備,單臺(tái)設(shè)計(jì)工作點(diǎn)流量400m3/h,設(shè)計(jì)工作點(diǎn)揚(yáng)程15m,輸入功率20kW)即可。

2.3 方案可行性

海水源熱泵機(jī)組在夏季制冷工況下,熱源側(cè)出水溫度一般不能高于40℃,按5℃溫升考慮,進(jìn)水溫度一般不應(yīng)超過(guò)35℃;本廠址自然條件下,夏季海水歷年最高水溫為27.3℃,可以滿(mǎn)足海水源熱泵機(jī)組正常運(yùn)行。

海水源熱泵機(jī)組在冬季制熱工況下,熱源側(cè)出水溫度一般不能低于3℃,按5℃溫降考慮,進(jìn)水溫度一般不應(yīng)低于8℃;本廠址冬季海水歷年最低水溫及月平均最低水溫分別為0.35℃、2.02℃,月平均水溫在2.61℃~7.87℃間,在自然條件下無(wú)法直接滿(mǎn)足海水源熱泵機(jī)組正常運(yùn)行,需考慮海水預(yù)加熱或增大水量等防凍措施;而本工程冬季熱源側(cè)海水自凝汽器后取水,海水經(jīng)凝汽器后溫升不小于8℃,相當(dāng)于對(duì)海水進(jìn)行了預(yù)熱,因此也可滿(mǎn)足海水源熱泵機(jī)組正常運(yùn)行。

2.4 能效比分析

2.4.1 制冷工況:制冷工況下系統(tǒng)名義制冷量2004kW,熱泵機(jī)組輸入功率324kW,熱泵機(jī)組COP值約6.18;考慮使用側(cè)循環(huán)水泵輸入功率60kW,熱源側(cè)循環(huán)水功耗20kW(由于廠用循環(huán)水泵效率一般高于小型水泵,因此制冷工況熱源側(cè)循環(huán)水功耗理論上是低于制熱工況所配提升泵的,因此此處取提升泵功耗作為包絡(luò)),名義工況下系統(tǒng)綜合能效比約4.96。

根據(jù)廠址熱源側(cè)海水溫度,按熱泵機(jī)組廠家提供的制冷變工況計(jì)算表進(jìn)行計(jì)算修正,詳見(jiàn)表1:

表1 制冷工況能效比修正

份 逐年月平均水溫 熱泵機(jī)組

修正制冷量 熱泵機(jī)組

修正功耗 熱泵機(jī)組修正能效比 系統(tǒng)修正綜合能效比

(℃) kW kW

7 18.73 2095 302 6.9 5.5

8 22.41 2050 312 6.6 5.2

9 22.96 2040 315 6.5 5.2

2.4.2 制熱工況:制熱工況下系統(tǒng)名義制熱量2380kW,熱泵機(jī)組輸入功率450kW,熱泵機(jī)組COP值約5.29;考慮使用側(cè)循環(huán)水泵輸入功率60kW,熱源側(cè)提升泵輸入功率20kW,名義工況下系統(tǒng)綜合能效比約4.49。

根據(jù)廠址熱源側(cè)海水溫度,按熱泵機(jī)組廠家提供的制熱變工況計(jì)算表進(jìn)行計(jì)算修正,詳見(jiàn)表2:

表2 制熱工況能效比修正

份 逐年月平均水溫+凝汽器后溫升 熱泵機(jī)組

修正制熱量 熱泵機(jī)組

修正功耗 熱泵機(jī)組修正能效比 系統(tǒng)修正綜合能效比

(℃) kW kW

12 7.87+8=15.87 2630 460 5.7 4.9

1 3.83+8=11.83 2512 455 5.5 4.7

2 2.61+8=10.61 2423 453 5.3 4.5

3 4.2+8=12.2 2538 456 5.6 4.7

3 方案優(yōu)勢(shì)

由上述方案可以看出,“海水循環(huán)水源熱泵”系統(tǒng)實(shí)際上是一種利用了發(fā)電廠既有條件的水源熱泵系統(tǒng),此種結(jié)合形式利用發(fā)電廠的循環(huán)水系統(tǒng),幫助海水源熱泵系統(tǒng)克服了取排水投資大、水溫低時(shí)需要大流量運(yùn)行或預(yù)加熱設(shè)備的弊端,有效地簡(jiǎn)化了系統(tǒng),將海水源熱泵節(jié)能高效環(huán)保的優(yōu)勢(shì)充分,使發(fā)電廠空調(diào)的冷(熱)源系統(tǒng)在制冷、制熱工況均具有了較高的能效比。本章我們將通過(guò)方案比較的方式論述“海水循環(huán)水源熱泵”具有的優(yōu)勢(shì)。

3.1 方案比較

本節(jié)我們將發(fā)電廠中常用到的空調(diào)冷(熱)源方案與“海水循環(huán)水源熱泵”方案進(jìn)行對(duì)比和分析。方案對(duì)比如下:

3.1.1 水冷冷水機(jī)組方案+換熱機(jī)組(方案一):

(1)方案初投資:

制冷量2004kW,水冷螺桿機(jī)組2臺(tái) 188萬(wàn)元(938元/kW)

使用側(cè)循環(huán)水系統(tǒng)(含循環(huán)泵、補(bǔ)水及管道) 52萬(wàn)元

(260元/kW)

冷卻水系統(tǒng) 125萬(wàn)元(624元/kW)

變配電系統(tǒng)(相對(duì)方案二增加冷卻塔電耗) 38萬(wàn)元(190元/kW)

換熱量2380kW,板式換熱機(jī)組2套 30萬(wàn)元

(126元/kW)

變配電系統(tǒng)(相對(duì)方案二增加冷卻塔電耗) 5萬(wàn)元

(20元/kW)

機(jī)房300m2(制冷制熱兩套設(shè)備)30萬(wàn)元(150元/kW)

合計(jì) 468萬(wàn)元(2335元/kW)

(2)年運(yùn)行綜合費(fèi)用

設(shè)備折舊費(fèi)用(設(shè)備壽命n=25,年利率取i=7%) 40萬(wàn)元

制冷年運(yùn)行能耗費(fèi)用 16萬(wàn)元

制熱年運(yùn)行能耗費(fèi)用 33萬(wàn)元

年運(yùn)行水耗費(fèi)用-使用側(cè)補(bǔ)水 1.4萬(wàn)元

年運(yùn)行水耗費(fèi)用-熱源側(cè)補(bǔ)水 1.6萬(wàn)元

年運(yùn)行管理人工費(fèi)(3人,年人工10萬(wàn)/人) 30萬(wàn)元

設(shè)備維修管理費(fèi)

(每年設(shè)備維修管理費(fèi)按設(shè)備折舊費(fèi)的10%計(jì)) 4萬(wàn)元

合計(jì) 126萬(wàn)元

3.1.2 海水循環(huán)水源熱泵方案(方案二):

(1)方案初投資:

制冷量2004kW,制熱量2380kW,海水循環(huán)水源熱泵機(jī)組2臺(tái)

188萬(wàn)元(938元/kW)

使用側(cè)循環(huán)水系統(tǒng)(含循環(huán)泵、補(bǔ)水及管道) 52萬(wàn)元(260元/kW)

熱源側(cè)水系統(tǒng) 45萬(wàn)元(225元/kW)

變配電系統(tǒng) 40萬(wàn)元(168元/kW)

機(jī)房200m2 20萬(wàn)元(100元/kW)

合計(jì) 407萬(wàn)元(2030元/kW)

(2)年運(yùn)行綜合費(fèi)用:

設(shè)備折舊費(fèi)用(設(shè)備壽命n=19,年利率取i=7%) 39萬(wàn)元

制冷年運(yùn)行能耗費(fèi)用 14萬(wàn)元

制熱年運(yùn)行能耗費(fèi)用 21萬(wàn)元

年運(yùn)行水耗費(fèi)用-使用側(cè)補(bǔ)水 1.4萬(wàn)元

年運(yùn)行管理人工費(fèi)(3人,年人工10萬(wàn)/人) 30萬(wàn)元

設(shè)備維修管理費(fèi)

(每年設(shè)備維修管理費(fèi)按設(shè)備折舊費(fèi)的10%計(jì)) 3.9萬(wàn)元

合計(jì) 109萬(wàn)元

3.1.3 超低溫多聯(lián)機(jī)方案(方案三):

(1)方案初投資:

室外機(jī)57臺(tái),室內(nèi)機(jī)238臺(tái),制冷量2280KW,制熱量2558kW 450萬(wàn)元(不考慮末端) (1974元/kW)

變配電系統(tǒng) 54萬(wàn)元(211元/kW)

合計(jì) 504萬(wàn)元(2232元/kW)

(2)年運(yùn)行綜合費(fèi)用:

設(shè)備折舊費(fèi)用(設(shè)備壽命n=15,年利率取i=7%) 55萬(wàn)元

制冷年運(yùn)行能耗費(fèi)用 21萬(wàn)元

制熱年運(yùn)行能耗費(fèi)用 28萬(wàn)元

年運(yùn)行管理人工費(fèi)(3人,年人工10萬(wàn)/人) 20萬(wàn)元

設(shè)備維修管理費(fèi)(每年設(shè)備維修管理費(fèi)按設(shè)備折舊費(fèi)的10%計(jì))

5.5萬(wàn)元

合計(jì) 129萬(wàn)元

3.2 比較結(jié)果

經(jīng)過(guò)對(duì)比后,海水循環(huán)水源熱泵方案無(wú)論在初投資、年運(yùn)行綜合費(fèi)用還是在節(jié)能降耗方面均優(yōu)于其余兩種方案。

3.3 其他優(yōu)勢(shì)

水源熱泵系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定、舒適性高的優(yōu)點(diǎn),而“海水循環(huán)水源熱泵”作為一種水源熱泵在發(fā)電廠中的結(jié)合應(yīng)用,同樣繼承了這些優(yōu)點(diǎn)。

海水作為熱源冬季溫度更高、夏季溫度更低,相對(duì)于空氣溫度的變化約有1個(gè)月的滯后而且變化平緩,這對(duì)于熱泵機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行來(lái)說(shuō)是非常有利的,并從一定程度上避免了熱泵機(jī)組高負(fù)荷需求的情況下,輸出功率及能效比反而降低的弊端。

4 存在問(wèn)題

“海水循環(huán)水源熱泵”是利用了海水循環(huán)水系統(tǒng),才得以將水源熱泵這種節(jié)能高效的冷(熱)源形式引入發(fā)電廠空調(diào)系統(tǒng)的,但也由于與發(fā)電廠循環(huán)水系統(tǒng)聯(lián)系密切,“海水循環(huán)水源熱泵”的應(yīng)用也存在了一些問(wèn)題:

4.1 依賴(lài)性較高

“海水循環(huán)水源熱泵”系統(tǒng)的運(yùn)行與發(fā)電廠循環(huán)水系統(tǒng)密不可分。因此,如果使用方需在發(fā)電廠投運(yùn)前運(yùn)行空調(diào)系統(tǒng),則需增加另外的臨時(shí)措施。并且對(duì)于僅設(shè)置單臺(tái)機(jī)組的發(fā)電廠,“海水循環(huán)水源熱泵”也無(wú)法滿(mǎn)足其空調(diào)系統(tǒng)在停機(jī)大修時(shí)的使用。

4.2 設(shè)計(jì)配合工作量大

相對(duì)于其他冷熱(源)形式,“海水循環(huán)水源熱泵”系統(tǒng)設(shè)計(jì)的配合工作量較大。

4.3 布置受限

海水管道、海水提升泵造價(jià)較高,且廠用循環(huán)水泵一般壓頭較低,因此海水源熱泵機(jī)組不宜遠(yuǎn)離循環(huán)水系統(tǒng)布置。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文以上分析比較可見(jiàn),“海水循環(huán)水源熱泵”是一種經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保而且舒適的空調(diào)冷(熱)源形式。雖然其應(yīng)用存在一定的依賴(lài)性,但在對(duì)節(jié)能降耗有更高要求或不要求空調(diào)系統(tǒng)提前投運(yùn)的廠址以及擴(kuò)建工程、改造工程中均會(huì)有很好的推廣前景和應(yīng)用潛力。

(責(zé)任編輯:秦遜玉)

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