王守鋒　盧道凱　王加圣

摘 要：在企業(yè)管理中建立能源管理體系建設(shè)，從管理節(jié)能、工藝節(jié)能、設(shè)備節(jié)能等方面，多措并舉，深挖潛力，運用熱回收和水蓄冷技術(shù)，結(jié)合企業(yè)能源消耗特點，制定多種節(jié)能模式，根據(jù)實際生產(chǎn)自由組合，以達到最優(yōu)的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：能源管理體系；熱回收和水蓄冷；節(jié)能模式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.19.001

1 概述

隨著能源的日益緊張，節(jié)能工作已經(jīng)成為當今全球關(guān)注的焦點。企業(yè)在生產(chǎn)過程中，也越來越重視控制能源消耗。對于制造業(yè)企業(yè)來說，能源消耗主要來自于設(shè)備用電，高能耗的如清洗機、涂裝線等，多是采用電加熱。另外，生產(chǎn)車間的夏季制冷和冬季供熱也需要消耗電能和天然氣。前期能源管理的主要途徑是通過合理安排生產(chǎn)，減少開機時間來節(jié)約能耗。在能源管理體系中，以尋求日常生產(chǎn)的節(jié)能機會是企業(yè)節(jié)能的一個重要措施。近幾年，國家正在積極推行電力需求側(cè)管理，為了鼓勵使用谷電，電費執(zhí)行峰、平、谷的差別電價政策，峰電時段（8：30至11：30）電價比谷電時段（23：00至次日7：00）電價高出0.7元/kWh，電費差距巨大，這對企業(yè)節(jié)能來說是一個很好的節(jié)省能源費用的契機。如果能充分利用谷電，移峰填谷，可降低能源消耗、節(jié)約電費。

2 熱泵技術(shù)與工廠節(jié)能

根據(jù)熱力學(xué)定律，熱能從溫度高的地方向溫度低的地方傳遞，而如果我們想要讓這個過程逆轉(zhuǎn)，那就需要使用熱泵技術(shù)，其原理是逆卡諾循環(huán)，通過壓縮機做功，使工質(zhì)產(chǎn)生物理變相“氣態(tài)--液態(tài)--氣態(tài)”，利用這一往復(fù)循環(huán)相變過程不斷通過蒸發(fā)器吸熱和冷凝器放熱（圖1），將低溫熱能轉(zhuǎn)換為高溫熱能的方式，能效永遠大于1。

熱泵技術(shù)近些年被廣泛推廣，在于其既可用于供熱采暖，也可以用于制冷降溫，并且其特點正好受益于國家電力需求側(cè)改革的谷峰電政策，可以將其用于節(jié)能案例中，通過增加谷電消耗、減少峰電運行的方式來追求經(jīng)濟價值?？梢哉f，熱泵開啟了節(jié)約能源的新時代，是節(jié)約能源的最重要最有效的手段。

3 余熱回收和水蓄冷

熱泵技術(shù)可用于余熱回收，其方式在于將原本沒有使用價值的低品質(zhì)熱源通過高高溫熱泵提升品質(zhì)，達到可利用的高溫熱源，回收再利用。這種技術(shù)在工廠節(jié)能中如同汽車渦輪增壓器提升發(fā)動機性能并減少汽油消耗。高溫熱源在工廠中可用于代替電、天然氣、蒸汽等熱源使用，減少能源浪費，降低能源消耗、優(yōu)化用能結(jié)構(gòu)。

水蓄冷技術(shù)主要采用電動制冷機制冷，也可采用熱泵用于制冷，將冷量以冷水的形式儲存起來。對于工廠來說，基于谷峰電費差異較大的情況，可以用水蓄冷在電力負荷低的夜間制冷，在電力高峰期的白天，不開或少開制冷機，充分利用夜間儲存的冷量進行供冷，從而達到電力移峰填谷的目的。降低企業(yè)運營成本，且有利于電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行。

4 多種組合的企業(yè)節(jié)能模式

4.1 工廠生產(chǎn)中的節(jié)能機會

企業(yè)在日常生產(chǎn)時，清洗機使用電加熱，涂裝線使用天然氣加熱，廠房采暖使用天然氣和蒸汽，夏季制冷使用空調(diào)消耗電能。與此同時，公司的多個空壓機以及多臺發(fā)動機試車臺架在運行時產(chǎn)生大量余熱卻無法使用。另外，每年采暖季前后共1個月的過渡時段內(nèi)，因環(huán)境溫度低，許多高精度進口加工設(shè)備會報警，無法正常使用，若單獨為其供熱，能效較低，而且費用很高。

4.2 余熱回收和水蓄冷相結(jié)合的解決方案

對于大量用熱點的需求，我們利用熱泵技術(shù)，通過高高溫熱泵型余熱回收機組，將空壓機30℃左右的循環(huán)水利用水泵輸送至機組，通過蒸發(fā)器進行熱交換，循環(huán)水溫降至20℃返回空壓機，替代涼水塔降溫；同時，用熱點（例如清洗機、涂裝空調(diào)）的低溫水通過供熱水泵在機組的冷凝器內(nèi)進行熱交換，使水溫升至65℃，再返回用熱點，通過換熱器將熱量釋放?？諌簷C的余熱得到有效利用。

為了解決夏季用冷耗電的問題，我們在生產(chǎn)廠房附近建造了一座1500 m?的蓄冷罐，其蓄冷量達到15000kW，采用專利高效布水裝置，蓄冷有效利用率可高達95%。在夜間低谷電時段，通過兩臺蓄冷機和熱泵制取5℃左右的低溫水儲存至蓄冷罐；在白天峰電時段，將冷凍水通過放冷泵送至空調(diào)機組，實現(xiàn)放冷。

通過能量平衡計算，確定熱泵參數(shù)（見表1）。

綜上所述，采用余熱回收和水蓄冷相結(jié)合的解決方案，實現(xiàn)能量的平衡（見表2），達到節(jié)能的目的。

4.3 多種節(jié)能模式完全應(yīng)對工廠用能

由于能源使用條件情況多變，在不同的季節(jié)、環(huán)境及生產(chǎn)條件下，對能源種類與用量的需求存在諸多變數(shù)。例如極端天氣的高用能、出現(xiàn)對冷熱同時需求的時段、制冷機制冷量與用冷量存在較大差異等。我們經(jīng)過分析大量運行數(shù)據(jù)，對用能情況劃分了八種狀況，通過對熱泵和制冷機的運行組合，將運行方式進行創(chuàng)新的模塊化設(shè)計，以對應(yīng)八種用能狀況，各模式間可自動轉(zhuǎn)換。同時，我們將信息化技術(shù)引入自控中，以實現(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)的遠程控制、數(shù)據(jù)自動上傳、運行狀態(tài)時時監(jiān)控等，做到無人值守站房的能源管理，減少勞動力。這八種運行運行模式設(shè)計如下：

（1）模式1：熱回收主機余熱回收。一年四季均可實現(xiàn)余熱回收，尤其是在冬季采暖季及采暖季前后各半個月，該段時期回收的余熱可全部用掉，春夏秋季可用于清洗機加熱。徹底解決了多年以來一直困擾著的采暖過渡季節(jié)設(shè)備不能正常開機的難題。該模式的原理圖見圖2。

（2）模式2：離心式冷水機和熱泵機組聯(lián)合蓄冷模式。該模式主要是在夜間低谷電時段，機加工車間清洗機不需加熱，熱泵機組不進行余熱回收，此時段以蓄冷為主，可減少能源浪費，使蓄冷能耗最小。該模式的原理圖見圖3。

（3）模式3：蓄冷罐放冷模式。該模式主要是應(yīng)用于峰電時段，將夜間低谷電時段蓄存的冷量釋放，減少高峰時段電能消耗，降低電費、平衡電網(wǎng)。該模式的原理圖見圖4。

（4）模式4：蓄冷罐冷卻模式。該模式用在放冷模式結(jié)束后的極端天氣時，制冷機組運行過程中冷卻水溫度不斷提高，機組制冷負荷增大，當冷卻水溫度升至32℃時，機組存在喘振可能。使用該模式可提供14-24℃的冷水對冷卻水降溫至28℃左右，可確保機組安全、高效運行。該模式的原理圖見圖5。

（5）模式5：熱泵機組制冷兼熱回收模式。該模式主要用于制冷負荷較大時，兩臺制冷主機不能滿足制冷要求或一臺主機制冷不足而兩臺主機負荷過低時，使用該模式可使熱泵機組在為機加工清洗機供熱的情況下參與制冷。該模式的原理圖見圖6。

（6）模式6：蓄冷罐放冷與機組聯(lián)合供冷模式。該模式用在極端高溫天氣時，蓄冷罐蓄存冷量不能滿足3個小時放冷，使用該模式可將熱泵機組參與制冷和供熱，制冷主機設(shè)置在自動狀態(tài)，根據(jù)冷凍水溫變化自動啟動，降低空調(diào)負荷，減少峰電時段電能消耗。該模式的原理圖見圖7。

（7）模式7：離心式冷水機末端供冷模式。該模式主要是用于制冷負荷較大時，兩臺制冷主機可滿足制冷要求時，制冷主機制冷，熱泵機組參與制冷不供熱，可最大限度提高制冷量，確保制冷效果。該模式的原理圖見圖8。

（8）模式8：熱泵機組蓄冷兼熱回收模式。該模式用在夜間谷電時段，車間上夜班清洗機需加熱時，熱泵機組在蓄冷的同時為清洗機加熱。該模式的原理圖見圖9。

5 效果分析

空壓機余熱回收及水蓄冷有效結(jié)合，通過模塊化運行管理，實施效果非常好。經(jīng)測算，2016年給企業(yè)節(jié)省費用194萬元，節(jié)約790噸標煤，減少1973噸二氧化碳排放，并節(jié)省軟化水消耗3800噸。該成果被當?shù)卦u為2016年市電力需求側(cè)管理示范項目，獲得政府專項補貼，并得到媒體的廣泛宣傳，稱為“電力需求側(cè)管理的‘樣本工程”，為企業(yè)取得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，具有極大的推廣價值和示范作用。

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