再生水水源热泵设计（共4篇）
再生水水源热泵设计 篇1
前言
再生水水源热泵是水源热泵的一种, 它利用再生水作为冷/热源, 根据再生水冬季温度高于室外空气温度, 夏季温度低于室外空气温度的特点, 将再生水中低品位的不能直接利用的能量提取出来, 为建筑物供热及制冷的系统。城市再生水源热泵具有节能、环保、节水和减少温室气体排放等诸多优点, 属高效利用可再生能源技术的产品, 可以大大降低一次能源的消耗。在我国这项技术处于起步发展阶段, 由于设计安装使用等经验与水平的不足, 在实际系统运行时常会出现一些问题。机组设备本身很少出现问题, 这些问题往往是系统设计过程中的一些疏忽造成的。因此, 我们在设计过程中需要从全局出发, 关注细节, 综合考虑系统的可靠性与经济性。
1 再生水源热泵系统设计
1.1 工程概况
哈尔滨某啤酒厂是以生产啤酒为主的大型企业, 对其1万m2的办公楼的冬季采暖和夏季空调, 设计一套再生水水源热泵系统。
1.1.1 再生水水源情况
该啤酒厂日排放污水量冬季约为4000m3/d, 夏季约为6000m3/d, 其中有三分之一已作为中水回用。排放污水水温全年在26℃~32℃之间浮动, 平均为26℃~28℃。啤酒厂的处理后污水水质情况:化学需氧量即COD小于80mg/L, 悬浮物量SS小于50mg/L, 酸碱度PH值约为7。
1.1.2 负荷设计
冬季采暖负荷按60W/m2计算, 则所需供热量为600kW, 即系统热负荷为600kW;夏季空调负荷按80W/m2计算, 则所需制冷量为800kW, 即系统冷负荷为800kW。
1.2 热泵系统设计
1.2.1 工艺流程设计
本方案采用再生水间接利用方式, 再生水不直接进入热泵机组, 采用管壳式换热器。该系统利用再生水中的低品位热能, 冬季为热泵机组提供低位热源, 将之转换为可供末端设备使用的高位能量;夏季为热泵机组及水冷冷水机组提供冷却水, 冷却冷凝器中的制冷工质。
1.2.2 热泵机组选型
根据负荷设计及工程需要, 本工程选一台SGHP600螺杆式水源热泵机组和一台CGWP-090涡旋式水冷冷水机组。SGHP600螺杆式水源热泵机组制冷量为542kW, 制冷功率104kW;制热量为610kW, 制热功率为154kW;冬季机组进出水温度42℃/52℃, 夏季14℃/7℃。CGWP-090涡旋式水冷冷水机组制冷量为270.5kW, 制冷功率56.73kW。
1.3 水源侧系统设计
取水源侧温降5℃, 再生水的密度为1000kg/m3, 再生水的比热容为4.187kJ/kg·K。则夏季所需再生水水量:
冬季所需再生水水量:
根据流量选择三台WQ85-25-15型潜污泵, 定时切换, 扬程25m, 流量85m3/h, 功率15kW。在泵的吸入口周围设置40目的不锈钢过滤框架网, 换热器前设置YTD-150Z自动排污型电子水处理仪, 该设备将电子水处理仪和自动排污过滤器结合在一起, 同时具有水处理和过滤作用, 流量180t/h, 功率70W, 60目过滤。
1.4 管壳式换热器设计[1]
根据再生水水质和管壳式换热器特点, 选择不锈钢作为换热器材料, 设计再生水走管程, 二次循环水走壳程。设计夏季再生水进口温度26℃, 出口温度31℃, 二次循环水进口温度40℃, 出口温度30℃;冬季再生水进口温度26℃, 出口温度21℃, 二次循环水进口温度17℃, 出口温度24℃。
换热器中流速越高, 换热系数越高, 对抑制结垢也有一定的好处, 但是会增加泵的能耗, 综合考虑选择管内流速1.2m/s, 壳程流速0.8m/s。由于再生水结垢现象比清水要严重, 管内污垢热阻比管外大的多, 在设计计算中, 忽略管外热阻;另外, 换热管的导热系数比污垢的导热系数要大的多, 在设计计算中, 可忽略换热管的热阻。由于缺乏再生水污垢热阻相关资料, 参考其他文献[2], 在设计中采用TEMA标准中对未净化污水在温度低于52℃时的热阻值5.28×10-4m2·K/W。取换热管内径为20mm, 设计进出换热器的再生水夏季平均温度为28.5℃, 冬季为23.5℃。由于再生水热物理性质比清水差, 其粘度应比清水要大, 参考其他文献和工程, 取再生水粘度为清水的1.5倍。按清水查得:夏季ν=0.835×10-6m2/s;冬季ν=0.936×10-6m2/s。则可得:
参考其他文献和工程, 管外换热系数可按管内的1.3倍取值。计算冬夏季平均值得:h1=4300W/m2·K;h2=5590W/m2·K。进一步计算可得平均换热系数K=1064W/m2·K。
换热器夏季全逆流平均对数温差为:
换热器冬季全逆流平均对数温差为:
综上所述, 选择三台BES500型浮头式管壳换热器, 换热面积57.4m2, 换热管长6m, 管程数为2。
中介水循环水量:
根据循环水量选择KQL50-125 (I) A型水泵三台, 流量29m3/h, 扬程14m, 功率2.2kW。
1.5 控制系统
1.5.1 冷热水系统
采用水路阀门切换方式实现系统冬夏季工况的转换, 与一般的水源热泵机组冷热水控制方法相同。
1.5.2 其他
冬季利用热泵机组供暖, 夏季利用热泵机组给末端提供冷冻水, 当热泵机组出力不够时, 启动水冷冷水机组。根据负荷变化, 调节再生水水量和热泵机组输出能量。
2 系统经济性分析
2.1 常规空调冷源系统设备的选择
对1万m2办公楼的夏季空调, 冷负荷可按80W/m2计算, 则所需制冷量为800kW, 可选择两台型号为RTHB150、制冷量为449kW的螺杆式水冷冷水机组。该机组的功率为94kW, 冷冻水流量75.6m3/h, 冷却水流量93.6m3/h。选择两台冷却塔, 三台冷冻水泵 (两用一备) , 三台冷却水泵 (两用一备) 。
2.2 系统初投资
表1-1为冷水机组+燃煤锅炉系统初投资表, 表1-2为再生水源热泵系统初投资表。从表1-1和表1-2中可看到再生水源热泵系统的初投资比冷水机组+燃煤锅炉系统增加了39.5万元。
2.3 运行费用
哈尔滨冬季采暖180天, 燃煤锅炉供热方式的费用为34.55元/m2·年, 采暖期热泵系统每天运行12小时;夏季供冷按90天计算, 每天供冷10小时, 电费按照哈尔滨市大工业电价0.563元/kW·h计算。
经计算热泵系统夏季用电量为191097kW·h, 冬季用电量为406944kW·h;常规空调系统夏季用电量为185401kW·h, 两个系统夏季用电量相差不大, 所以只考虑冬季采暖费用。经过计算可得再生水源热泵系统冬季运行费用为22.91元/m2·年, 比燃煤锅炉供热方式便宜11.64元/m2·年, 进一步可计算得到再生水源热泵系统的回收年限约为4年。
3 结论
一个完整的再生水水源热泵系统设计包括三个部分:再生水取排水系统设计、水源热泵机组等设备选择、用户末端系统设计。再生水源热泵系统的末端设计及机组的设备选择与其他热泵系统相似, 再生水源热泵系统的设计主要是再生水热泵系统水源侧的设计, 重点是再生水换热器的设计。再生水源热泵系统的初投资要比常规系统高, 但是运行费用低, 在选用系统的时需要进行经济技术比较
参考文献
[1]钱颂文编.换热器设计手册.化学工业出版社.北京.2002
[2]宋艳.污水源热泵中多级淋激式换热器的设计及系统模拟.哈尔滨工业大学工学硕士论文.2004
再生水水源热泵设计 篇2
火力发电厂一直是工业用水大户, 其耗水量约占工业用水量20%左右。为了能充分的利用城市污水资源, 又能保证电厂用水系统安全、经济的运行, 需对城市再生水深度处理工艺进行充分研究, 探寻一种技术成熟、运行方便廉价的工艺方案。
城市污水中含有的主要污染物为:有机物、微生物、悬浮物、硬度、碱度、细菌和重金属等, 城市污水要作为电厂工业用水, 必须首先在城市污水处理厂进行二级生物处理, 主要功能是去除污水中的有机物、微生物和悬浮物, 然后在电厂内进一步作深度处理。深度处理也叫三级处理, 是进一步去除常规二级处理所不能完全去除的污水杂质的净化过程[1]。深度处理的主要作用是:
(1) 去除污水中含有的高浓度BOD、COD和氨氮; (2) 进一步去除残余的悬浮物和胶体; (3) 进一步去除二级生化处理后残留的有机物; (4) 去除色素; (5) 杀灭细菌及病毒等;
经过城市污水处理厂二级处理后水质需达到二级排放标准, 水中含有的主要污染物为悬浮物、BOD、COD和氨氮 (悬浮物<30mg/L、BOD5<30mg/L、CODCr<120mg/L及NH3-N<30mg/L) , 针对此工况下水质, 来探求一种合理的处理工艺以满足城市再生水作为电厂工业用水水源的要求。
2 氨氮的影响
水中的氨氮本身对无铜系统不产生危害, 但在合适的温度、足够的氧源及有充分停留时间的条件下, 冷却水中易生成硝酸盐菌 (或亚硝酸盐菌) , 在硝酸盐菌 (或亚硝酸盐菌) 的作用下, 氨氮将产生硝化反应生成硝酸而消耗水中的碱度, 使水的p H值降低造成对系统的危害, 经计算每1mg/L NH3-N全部转化成NO3-需要消耗7.14mg/L (以Ca CO3计) 亦即0.143mmol/L的碱度;同时氨氮是微生物的养料, 微生物的繁殖将产生生物粘泥附着在换热面上降低热效率[2]。
2.1 氨氮对辅机冷却水系统的影响
辅机机力通风塔内的水环境正好具备生成硝酸盐菌 (或亚硝酸盐菌) 的条件, 如果不采取适当措施, 冷却水系统势必生成硝酸盐菌 (或亚硝酸盐菌) 而使氨氮产生硝化反应。若水中的碱度不足以消除硝化过程所产生的酸度, 将使辅机冷却水系统产生严重的酸腐蚀。因此, 对补充水中氨氮采取适当措施以防止其对辅机冷却水系统产生危害是非常必要的。
可采取的方法之一是将水中的氨氮在进入辅机冷却水系统之前进行硝化反应将其转化为硝酸盐 (亚硝酸盐) 类, 如曝气生物滤池、MBR (膜生物反应器) 等工艺方法。
可采取的另一种方法是向冷却水系统中加氧化剂, 破坏硝酸盐菌 (或亚硝酸盐菌) 的生存环境, 使氨氮的硝化反应无法发生, 从而维持了冷却水系统p H值, 同时冷却水系统中的机力通风塔对氨氮有很好的曝气吹脱效果, 吹脱作用符合气液两相平衡的亨利定律, 从而维持冷却水的氨氮含量为定值。向冷却水中加氧化剂, 不但硝酸盐菌 (或亚硝酸盐菌) 无法生存, 其它种类的微生物同样无法生存, 从而防止生物粘泥的产生。当采用次氯酸钠作为氧化剂时, 次氯酸钠首先与氨氮产生反应生成胺的氯化物, 只有反应过了折点时, 剩余的次氯酸钠才起到氧化杀菌作用, 因此, 当冷却水中含有氨氮时, 采用次氯酸钠作为氧化剂不合适。而氧化剂二氧化氯不仅氧化性强, 杀菌效果好, 且不与氨氮反应, 是含有氨氮冷却水杀菌剂的合适选择。
2.2 氨氮对锅炉补给水水质的影响
锅炉补给水的水源采用经过深度处理的再生水, 如果再生水深度处理系统未将氨氮除去, 在经过锅炉补给水处理系统一系列措施处理后, 仍有微量的氨氮残留在除盐水中而进入热力系统, 但其不会对热力系统产生危害, 因为凝结水、给水就采用加氨调p H, 以防止热力系统腐蚀。所以锅炉补给水处理对氨氮没有特殊要求, 不影响对再生水深度处理方案的选择。
3 再生水深度处理方案的选择
某电厂2×660MW超临界间接空冷机组, 采用城市污水处理厂的城市再生水作为锅炉补给水和辅机冷却水水源, 系统设计出力为350t/h。
其水源水质有以下主要特点:
(1) 硬度为4.22mmol/L, 碱度为5.71mmol/L, 属负硬水; (2) 氨氮 (NH3-N) 含量较高:53.9mg/L; (3) 悬浮物:78mg/L, 超出GB50050-2007《工业循环冷却水处理设计规范》中规定间冷开式冷却水补充水的水质要求; (4) CODCr:50mg/L及BOD5:22mg/L均超出GB50050-2007《工业循环冷却水处理设计规范》中规定间冷开式冷却水补充水的水质要求。
要求对再生水进行深度处理应达到以下目标:
(1) 降低再生水中碳酸盐硬度, 达到降低辅机冷却水系统及锅炉补给水处理系统中反渗透浓水侧的结垢倾向 (2) 降低氨氮对辅机冷却水系统的影响 (3) 降低再生水中悬浮物, 以满足辅机冷却水系统及锅炉补给水处理系统对进水水质的要求。
3.1 方案选择
根据对氨氮的影响分析、再生水深度处理的目的, 并结合锅炉补给水的处理工艺, 针对本工程在技术上可行的再生水深度处理方案有二种:方案一:石灰软化处理工艺;方案二:MBR处理工艺
3.1.1 技术比较
方案一:石灰软化处理工艺。工艺简要流程为:污水厂来再生水→机械搅拌加速澄清池 (加熟石灰、凝凝剂、助凝剂、二氧化氯) →PCF纤维过滤器→软水池→各用水点。石灰软化处理工艺不仅能降低碳酸盐硬度 (硬度和碱度同时降低) ;通过加二氧化氯杀菌剂, 还可以除去约80%COD、约100%BOD;同时在石灰处理的高p H环境下, 将有部分氨氮转化为NH3从澄清池水面溢出而得到除去;悬浮物含量降至约1mg/L。采用本方案时, 辅机冷却水配合加二氧化氯杀菌剂, 破坏辅机冷却水系统的微生物生存环境, 可确保机组的安全运行。
方案二:。主要工艺流程为:污水厂来再生水→MBR (膜生物反应器) →各用水点。MBR处理工艺是通过硝化反应将氨氮转化为硝酸盐 (或亚硝酸盐) , 并将水中的碳酸盐硬度转化为非碳酸盐硬度 (仅降低了碱度, 未降低硬度) ;COD及BOD约除去80%;同时通过超滤膜除去水中的悬浮物, 其出水的SDI满足锅炉补给水处理系统反渗透的进水水质要求。技术对比表见表1。
3.1.2 经济比较
对方案一和方案二从基建费用、运行费用、折旧费等方面进行比较, 年利用小时数按5500h, 比较结果见表2[3]。
由表2可知, 方案一比方案二节省投资约400万元, 节省年运行费约23.25万元, 因此, 方案一的经济性明显优于方案二。
4 结论
(1) 城市再生水杀菌处理只能采用二氧化氯杀菌; (2) 城市再生水处理工艺核心为防止硝化反应或去除硝化反应生成物质防止腐蚀; (3) 城市再生水来水满足二级排放标准时, 根据GB50050-2007《工业循环冷却水处理设计规范》中规定辅机冷却水补充水的水质要求进行计算时, 石灰软化过滤法成本比常规生物膜法的成本要低, 亦可满足电厂锅炉补给水及辅机冷却水补水水质要求。
综合考虑低浊度、低含量有机物再生水采用石灰软化过滤深度处理方案较优。
参考文献
[1]张忠波, 陈吕军.胡纪萃新型曝气生物滤池—BIOSTYR[J].中国给水排水, 北京:化学工业出版社, 2000 (06) .
[2]周本省.工业水处理技术[M].北京:化学工业出版社, 2002 (05) .
再生水取水机系统的设计与应用 篇3
城市生活污水是地下水的主要污染源之一, 提高污水处理率并进行污水处理设施升级改造是进行地下水污染防治的主要措施。某日处理能力30万吨污水处理厂, 经过提标改造, 出水水质部分指标满足《地表水环境质量标准GB 3838—2002》中的地表水环境质量IV类水标准。根据再生水水质标准《SL368-2006》, 该污水厂的出水已经达到农林牧、城市非饮用水和景观用水的标准, 每天近100万吨的再生水出水, 已经成为城市的第二水源。针对用户对再生水使用管理的迫切需求, 研发取水机用于城市再生水使用的管理。
1 设计要求
1.1 功能要求
(1) 取水机应具备识别取水用户, 卡内余额查询、刷卡取水、记录每个用户每次取水时间、取水量、总取水量, 数据远传功能。
(2) 柜内应有温度、湿度监控功能, 并连锁风扇。
(3) 柜内设置变频器, 可以调节控制瞬时流量并保护潜水泵。
(4) 振动、开门、防盗报警等功能, 并具备声光报警、故障报警并远传至控制中心。
(5) 柜外视频监控强监控信息号上传至该市排水办公室信息技术中心。
(6) 再生水取水点应设置高清网络摄像机, 监控范围应覆盖取水点设施及取水过程整个范围。摄像机应安装牢固可靠, 不易被车辆以及人员损坏;安装位置不受到外界因素的干扰 (如太阳光的照射等) 。
(7) 视频监控前端设备需支持ONVIF协议和GB/T28181—2011协议等。视频监控图像应无缝对接信息中心现有大华视频监控系统平台。
1.2 操作模式
(1) IC卡靠近读卡器, 屏幕显示卡号、车牌号、卡内余额。
(2) IC卡靠近读卡器持续5 s以上, 开始加水, 并实时显示加水量、加满水后取走IC卡, 停止加水, 显示本次加水量并刷新卡内余额。
(3) 再生水取水数据采集与传输
PLC控制器须配备网络接口模块及串行COM接口, 通过接口与工业交换机连接, 将再生水的信息 (取水时间、取水卡信息、取水量、电量以及设备运行状态、设备报警等) 上传至信息中心核心数据库的数据同步要求, 并实现网络中断后与信息中心核心数据库的断点续传功能。
数据处理工作站部署在信息中心, 数据处理工作站应具备如下功能:取水信息采集、记录;查询 (实时刷新显示各站点取水信息及并记录水量余额) 、报表功能、报表远程发布;IC卡片管理 (发卡、充值、销卡) ;中水取水点地图展示、不同取水点取水情况实时对比等。
视频及数据上传网路50 M GPON链路3年租赁费纳入项目投资中;根据信息中心的要求配置现场设备的IP地址, 确保与信息中心在规定的网段内互联互通。
2 取水机外形
(1) 柜体尺寸及材料。柜体尺寸1000×500×1800 mm, 柜体材料304不锈钢, 板材厚度>2 mm, 框架稳固结实。
(2) 柜体为室外型, 外观美观、安全封闭强度足够、检修方便。柜体应防雨防水, 通风散热效果好;柜体下部侧面双侧开鲨鱼腮通风口, 内装进风风扇, 顶部有遮阳顶盖, 柜定与顶盖之间有一定距离, 柜顶板上开通风口, 柜内装排风风扇;柜体内壁设置隔热层。
(3) 柜子正面开孔装高强度防爆玻璃, 用于保护显示器;开孔下面安装2个IC卡槽, IC卡槽能将卡片放在其中不掉落, 卡槽后开蜂窝孔, 蜂窝孔后安装读卡器。
(4) 柜体仅在背面开门, 安装可靠防盗锁, 防盗锁钥匙可以通用;柜体底部不需要做底板, 底部进线, 底部有一根进水管进入, 从正面看时, 柜体右侧中部开孔做出水管。
(5) 柜内应安装设备包括电磁流量、变频器、PLC控制器、触摸屏 (显示屏) 、路由器、开关电源、智能电表、端子排、工业交换机及运营商链路光纤熔接盒等。电磁流量及管道应与其他设备隔离, 避免溅水损坏其他元器件。柜内设备排列布局合理, 设备分层设置, 布线有序, 便于维护。
3 系统组成
取水机系统由前端取水机和后台数据管理两大部分组成 (图1) 。取水机前端由IC卡读卡器、PLC、触摸屏、流量计、水泵、视频监控和传感器等组成, 用于给取水车加水, 为取水机后端提供数据及信息。取水机后端由IC卡读卡器、计算机、组态软件和后台数据库系统组成。用于控制取水机前端、记录取水机使用数据, 监控报警信息, 生成管理查询用报表。
3.1 取水机前端使用方法
将取水车的水管接于取水机侧边的水管卡头上, 将IC卡放于IC卡读卡器前端, 此时触摸屏会自动点亮, 显示卡号和绑定的车号, 同时读卡器发出滴滴的响声, 表示已开始工作。响声5s后, 水泵启动给取水车加水, 触摸屏会显示累计流量和当前使用的水量, 以L为单位。加水车工作人员可根据使用的水量, 估算加水时间, 与估算时间接近时, 将IC从读卡器前移开, 水泵立即停止工作, 读卡的滴滴声同时停止, 取水机脱离工作状态。取水同时将数据传送给取水机后端, 整个取水过程完成。
3.2 取水机后端使用方法
(1) 新卡录入。新的卡号和车号绑定需要按“录入新卡号”, 弹出图2画面。将IC卡放于读卡器上, 点击“IC卡号读取”按钮, 听到滴的响声, 同时看到号, 表示读卡成功, 输入车号和水量后, 按保存即可将数据录入到IC卡总表中。如果按保存后没有看到IC卡总表有录入的数据, 表示, IC卡已录入过, 不能保存。
(2) IC卡充值。已发卡水量用完后, 需要充值。此时要按下组态画面中的“充值”按钮。出现图3画面。将IC卡放于读卡器上, 点击“IC卡号读取”按钮, 听到滴的响声, 同时看到号, 表示读卡成功。输入充水量后, 按保存即可将数据存入到IC卡充值明细表, 同时IC卡总表的剩余水加将增加。
(3) IC卡消费。当加水机端加水完成时, 将数据发出到组态画面的消费明细表中, 同时IC卡总表的剩余水加将减少。
(4) 系统工作报警。一般性的报警, 位于屏幕下方。点击上翻按钮将弹出图4画面。点击下翻按钮自动缩回报警窗口。
(5) 系统警示报警。当取水机端被破坏, 或内部温度过高, 将发出声响, 弹出报警视频画面。
(6) 报表查询功能。按组态画面上部的查询按钮, 即可弹出报表查询画面 (图5) 。点击相应的报表, 输入日期, 再点击查看报表, 即可看相应的报表。
(7) 报警、事件查询功能见图6。
4 系统设备
4.1 与取水机配套外部设备
(1) IC智能加水机。每台取水机配置2台
(2) 潜水泵。流量、扬程、数量以设计为准。
(3) 浮球开关。数量以设计为准。
(4) 高清网络快球摄像机。数量以设计为准, 要求: (1) 图像传感器像素≥200万, 视频输出≥1080 P; (2) 最低照度彩色0.001Lux, 黑白0.0001 Lux, 具备红外夜视功能, 0 Lux红外开启, 红外距离≥310 m; (3) 工作温度范围-45~70℃; (4) 防护等级, ±25%宽电压, IP67防护等级, 8 k V防雷防浪涌保护。 (5) 传输协议应满足GB28181及ONVIF标准协议, 无缝接入合肥市排水办信息中心大华视频管理平台。
(5) 立杆。高4.6 m, 定制。
(6) 光纤。4芯单模。
(7) 数据处理工作站。CPU:Intel至强E3-1225 4核4线程3.2 GHz, 总线:DMI 5GT/s, 主板芯片组:Intel C2261, 内存:DDR3 8 GB 1600 MHz, 硬盘:SATA 3.5英寸500 GB7200r/min, 网卡:集成英特尔82579千兆位以太网控制器, 2×USB 2.0端口, 2×USB 3.0端口, 配无线鼠标及键盘套装。
4.2 IC智能取水机内配置 (表1)
5 结语
再生水水量大、水质稳定、受季节和气候影响小, 被选为可靠且可以重复利用的第二水源。再生水使用方式很多, 可以用于农田灌溉、园林绿化 (公园、校园、高速公路绿带、高尔夫球场、公墓、绿带和住宅区等) 、工业 (冷却水、锅炉水工艺用水) 、大型建筑冲洗以及游乐与环境 (改善湖泊、池塘、沼泽地, 增大河水流量和鱼类养殖等) , 还有消防、空调和水冲厕等市政杂用。
再生水水源热泵设计 篇4
一、热能负荷计算
1. 全年洗浴热水负荷:
根据调研, 职工澡堂采取三班制供水, 平均班用水量为350 m3, 全天用水量为1050 m3。按照5小时将350 m3冷水从10℃加热到45℃计算, 小时耗热负荷为:
2. 冬季主副井井筒热负荷:
主副井入风量7900 m3/min, 冬季极端最低平均温度为-13℃。根据煤矿规程, 井筒防冻入风混合温度不能低于2℃, 则井筒防冻入风负荷为:
3. 冬季供热负荷:
澡堂建筑面积3841㎡, 面积热负荷指标为60 W/㎡, 澡堂热负荷为:3841×60÷1000=230 k W
4.
由于冬季热负荷最大, 根据上述计算最大热负荷为:2858+2559+230=5647 k W
二、热能总量计算
1. 矿井水热能分析:
矿井排水水温基本不受室外气温影响并且全年都比较恒定。矿井排水量按8500 m3/天计算, 24小时平均水量为354 m3/h, 平均温度20℃左右。以冬季温度18℃, 排水温度6℃考虑, 热泵机组能效比按照4.5计算:
2. 洗浴废水热能分析:
洗浴热水用量每天约1050 m3, 可回收的洗浴废水量按用水量的85%计算, 则每天可回收的洗浴废水量为893 m3, 平均温度25℃左右, 排水温度6℃考虑, 每班运行5小时, 热泵机组能效比按照5.3计算:
3.
根据上述计算, 矿井水及洗浴废水热能总量为:6372 k W+1016.4 k W=7388.4 k W
三、双热源热泵系统设计
1. 主要设备选择:
本项目热泵机组选用北京矿大节能科技有限公司HE1200B-DF、HE600B-DF两种热泵机组共5台并联运行。其中洗浴供热采用两台HE1200B-DF机组, 主副井井筒供热及澡堂供热采用一台HE1200B-DF机组和一台HE600B-DF机组, 另外一台HE1200B-DF机组为双向备用。该热泵机组为涡旋式, 具有效率高、体积小、质量轻、噪声低、全封闭的特点。采用模块化设计, 根据负荷自动调节压缩机开启的数目和压缩机运行时间, 实现节能运行。
2. 双热源的管道设计:
五台机组统一布置于热泵机房内, 由不同阀门开闭实现不同状态的运行。热泵机房中设有大屏液晶电视及LED显示灯展板, 实时反映系统运行状态。
3. 双热源的协同运行:
系统采用分布式计算机系统对矿井水、洗浴废水、洗浴供水池进行信号采集与监控。根据实时液位、温度情况进行水泵、热泵、终端散热装置的启停, 实现双热源系统的并联运行。
四、双热源热泵系统特点
1. 高效节能:
矿井水及洗浴废水双热源系统借助热泵技术, 通过消耗1份电能, 可以从恒温的热源中提取大于3份的能量, 实际得到的热量则为4份以上, 能效比可高达1∶4.5以上。而锅炉供热只能将90%~98%的电能或70%~90%的燃料内能转化为热量, 因此该系统比电锅炉加热节省三分之二以上的电能, 比燃料锅炉节省二分之一以上的能量。
2. 一机多用:
矿井水及洗浴废水双热源热泵系统能实现冬季供暖、夏季制冷、全年浴室热水供应。一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统, 不仅节省了大量能源, 而且也减少了设备的初期投资。
3. 环保效益显著:
矿井水及洗浴废水双热源水源热泵是利用废弃水作为冷热源进行能量提取转换的, 供热时省去了燃煤、燃气、燃油等锅炉房系统, 没有燃烧过程, 避免了排烟污染;供冷时省去了冷却水塔, 避免了冷却塔的噪音及霉菌污染;不产生任何废渣、废水、废气和烟尘, 环境效益显著。
4. 运行稳定可靠:
矿井水及洗浴废水的温度一年四季相对稳定, 其波动的范围远远小于空气的变动, 是很好的热泵热源和空调冷源。水体温度较恒定的特性, 使得热泵机组运行更可靠、稳定, 也保证了系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。由于采用矿井水及洗浴废水双热源互为备份, 使得热源更加稳定可靠。
五、经济效益分析
1. 矿井水及洗浴废水双热源系统全年运行消耗计算:
全年用电量=设备功率 (k W) ×年运行天数×每天运行时间 (h) ×日运行系数×年运行系数。
(1) 系统基本运行参数:
(2) 井筒防冻及浴室采暖年运行消耗:
全年标煤折算量=全年用电量×单位电量标煤耗量÷1000=1064448×360÷1000=383201 kg=383.2 t
(3) 洗浴热水年运行消耗:
全年标煤折算量=全年用电量×单位电量标煤耗量÷1000=2013705×360÷1000=724933.8 kg=724.9 t
(4) 夏季制冷年运行消耗:
全年标煤折算量=全年用电量×单位电量标煤耗量÷1000=125280×360÷1000=45100.8 kg=45 t
(5) 系统运行全年消耗电量:
标煤折算量:383.2+724.9+45=1153.1 t
2.
如果采用燃煤系统加中央空调为职工洗浴、井筒防冻、澡堂室内制冷制热, 根据上面计算, 显德汪热负荷为5647 k W, 同等供热条件下, 井筒防冻最少需要设计1台6吨的锅炉, 洗浴需要设计1台4吨的锅炉, 且夏季制冷需另外安装空调系统。
(1) 燃煤锅炉耗煤量。一般1 t/h锅炉耗煤量在140 kg/h~160 kg/h左右, 这里取平均150 kg/h。锅炉耗煤量=锅炉容量×运行天数×每天运行时数 (h) ×1吨锅炉小时耗煤量。计算结果如表5。
全年标煤折算量=全年用电量×单位电量标煤耗量÷1000=460921×360÷1000=165931 kg=165.9 t
(3) 燃煤系统加中央空调全年消耗标煤折算量:5832+165.9=5997.9 t
(2) 空调制冷年运行消耗。澡堂建筑面积3841㎡, 面积冷负荷指标为120 W/㎡, 澡堂冷负荷为:3841×120=460920 W
3.
综合上述计算数据, 矿井水及洗浴废水双热源系统比燃煤系统每年可节约标煤:5997.9-1153.1=4844.8 t
六、社会效益分析
矿井水及洗浴废水双热源系统比燃煤系统每年可节约大量能源消耗, 折合标准煤约4844.8 t, 在带来经济效益的同时可以减少CO2、SO2、NXO等污染物的排放。
1. 其中CO2减排量:4844.8×0.26=1259.6 t;
2. SO2减排量:4844.8×0.0185=89.6 t;
3.NXO减排量:4844.8×0.0074=35.9 t。