某钢铁厂供水中心水源热泵技术应用_工程实践

摘要

摘要：某钢铁厂为供水中心建筑拟建冷热源，结合该厂拥有温度较高的再生水、地下水的条件，最终采用水源热泵。冬季采用温度较高的再生水作为热源，夏季采用温度较低的地下水作为冷源

摘要：某钢铁厂为供水中心建筑拟建冷热源，结合该厂拥有温度较高的再生水、地下水的条件，最终采用水源热泵。冬季采用温度较高的再生水作为热源，夏季采用温度较低的地下水作为冷源，经济性、环保性较好。

关键词：水源热泵；供水中心；冷热源；应用

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 项目简介

河北省张家口宣化地区某钢铁厂新建供水中心，该供水中心远离厂区，供水设计能力为5000t/h。供水中心有2座1×10⁴m³蓄水池，水源主要为再生水，再生水进入蓄水池经泵送往厂区，不足部分由地下水向蓄水池补充。供水中心需夏季供冷、冬季供热，供冷面积为3000m²，供热面积为9500m²。供冷指标取100W/m²，供热指标取60W/m²。

2 方案可行性分析

2.1 备选方案

① 方案1，新建燃煤供热锅炉房+单体式空调，造价约50×10⁴元，用于建造供热锅炉房，购置锅炉、空调及设备安装。管理人员数量为5人，人员工资为2000元(人·月)。

② 方案2，新建燃气供热锅炉房+单体式空调，造价约50×10⁴元，用于建造供热锅炉房，购置锅炉、空调及设备安装。管理人员数量为5人，人员工资为2000元/(人·月)。

③ 方案3，采用主厂区热水供热系统+单体式空调，造价约200×10⁴元，用于修建一条DN 150mm供热管道(长约2km)及购置空调及设备安装。无人工费，不需另建供热锅炉房。

④ 方案4，采用水源热泵，造价约100×10⁴元，用于购置热泵机组和设备安装。无人工费，不需另建设备间，可直接安装在其他厂房内。

2.2 可行性分析

4种方案中，方案1造价较低，但不符合环保要求。方案2的造价与方案1相同，但燃气供应有一定困难，不能保证正常供热。方案3虽可行，但造价最高，需要从厂区修建一条DN 150mm供热管道至供水中心，并穿越铁路、公路，施工难度高。方案4虽然造价较高，但该方案环保性较优。

水源热泵通过输入少量电能，把不能直接利用的低位能量转化成可利用的高位能量，实现节能。由于水源热泵需要合适的水源，因此在应用上受到一定限制，造价及节能程度也有所不同。一般情况下，若允许抽取地下水，则采用打井的办法取水及回灌，有江河湖水的地方采用水源热泵也是不错的选择。但有时某些场所不具备水源条件，或由于冬季水温较低，影响热泵运行。供水中心采用水源热泵恰好克服了以上不足：①有供厂区的再生水和补充水(地下水)，可直接从中取用一部分，不需打井取水。②热泵出水直接排入供水中心的蓄水池，不用打井回灌。③再生水温在20℃以上，冬季用于热泵供热；当夏季需制冷时，采用补充水(地下水)作为水源，水温常年保持在12～13℃，有利提高热泵效率。④热泵与用户同处一地，管道造价很低。因此，我们决定采用方案4。

3 设计选型、工艺流程及经济性分析

① 设计选型

张家口宣化地区冬季最冷月平均温度为-15℃，极端最低温度为-24.8℃；夏季最热月平均温度为25.5℃，极端最高温度为39.1℃。冬季供暖室内设计温度为18℃，个别厂房供暖室内温度不低于5℃；夏季室内设计温度不高于24℃。选择MSRB25A型水源热泵机组3台，单台制冷能力为328kW，制热能力为298kW。供热工况，热泵供水温度为60℃，回水温度为50℃；供冷工况，供水温度为7℃，回水温度为12℃。

② 工艺流程

方案4的工艺流程见图1。冬夏季使用同一管路系统，只需要切换相应阀门。夏季运行：阀2、4、5、7打开，阀1、3、6、8关闭；冬季运行：阀1、3、6、8打开，阀2、4、5、7关闭。

③ 经济性分析

在供水中心采用水源热泵，不用打井，节约打井等费用约50×10⁴元。冬季供热使用20℃的再生水作为热源，水温比环境温度高，甚至高于地下水温度，提高了热泵蒸发温度，制热性能系数相应提高。夏季供冷采用12～13℃的地下水作为冷源，水温比环境温度低，降低了热泵冷凝温度，制冷性能系数相应提高。方案4与打井采取地下水的作为热泵冷热源的不同之处为：冬季采用20℃的再生水作为热源。20℃的再生水经热泵蒸发器换热后温度降至15℃，再生水流量取80t/h，供暖期按150d计算，再生水放出热量为6.02TJ，折合标准煤205t，经济效益显著，而且避免了燃煤导致的有害气体排放。

4 结语

工业厂区，尤其是没有热电联产的区域，采用水源热泵供冷、供热可获得良好的经济和环保效益。大部分工业厂区都有冷热两种水源，可分季使用，节能减排效益更加突出，温度较高的水经热泵吸热后温度降低，回用到工业系统冷却设备效果更好。

(本文作者：孙文合宣化钢铁集团有限责任公司动力厂河北张家口 075105)