淺談熱泵技術(shù)的應(yīng)用

尹建芳，李燎原，武寶珍

(西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司東曲礦，山西 古交 030200)

熱泵技術(shù)是近年來(lái)在全世界倍受關(guān)注的新能源技術(shù)，目前在國(guó)內(nèi)也廣泛應(yīng)用。熱泵是一種能從自然界的空氣、水或土壤中獲取低位熱，經(jīng)過(guò)電力驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)做功，輸出可被人們所用的高品位熱的設(shè)備，是一種節(jié)能、環(huán)保、清潔的采暖和熱水設(shè)備。

1 水源熱泵可以解決的問(wèn)題

水源熱泵可取代傳統(tǒng)鍋爐房，為煤炭、鋼鐵等生產(chǎn)企業(yè)提供一年四季的洗浴熱水;取代傳統(tǒng)鍋爐房，提供工業(yè)和民用建筑物采暖;取代中央空調(diào)機(jī)組，為工業(yè)和民用辦公生活場(chǎng)所提供夏季空調(diào)。

2 熱源水泵系統(tǒng)的基本組成和原理

熱泵一般由四部分組成:壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器(散熱器)和節(jié)流閥。外圍部分包括:10℃以上(最理想的溫度范圍為12℃ ～30℃)低溫循環(huán)水池或循環(huán)水源系統(tǒng)、55℃左右高溫循環(huán)水池或循環(huán)水系統(tǒng)。

其工作流程為:1)低溫低壓的液態(tài)制冷劑(例如氟利昂)，在蒸發(fā)器內(nèi)從低溫?zé)嵩?例如低溫水)吸熱并汽化。2)壓縮機(jī)汽化后的氟利昂氣體壓縮，此時(shí)氟利昂變成高溫高壓氣體。3)高溫高壓氣體氟利昂經(jīng)節(jié)流閥后進(jìn)入散熱器，體積增大，冷卻凝結(jié)成液體氟利昂，同時(shí)釋放出熱量。如此完成一個(gè)熱能搬運(yùn)循環(huán)，見圖1。

3 東曲礦廢熱資源利用分析

目前，西山煤電(集團(tuán))公司東曲礦每天洗浴熱水用水量約為800 m3，廢水排水量按用水量的80%回收，約640 m3/d洗浴廢水可以利用，考慮礦井的發(fā)展前景，當(dāng)生產(chǎn)能力擴(kuò)大到600萬(wàn)t后，職工人數(shù)增加，每天洗澡熱水量將達(dá)1 300 m3，則每天可以回收利用的洗浴廢水將達(dá)1 000 m3，春夏秋三季洗浴廢水排水溫度穩(wěn)定在31℃左右。目前洗浴廢水直接排入生活污水管路，其中蘊(yùn)含的大量低溫?zé)崮芪吹玫嚼谩Ｈ绨凑?2℃溫差進(jìn)行提熱，應(yīng)用熱泵機(jī)組運(yùn)行16 h，按照熱泵機(jī)組的綜合能效比COP為4.5計(jì)算，則熱泵機(jī)組提取廢熱后可提供的熱量為1 315 kW;考慮生產(chǎn)能力擴(kuò)大到600萬(wàn)t后，洗浴熱水量增加到1 300 m，則可提供熱量為2 056 kW。

圖1 熱泵工作原理示意圖

此外，礦井日排水量約為5 000～6 000 m3/d，春夏秋三季的排水溫度9℃ ～12℃，在西平硐附近設(shè)有1 200 m3的礦井水池，蘊(yùn)含的低溫?zé)崮芤部梢酝ㄟ^(guò)熱泵技術(shù)提取應(yīng)用。如機(jī)組每天運(yùn)行20 h，則礦井水每小時(shí)可為熱泵機(jī)組提供的用水量250 m3，春夏秋三季的排水溫度按最不利9℃計(jì)算，經(jīng)過(guò)提取熱量后為5℃，按照熱泵機(jī)組的綜合能效比COP為4.5計(jì)算，則可產(chǎn)生的熱量為:1 495 kW。綜上，可提供的冷熱源統(tǒng)計(jì)見表1，表2。

表1 生產(chǎn)能力達(dá)600萬(wàn)t以上時(shí)廢熱資源統(tǒng)計(jì)表

表2 現(xiàn)有廢熱資源統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)公共浴室給水排水設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)定，在該礦洗浴用水量為800 m3時(shí)，洗浴小時(shí)耗熱量為2 732 kW，在洗浴用水量為1 300 m3時(shí)，小時(shí)耗熱量為3 325 kW。

綜上，得出洗浴熱水熱量供需對(duì)比見表3。

表3 洗浴熱水熱量供需對(duì)比表

從表3可以看出，回收洗浴廢水和礦井水的熱量完全可以滿足福利樓洗浴熱水春夏秋三季的用熱需求。

4 熱泵技術(shù)特點(diǎn)

熱泵技術(shù)是一種以可再生能源—淺層低溫?zé)崮?包括淺層地下水、生活污水、工業(yè)廢水、礦井水、礦井總回風(fēng)等蘊(yùn)藏的低品位熱能)為熱源的新型、節(jié)能環(huán)保型冷暖中央空調(diào)系統(tǒng)。它具有冬季向建筑物供暖，夏季向建筑物供冷及常年提供衛(wèi)生熱水的功能，是一種以消耗少量電能為代價(jià)，能將大量無(wú)用的低溫?zé)崮茏優(yōu)橛杏玫母邷責(zé)崮艿难b置。

采用洗浴熱水、煤礦排水廢熱回收熱泵技術(shù)方案優(yōu)點(diǎn)如下:

1)高效節(jié)能。

水源熱泵的能效比(COP值)理論計(jì)算為7，實(shí)際運(yùn)行中可達(dá)4～6。

2)利用可再生能源利用技術(shù)。

通過(guò)熱泵技術(shù)回收洗浴廢水、礦井水中蘊(yùn)藏的低溫?zé)崮?，為一年四季洗浴熱水提供熱源，廢熱回收利用、符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)原理。

3)節(jié)水省地。

以洗浴廢水、礦井水為冷熱源，向其放出熱量或吸收熱量，不消耗水資源，不會(huì)對(duì)其造成污染;省去了鍋爐房及附屬設(shè)備、煤場(chǎng)等，機(jī)房面積大大小于常規(guī)鍋爐房，節(jié)省建筑空間又美觀。

4)節(jié)能、減排效益顯著。

熱泵機(jī)組供熱時(shí)省去了燃煤、燃?xì)獾儒仩t房系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不燃煤，無(wú)燃燒過(guò)程，避免了排煙、排污等污染。不產(chǎn)生廢渣、廢水、廢氣和煙塵，不會(huì)產(chǎn)生城市熱島效應(yīng)，對(duì)環(huán)境非常友好，是環(huán)保產(chǎn)品。

5 熱泵技術(shù)項(xiàng)目效益分析

1)變廢為寶。符合國(guó)家循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排產(chǎn)業(yè)政策和山西省委省政府轉(zhuǎn)型發(fā)展的總體要求;實(shí)質(zhì)性減輕全局環(huán)保壓力，節(jié)約煤炭資源;全面提升企業(yè)形象品位。

2)經(jīng)濟(jì)效益:與燃?xì)忮仩t運(yùn)行成本費(fèi)用相比，該項(xiàng)目將為企業(yè)直接節(jié)約費(fèi)用690萬(wàn)元。

3)社會(huì)效益:該項(xiàng)目不出渣、零排放，每年減排CO2總量為 31 870.8 t，減排 SO2總量為 245 t，改善礦區(qū)居住環(huán)境，為碧水藍(lán)天做出了貢獻(xiàn)，既是德政工程，也是民心工程。

4)符合我國(guó)環(huán)保保護(hù)與能源節(jié)約的政策，同時(shí)還符合申請(qǐng)政府發(fā)改委、經(jīng)信委、環(huán)保主管部門等部門最高達(dá)投資額30%的項(xiàng)目政策獎(jiǎng)勵(lì)條件。

東曲礦熱泵技術(shù)的應(yīng)用將使洗浴廢水、礦井水源中的低品位熱能轉(zhuǎn)化為高品位熱能，提供春夏秋三季洗浴熱水和冬季部分洗浴用水用熱需求。切實(shí)解決該礦燃?xì)鉅t加熱洗浴熱水高耗能的實(shí)際問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)效益可觀、社會(huì)效益顯著，還能享受國(guó)家有關(guān)政策表彰獎(jiǎng)勵(lì)，宜積極采用。