制藥工廠工藝生產(chǎn)余熱水在空調(diào)系統(tǒng)中的利用

劉 欣 隋鈺泉 沈 森 張立閔

（1.煙臺(tái)荏原空調(diào)設(shè)備有限公司，山東煙臺(tái)265500；2.山東貝格建筑設(shè)計(jì)有限公司，山東煙臺(tái)264000）

1 項(xiàng)目概況

某制藥有限公司是中藥制藥企業(yè)，建筑面積約10 000 m2，原廠區(qū)制冷利用風(fēng)冷模塊機(jī)為冷源，采暖利用燃?xì)忮仩t為熱源。生產(chǎn)工藝的余熱，通過冷卻塔散發(fā)到大氣中。

本文將對(duì)此現(xiàn)狀進(jìn)行節(jié)能改造，利用余熱水源熱泵技術(shù)制冷制熱，同時(shí)制取生活熱水。

2 節(jié)能改造目標(biāo)

節(jié)能環(huán)保是本次改造的重要目標(biāo)之一。

其目的是降低企業(yè)公用設(shè)施的運(yùn)營(yíng)成本，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，打造舒適、節(jié)能、綠色環(huán)保型企業(yè)。

本次節(jié)能改造的目標(biāo)：

（1）提高制冷、采暖系統(tǒng)的可靠性和安全性；

（2）提高制冷、采暖系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，保證系統(tǒng)穩(wěn)定、高效運(yùn)行；

（3）在保證系統(tǒng)安全、舒適的前提下，回收利用廠區(qū)的余熱，提高能源利用效率及設(shè)備的利用效率，獲取良好的節(jié)能收益。

3 原空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷及工藝生產(chǎn)余熱水參數(shù)

3.1 空調(diào)冷負(fù)荷

原有空調(diào)機(jī)組總制冷量為450 kW，設(shè)備參數(shù)如表1所示。

表1 原有空調(diào)主機(jī)參數(shù)表

改造前空調(diào)系統(tǒng)的總制冷量為450 kW，考慮到氣候變暖以及極端天氣情況，現(xiàn)預(yù)留5%的制冷余量，即夏季制冷的總冷負(fù)荷為475 kW。

3.2 空調(diào)熱負(fù)荷

空調(diào)采暖熱負(fù)荷指標(biāo)為75 W/m2，采暖建筑面積約3 000 m2，空調(diào)區(qū)熱負(fù)荷約為225 kW，考慮到極端天氣情況，預(yù)留5%的采暖余量，故空調(diào)區(qū)空調(diào)總熱負(fù)荷為236 kW。

3.3 生活熱水負(fù)荷

根據(jù)用戶提供數(shù)據(jù)，廠區(qū)內(nèi)日用生活熱水水量Qr為21 m3（其中65 ℃熱水12 m3），高峰時(shí)刻用熱水量Vg為40人×120 L/人=4.8 m3。為保證高峰洗浴用水量，蓄熱水罐容積為5 m3。

日加熱量Qd=QrCρr（tr-tl）=12×1 000×4.187×1×（65-15）=2 512 200 kJ

高峰小時(shí)耗熱功率=1.163 Vg（tr-tl）=1.163×4.8×（65-15）=279.12 kW

式中 C——水比熱容4.187，kJ/kg·℃；

ρr——熱水密度，kg/L；

tr——熱水設(shè)計(jì)溫度，℃；

tl——冷水設(shè)計(jì)溫度，℃。

3.4 余熱水參數(shù)

該余熱水為工藝生產(chǎn)冷卻水，循環(huán)水量450 m3/h，全年水溫情況如表2所示。

表2 冷卻水系統(tǒng)水溫參數(shù)

4 節(jié)能改造方案

4.1 夏季制冷

現(xiàn)狀：目前采用3臺(tái)風(fēng)冷機(jī)組為車間內(nèi)組合式空調(diào)箱提供冷水。以上設(shè)備均已使用年限過長(zhǎng)，單臺(tái)機(jī)組COP值低，能耗高，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)集中控制管理，造成大量電力能耗的浪費(fèi)。

改造后：采用1臺(tái)余熱水源熱泵機(jī)組，在夏季運(yùn)行制冷模式提供冷凍水。主機(jī)采用熱回收技術(shù)，在供冷的同時(shí)熱回收冷凝熱量，免費(fèi)為洗浴提供熱水。

4.2 冬季采暖

現(xiàn)狀：冬季采用燃?xì)忮仩t制取的蒸汽采暖。

改造后：取消蒸汽采暖模式，采用同一臺(tái)余熱水源熱泵機(jī)組，冬季機(jī)組運(yùn)行制熱模式，從冷卻水中提取熱量，提供采暖和洗浴用熱水。

4.3 廠區(qū)洗手、洗澡生活熱水系統(tǒng)

現(xiàn)狀：廠區(qū)的生活熱水采用蒸汽換熱形式，凝水就地排放。改造后：取消蒸汽制熱水模式，夏季利用同一臺(tái)余熱水源熱泵機(jī)組，在制冷同時(shí)熱回收冷凝熱量，免費(fèi)制取生活熱水。冬季同采暖模式。

4.4 工藝?yán)鋮s塔

現(xiàn)狀：目前冷卻塔使用年限長(zhǎng)，體積大，換熱效率降低，整體運(yùn)行能耗過高。

改造后：更換成高效率方型橫流冷卻塔，配置導(dǎo)向消聲出風(fēng)筒，可有效地避免冷卻水蒸發(fā)后飄浮到建筑物墻面。冷卻塔采用模塊化組合，可根據(jù)負(fù)荷變化，調(diào)整冷卻塔風(fēng)機(jī)開啟臺(tái)數(shù)，且冬季時(shí)無(wú)需開啟風(fēng)機(jī)，整體運(yùn)行更加節(jié)能，檢修方便。

舊制冷系統(tǒng)及改造后的制冷系統(tǒng)如圖1、圖2所示，冷熱源機(jī)房3D系統(tǒng)圖如圖3所示。

圖1 舊制冷系統(tǒng)

圖2 改造后的制冷系統(tǒng)

圖3 冷熱源機(jī)房3D系統(tǒng)圖

5 改造前后綜合比較

節(jié)能改造后的空調(diào)系統(tǒng)于2013年11月正式投入使用，系統(tǒng)運(yùn)行良好，用戶對(duì)使用效果非常滿意。另外，新系統(tǒng)選用高效節(jié)能環(huán)保型設(shè)備，加強(qiáng)了企業(yè)節(jié)能環(huán)保意識(shí)，并在當(dāng)?shù)仄鸬搅斯?jié)能減排的帶頭作用，其意義深遠(yuǎn)。

節(jié)能效果如下：

原系統(tǒng)在改造之前年運(yùn)行費(fèi)用合計(jì)為：101.87萬(wàn)元，改造后系統(tǒng)的年運(yùn)行費(fèi)用合計(jì)為：42.76萬(wàn)元，具體數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 改造前后運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比

6 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目利用余熱水源熱泵技術(shù)制冷制熱，同時(shí)制取生活熱水。

通過此技術(shù)，夏季制冷效率更高，冬季使得工藝?yán)鋮s水中的余熱得到利用，降低了工藝生產(chǎn)余熱向環(huán)境中的排放，節(jié)約了能源，有效響應(yīng)了國(guó)家節(jié)能減排政策。

該項(xiàng)目的順利實(shí)施，在取得良好社會(huì)效益的同時(shí)，為企業(yè)帶來了直接可觀的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益。

[1]陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].2版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]中國(guó)氣象局氣象信息中心氣象資料室，清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系.中國(guó)建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

[3]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司，中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施暖通空調(diào)·動(dòng)力[M].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.