水源熱泵中央空調在燃機電廠的運用

黃西衛

摘 要： 江蘇華電儀征燃機熱電有限公司，采用了水源熱泵中央空調系統，針對燃機電廠天然氣全年加熱的應用需求，設計出冬季運用熱泵技術提取循環水廢熱和夏季運用空調冷凝熱加熱天然氣的系統，該系統同時兼顧全廠空調制冷和加熱需求。具有明顯的節能環保技術優勢。

關鍵詞： 水源熱泵；燃機電廠；天然氣冷能；循環水廢熱；空調冷凝熱回收；節能；環保

1概述

江蘇華電儀征熱電有限公司現建設3×200MW級燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯產機組。采用“西氣東輸”的天然氣，年額定耗氣量約為8.70×108Nm3。循環水采用帶自然通風冷卻塔的二次循環系統。暖通系統一采用水源熱泵機組為建筑物提供制冷、制熱同時為天然氣提供全年加熱。

2水源熱泵工作原理

2.1水源熱泵在我公司的應用原理

夏季制冷時，利用水源熱泵冷凝廢熱對天然氣進行加熱，既加熱了天然氣又減少了冷卻水通過冷卻塔冷卻的量，節省了大量的原水；冬季制熱時，水源熱泵吸收凝汽器回水的低位熱能，采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現低位熱能向高位熱能轉移，滿足天然氣加熱及全公司供熱的需求。

2.2水源熱泵熱力學分析

水源熱泵機組，在低品位熱水溫度9-20℃條件下，制熱系數cop=3.6-4.1；在冷卻水溫度15-30℃條件下，制冷能效比EER=5.5-4.3。

2.3我公司低品位熱水溫度參數及冷源（天然氣）溫度參數

根據實際運行數據統計，冬季循環水回水溫度達到26.2℃，是熱泵理想的低溫熱源。夏季天然氣溫度最高只有20℃，是熱泵理想的低溫冷源。

3全年冷熱負荷分析

根據統計數據，我公司生產及辦公區域冷負荷為2867kw，熱負荷為3268kw。全年天然氣加熱負荷：冬季為1800kw，夏季為1200kw，春秋季為1300kw。根據電廠的運行特點，集控室和電子、電氣設備間空調系統供冷時間為每年的5月上旬至10月下旬；空調供熱時間從每年的11月到次年的3月。天然氣加熱負荷基本恒定。綜合考慮全年冷熱負荷，考慮同時使用系數，冬季最大加熱量：5100kW；夏季空調冷負荷：2870kW。

4水源熱泵節能分析

4.1節能分析

節能分析從兩種方案著手，分析每個方案在滿負荷情況下所消耗的一次能源（標準煤耗）。標準煤耗取7000Kcal/kg（29302Kj/Kg），電廠鍋爐熱效率取93%，電廠發電效率取39%。

4.1.1水源熱泵機組方案能耗計算：制冷工況耗電量（Kw），水源熱泵主機340×2=680、冷水循環泵45×2=90、冷卻水循環泵45×2=90、天然氣吸熱（性能系數1：4）1200/4=-300，合計：560（kw）電力，折合標準煤耗1435.9×860/7000=176（kg/h）。制熱工況耗電量（Kw），水源熱泵主機340×2=680、冷水循環泵45×2=90、冷卻水循環泵45×2=90、低溫熱水循環泵22、凝汽器回水取熱（制熱性能系數1：4），循環水水耗1.5kg/kw。低溫熱水泵流量132T/h，5100/4=1275（kw），1275×1.5=-1.9（噸）。合計：874.5（kw）電力，減少水耗1.9T/h，折合標準煤耗，2242×860/7000=275（kg/h）。

4.1.2螺桿式冷水機組+汽-水換熱器方案能耗計算：制冷工況耗電量（Kw），螺桿式冷水機組310×2﹦620、冷水循環泵45×2=90、冷卻水循環泵45×2=90、 汽-水換熱器45×2﹦90、耗汽功率（kw）1200，合計：890（kw）電力+1200（kw）蒸汽，一次能源消耗890/0.39+1200/0.93=3572（kw），折合標準煤耗3572×860/7000=438（kg/h）。制熱工況耗電量（Kw），冷（熱）水循環泵45×2=90、 汽-水換熱器45×2﹦90、耗汽功率（kw）5100，合計：180（kw）電力+5100（kw）蒸汽，一次能源消耗180/0.39+5100/0.93=5945（kw），折合標準煤耗5945×860/7000=730（kg/h）。

4.2全年節能比較

在此夏季按90天，每天24小時，滿負荷率為50%來計算標準煤耗；冬季按90天，每天24小時，滿負荷率為70%來計算標準煤耗；春、秋季按180天，每天24小時，滿負荷率為25%來計算標準煤耗。

夏季制冷工況節省的標準煤耗為：（438-176）×24×90×50%=282960kg=283（噸）。

冬季制熱工況節省的標準煤耗為：（730-275）×24×90×50%=491400kg=491.4（噸）。

春、秋季制冷工況節省的標準煤耗為：（438-176）×24×180×25%=282960kg=283（噸）。

與螺桿式機組方案對比節省標煤1057（噸）。

5結論

5.1環保

制冷時，水源熱泵利用天然氣作為冷源，部分冷卻塔循環水作為補充，通過少量的高位電能輸入，實現了水源熱泵機組冷凝器產生的廢熱向天然氣轉移的目的，減少了碳排放、節省了原水。制熱時，水源熱泵吸收凝汽器回水的低位熱能，實現低位熱能向高位熱能轉移，減少了冷卻塔水耗。

5.2高效

水源熱泵機組可利用的水體溫度冬季為26.2℃，水體溫度比環境空氣溫度高，所以熱泵循環的蒸發溫度提高，能效比也提高。而夏季天然氣為20℃比環境空氣溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，機組效率提高。

5.3節能環保

水源熱泵機組與螺桿式機組方案對比節省標煤1057（噸）。在節能的同時還減少和降低了發電時一次能源消耗過程中產生的污染排放和溫室效應。

5.4沒有任何污染

我公司不使用水源熱泵通常使用的地表水、地下水，更加環保，這也是水源熱泵空調在燃機電廠運用的一大特色。

參考文獻

[1]水源熱泵使用說明書.

[2]周鴻昌能源與節能技術1996.

[3]龍恩深冷熱源工程2002.endprint