磁懸浮式熱泵機(jī)組用于集中供熱的經(jīng)濟(jì)性分析

閻蕭煒

(濟(jì)南熱力集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

1 磁懸浮式熱泵機(jī)組

磁懸浮式壓縮機(jī)(結(jié)構(gòu)見圖1)屬于離心式壓縮機(jī)，主要由進(jìn)口導(dǎo)葉、永磁同步直流電機(jī)、磁懸浮軸承、電機(jī)與軸承控制器等部件組成，是磁懸浮式熱泵機(jī)組的核心。磁懸浮軸承利用磁場(chǎng)使轉(zhuǎn)子懸浮起來，在旋轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生摩擦，不再需要機(jī)械軸承以及配套潤(rùn)滑系統(tǒng)。由于減少了機(jī)械摩擦造成的損耗，磁懸浮式熱泵機(jī)組能效比明顯高于配置傳統(tǒng)離心式壓縮機(jī)以及往復(fù)式、螺桿式壓縮機(jī)的熱泵機(jī)組[1-2]。

圖1 磁懸浮式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)

2 工程概況

為解決濟(jì)南市歷東社區(qū)集中供暖問題，濟(jì)南熱力集團(tuán)下屬山東睿冠電能有限公司于2018年對(duì)該社區(qū)實(shí)施了集中供暖改造，配套建設(shè)歷東社區(qū)熱力站(總供暖面積為2.8×104m2，于2018年12月27日投入運(yùn)行)。熱力站工藝流程見圖2。一級(jí)管網(wǎng)設(shè)計(jì)供、回水溫度分別為95、70 ℃。可實(shí)現(xiàn)磁懸浮式熱泵機(jī)組供熱模式、傳統(tǒng)供熱模式。熱力站一二級(jí)管網(wǎng)進(jìn)出口管均安裝溫度、壓力傳感器以及流量計(jì)。磁懸浮式熱泵機(jī)組蒸發(fā)器、冷凝器進(jìn)出口管均安裝溫度傳感器、流量計(jì)，并單獨(dú)安裝電能表計(jì)量機(jī)組耗電量。自來水經(jīng)軟水裝置軟化處理后，經(jīng)補(bǔ)水泵為二級(jí)管網(wǎng)補(bǔ)水。

圖2 熱力站工藝流程1～8.閥門 9.管道泵

① 磁懸浮式熱泵機(jī)組供熱模式

閥門1、2、4、5、6開啟，調(diào)小閥門3、7、8開度，管道泵開啟。一級(jí)管網(wǎng)供水經(jīng)板式換熱器放熱后部分經(jīng)閥3回到一級(jí)管網(wǎng)，另一部分經(jīng)閥5、管道泵、閥4進(jìn)入磁懸浮式熱泵蒸發(fā)器放熱，最后經(jīng)閥2回到一級(jí)管網(wǎng)。二級(jí)管網(wǎng)回水部分經(jīng)閥8與一級(jí)管網(wǎng)供水在板式換熱器中進(jìn)行換熱升溫，另一部分經(jīng)閥1在磁懸浮式熱泵機(jī)組冷凝器中升溫。經(jīng)過加熱的兩部分二級(jí)管網(wǎng)回水分別經(jīng)閥7、閥6混合后向用戶提供熱水，在用戶端放熱后回到熱力站繼續(xù)升溫。為控制磁懸浮式熱泵機(jī)組蒸發(fā)器的進(jìn)水溫度，通過一級(jí)管網(wǎng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥對(duì)經(jīng)過板式換熱器的一級(jí)管網(wǎng)流量進(jìn)行調(diào)控。

② 傳統(tǒng)供熱模式

作為磁懸浮式熱泵機(jī)組故障工況下的應(yīng)急供熱模式，傳統(tǒng)供熱模式閥門3、7、8開啟，其他閥門關(guān)閉，管道泵關(guān)閉。一級(jí)管網(wǎng)供水經(jīng)板式換熱器一級(jí)側(cè)放熱降溫后回到一級(jí)管網(wǎng)。二級(jí)管網(wǎng)回水經(jīng)板式換熱器二級(jí)側(cè)吸熱升溫后向用戶提供熱水，在用戶端放熱后回到熱力站繼續(xù)升溫。

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

對(duì)熱力站2018年12月27日—2019年3月15日的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。2018年12月27日—2019年3月15日一級(jí)管網(wǎng)日平均供回水溫度見圖3。由圖3可知，與僅采用板式換熱器換熱的傳統(tǒng)供熱模式相比，采取磁懸浮式熱泵機(jī)組供熱模式可有效降低一級(jí)管網(wǎng)回水溫度。2018年12月27日—2019年3月15日一級(jí)管網(wǎng)日平均回水溫度的平均值為24.9 ℃。2018年12月27日—2019年3月15日磁懸浮式熱泵機(jī)組日平均制熱性能系數(shù)見圖4。由圖4可知，2018年12月27日—2019年3月15日磁懸浮式熱泵機(jī)組的日平均制熱性能系數(shù)比較高，且制熱季節(jié)能效比達(dá)到了8.93。

圖3 2018年12月27日—2019年3月15日一級(jí)管網(wǎng)日平均供回水溫度

圖4 2018年12月27日—2019年3月15日磁懸浮式熱泵機(jī)組日平均制熱性能系數(shù)

根據(jù)磁懸浮式熱泵機(jī)組冷凝器的進(jìn)出水溫度、質(zhì)量流量，可計(jì)算得到日平均制熱功率，進(jìn)而計(jì)算得到2018年12月27日—2019年3月15日磁懸浮式熱泵機(jī)組制熱量為4 957.33 GJ。螺桿式熱泵機(jī)組、磁懸浮式熱泵機(jī)組制熱季節(jié)能效比分別取5.10、8.93，可計(jì)算得到2018年12月27日—2019年3月15日兩種熱泵機(jī)組的耗電量分別為27.00×104、15.42×104kW·h。

為計(jì)算供暖期(2018年11月15日—2019年3月15日)熱泵機(jī)組耗電量，將2018年11月15日—12月26日室外溫度與2019年2月2日—3月15日視為對(duì)稱，由此可計(jì)算得到螺桿式熱泵機(jī)組、磁懸浮式熱泵機(jī)組供暖期耗電量分別為39.36×104、22.48×104kW·h。電價(jià)按0.9元/(kW·h)計(jì)算，磁懸浮式熱泵機(jī)組供暖期可節(jié)省電費(fèi)15.19×104元。

螺桿式熱泵機(jī)組、磁懸浮式熱泵機(jī)組的購置費(fèi)分別為65×104、120×104元，磁懸浮式熱泵機(jī)組多出的55×104元購置費(fèi)可在3.62 a收回。

4 結(jié)論

介紹磁懸浮式熱泵機(jī)組關(guān)鍵設(shè)備——磁懸浮式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)。結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)采用磁懸浮式熱泵機(jī)組(將板式換熱器一級(jí)側(cè)出口的一級(jí)管網(wǎng)回水作為低溫?zé)嵩?熱力站的一級(jí)管網(wǎng)供回水溫度、磁懸浮式熱泵機(jī)組制熱性能系數(shù)進(jìn)行實(shí)測(cè)分析。比較螺桿式熱泵機(jī)組、磁懸浮式熱泵機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

① 與僅采用板式換熱器換熱的傳統(tǒng)供熱模式相比，采取磁懸浮式熱泵機(jī)組供熱模式可有效降低一級(jí)管網(wǎng)回水溫度。

② 磁懸浮式熱泵機(jī)組的日平均制熱性能系數(shù)比較高，制熱季節(jié)能效比可達(dá)到8.93。

③ 螺桿式熱泵機(jī)組、磁懸浮式熱泵機(jī)組供暖期耗電量分別為39.36×104、22.48×104kW·h。電價(jià)按0.9 元/(kW·h)計(jì)算，磁懸浮式熱泵機(jī)組供暖期可節(jié)省電費(fèi)15.19×104元。螺桿式熱泵機(jī)組、磁懸浮式熱泵機(jī)組的購置費(fèi)分別為65×104、120×104元，磁懸浮式熱泵機(jī)組多出的55×104元的購置費(fèi)可在3.62 a收回。