高溫水源熱泵工業(yè)廢水摘要：針對目前傳統(tǒng)方式供暖的現(xiàn)狀，介紹了一種全新的工業(yè)余熱水、高溫水源熱泵的供暖方案。在比較了各種常規(guī)的供暖模式的經(jīng)濟(jì)及環(huán)保效益的同時(shí)，為低溫地?zé)崴?、地?zé)嵛菜捌渌鞣N溫度在30～60℃之間的中低品位余熱水資源提供了一種高效、合理的利用途徑。用高溫水源熱泵機(jī)組對各類中低品位的余熱資源進(jìn)行余熱回收，應(yīng)用于我國北方城市的冬季供暖是熱電聯(lián)產(chǎn)供暖方式的必要、有力的補(bǔ)充。有關(guān)部門應(yīng)給予重視及大力推廣。關(guān)鍵詞：高溫水源熱泵；供暖；工業(yè)余熱水；節(jié)能；環(huán)保中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼：文章編號：一、我國能源現(xiàn)狀、環(huán)境及高溫水源熱泵供暖解決環(huán)境污染和能源危機(jī)問題是當(dāng)今全人類的共同課題。在發(fā)達(dá)國家中，供熱和空調(diào)的能耗可占到社會總能耗25-30%；我國的能源消耗因能源利用方式不同、利用效率水平低及節(jié)能建筑推廣慢等因素，建筑耗能的比例則更高。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，公共建筑和住宅的供熱和空調(diào)已成為普遍的需求。我國的能源結(jié)構(gòu)主要依*礦物燃料，并且是以煤炭為主，燃煤所造成的大氣污染是嚴(yán)重的。1998年我國大氣排放中CO2為6～7億噸（其中85％是由燃煤排放形成），SO2的排放為1593萬噸（其中90％是由燃煤排放形成），排放的工業(yè)煙塵為1175萬噸（其中73％是由燃煤排放形成），其中CO2為溫室效應(yīng)的元兇，SO2、NOX等有害氣體和大氣中的總懸浮顆粒物是大氣環(huán)境污染的主要成因，1999年中國環(huán)境狀況公報(bào)中統(tǒng)計(jì)了338座城市中的137座城市超過了國家空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)，占統(tǒng)計(jì)城市的40.5%。環(huán)境污染問題已成為我國可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素。根據(jù)國家環(huán)保局計(jì)算，中國環(huán)境問題所造成的經(jīng)濟(jì)損失占國家生產(chǎn)總值的10％左右。環(huán)境問題已日益成為各國政府和公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。我國的供熱已經(jīng)歷了一家一戶的小煤爐到燃煤鍋爐的轉(zhuǎn)變，現(xiàn)在又進(jìn)一步禁止在城鎮(zhèn)建設(shè)中小型燃煤鍋爐房，體現(xiàn)了政府對保護(hù)大氣環(huán)境的高度重視。因此，除了熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱的型式以外，急需發(fā)展其他的替代供熱方式。隨著可持續(xù)發(fā)展和人們環(huán)保意識的提高，環(huán)保和節(jié)能已成為建筑能耗的首要問題。從可持續(xù)發(fā)展的角度看，利用可再生能源及提高能源利用效率是降低建筑能耗的根本途徑。我國能源緊缺，一次能源及各種余熱資源利用水平較低，特別是對于30℃～60℃溫度段上的余熱資源的能量利用水平和效率更低。為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，國家制定了“十五能源發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃”：要求調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，減少燃煤造成的污染，大力發(fā)展新能源可再生能源的利用技術(shù)，其中提到要開發(fā)這種中低品位余熱資源利用的熱泵技術(shù)，以充分利用余熱資源及有效地保護(hù)環(huán)境。北京市科委立項(xiàng)，清華大學(xué)熱能系和北京清源世紀(jì)科技有限公司共同研制開發(fā)出的QYHP系列的高溫水源熱泵機(jī)組，采用了高溫環(huán)保工質(zhì)HTR01,解決了以往熱泵傳統(tǒng)工質(zhì)高溫工況下工作壓力過高的技術(shù)瓶頸，保證了設(shè)備在高溫工況下運(yùn)行的安全可 *。 QYHP系列高溫水源熱泵可將各類 30-60℃的余熱水直接利用，經(jīng)熱泵機(jī)組進(jìn)行能量提升將溫度升到70-90℃，適用于各種供暖方式，解決了高寒地區(qū)的余熱熱泵供暖以及用高溫水源熱泵取代燃煤鍋爐仍可利用暖氣片熱水式熱力循環(huán)系統(tǒng)的采暖改造問題。被利用后的余熱水排水溫度最低可低于 10℃，符合環(huán)保的要求。制熱工況 COP可達(dá)到3.5以上，也就是說，花費(fèi)一份代價(jià)，可以得到3.5倍以上的熱量。用高溫水源熱泵機(jī)組對各類中低品位的余熱資源進(jìn)行余熱回收，沒有燃燒過程，不排放廢水、廢氣、廢物，利用的是各種余熱資源屬于可再生能源，符合可持續(xù)發(fā)展及環(huán)保的要求，與傳統(tǒng)的各種礦物燃料鍋爐及電鍋爐相比，節(jié)能及環(huán)境效益十分明顯，更具有良好的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性（見表一）。高溫水源熱泵在辦公樓、賓館、醫(yī)院、飯店、別墅、住宅小區(qū)等建筑的采暖和空調(diào)的實(shí)際工程項(xiàng)目中正日益得到廣泛的應(yīng)用，同時(shí)隨著節(jié)能、環(huán)保意識的提高及工作的展開，高溫水源熱泵也正在逐步應(yīng)用于工業(yè)余熱水的回收利用，回收后的能量用于冬季供暖或生產(chǎn)工藝，并逐漸應(yīng)用于石油、化工、冶金、紡織、食品等各行業(yè)。用高溫水源熱泵機(jī)組對各類中低品位的余熱資源進(jìn)行余熱回收，應(yīng)用于我國北方城市的冬季供暖，是熱電聯(lián)產(chǎn)供暖方式的必要、有力的補(bǔ)充。有關(guān)部門及業(yè)內(nèi)人士理應(yīng)給予高度重視，同時(shí)國家亦應(yīng)制定相應(yīng)的政策大力推廣。二、項(xiàng)目簡介河南鄭州某廠，其鑄造車間因工藝需要對工業(yè)爐進(jìn)行爐體冷卻，產(chǎn)生大量的40-45℃的工業(yè)爐冷卻循環(huán)水，其水質(zhì)情況為雜質(zhì)較多，但腐蝕性低。采用高溫水源熱泵對該冷卻水進(jìn)行余熱回收，制取75℃高溫?zé)崴畬δ┒藶樯崞髌?000㎡辦公樓實(shí)行冬季供暖。三、負(fù)荷計(jì)算1、設(shè)計(jì)所需相關(guān)規(guī)范：采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ19-87建筑通風(fēng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范 GBJ16-83室內(nèi)空調(diào)舒適溫度GB5701-83辦公建筑設(shè)計(jì)規(guī)范JG67-892、采暖室外計(jì)算參數(shù)干球溫度(℃)大氣壓力(Kpa)冬季-5.01020.43、采暖室內(nèi)計(jì)算參數(shù) 冬季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度 t=18--22℃4、負(fù)荷計(jì)算 取面積熱指標(biāo)： q=60W/ ㎡供暖總建筑面積： F=8000 ㎡冬季總熱負(fù)荷：Q=q×F=60×8000=480kW四、工藝方案40-45℃工業(yè)余熱水經(jīng)簡單處理（除砂，雜質(zhì)過濾，加藥或用電子水處理儀防結(jié)垢）后，應(yīng)用板式換熱器進(jìn)行熱交換，輸出37-42℃二次熱水（軟水）進(jìn)高溫水源熱泵機(jī)組進(jìn)行能量提升，高溫水源熱泵機(jī)組輸出75℃的熱水供8000㎡辦公樓冬季采暖。工業(yè)余熱水水溫降為33-38℃，可使生產(chǎn)工藝中的爐體冷卻效果更好。建議供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用進(jìn)回水雙垂直立管的系統(tǒng)（新建項(xiàng)目的供暖系統(tǒng)均應(yīng)采用這種方式），室內(nèi)散熱器片的面積應(yīng)比傳統(tǒng)的95℃供水70℃回水的單管垂直串聯(lián)方式的供暖系統(tǒng)增加40%。設(shè)備選型：（設(shè)備選型應(yīng)為480kw×1.1＝528kw）擬選用兩臺北京清源世紀(jì)科技有限公司生產(chǎn)的QYHP-300H型的高溫水源熱泵機(jī)組，兩臺機(jī)組制熱量共為624KW，一次水水量為84t/h，二次水量為66t/h，需工業(yè)余熱水量為76－80t/h，電源額定功率為190KW。這樣選型的好處是：在大約80%的供暖時(shí)間僅需開啟一臺機(jī)組（311kw，38.88w/㎡）就可滿足系統(tǒng)負(fù)荷的需求，在較冷的季節(jié)可同時(shí)開啟兩臺設(shè)備以滿足負(fù)荷需求，既減少了機(jī)組的開啟次數(shù)又節(jié)約了運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)在一臺設(shè)備出現(xiàn)故障進(jìn)行維修的時(shí)候可啟用另外一臺熱泵機(jī)組，系統(tǒng)尚有較強(qiáng)的供熱能力。機(jī)組除冬季供暖外，尚有320KW的制冷能力，可約為4000㎡普通建筑物實(shí)施夏季供冷。機(jī)組可利用各種余熱水全年提供生活熱水。除采暖季外，在適當(dāng)加設(shè)熱水箱的前提下，可為約1000人提供生活熱水的需求（每人每天生活熱水按160升考慮）。提供生活熱水的費(fèi)用約為同樣輸出功率的電鍋爐的13.3%，燃?xì)忮仩t的33.2%，燃油鍋爐的18.7%，經(jīng)濟(jì)效率十分可觀（經(jīng)濟(jì)性分析詳見表二）。兩臺高溫水源熱泵機(jī)組的額定電機(jī)輸入功率為：190KW。五、流程示意圖圖見附圖75℃60℃37-42℃40-45℃33-38℃六、經(jīng)濟(jì)性分析（一）、各種供暖方式就一次性投資及運(yùn)行成本的經(jīng)濟(jì)性比較分析高溫水源熱泵除具有環(huán)保的特點(diǎn)外，更具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢，下面將利用各種余熱資源采用高溫水源熱泵的供暖方式同現(xiàn)行的各種供暖方式（市政熱力、燃煤鍋爐房供熱、燃油鍋爐房供熱、燃?xì)忮仩t房供熱、分戶燃?xì)夤幔鸵淮涡酝顿Y、運(yùn)行成本依據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（結(jié)合類似工程的造價(jià)情況及有關(guān)設(shè)備、材料、施工定額價(jià)格估算而得）等作分析比較如下表：表一：各種供暖方式就一次性投資及運(yùn)行成本的經(jīng)濟(jì)性比較分析表供熱方式耗能量（/m2年）運(yùn)行成本（元/m2年）一次性投資（元/m2）市政熱力024150燃煤鍋爐38.7Kg11.650燃油鍋爐升37.425燃?xì)忮仩t12.8m32330分戶燃?xì)?2.8m32370電鍋爐104.5kw41.840高溫水源熱泵26.5kw10.6說明：1、電價(jià)05元/（KWh）、低谷電價(jià)02元/（KWh），每日低谷電價(jià)運(yùn)行8小時(shí)、天然氣價(jià)18元/m3、煤價(jià)300元/t、自來水32元/t、燃油34元/L。2、單位建筑面積熱負(fù)荷：設(shè)備選型按60W/㎡，實(shí)際運(yùn)行按3182W/㎡計(jì)?。ㄏ到y(tǒng)24小時(shí)不間斷運(yùn)行的全年平均值）。采暖系統(tǒng)運(yùn)行按130天/年。3、燃料燃燒值按國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)取，燃煤鍋爐效率η取055，燃?xì)忮仩t效率η取090，燃油鍋爐效率η取090，電鍋爐效率η取095，水源熱泵機(jī)組COP=375。4、運(yùn)行費(fèi)只計(jì)主要設(shè)備的燃料費(fèi)，未計(jì)入管理費(fèi)、燃煤鍋爐大修費(fèi)等。5、在一次性投資及運(yùn)行費(fèi)用中各種供暖方式相同的部分不做比較。通過上表我們可以看到應(yīng)用高溫水源熱泵能節(jié)省可觀的運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)需要指出的還有因采用這種方式供暖同運(yùn)行費(fèi)用較低的燃煤鍋爐供暖方式相比所帶來的巨大的潛在經(jīng)濟(jì)效益：如鍋爐維護(hù)人員的減少，省掉了鍋爐的大修費(fèi)用、煤場占地灰渣場占地的場地費(fèi)用、排渣費(fèi)用（這幾項(xiàng)費(fèi)用約為全年運(yùn)行費(fèi)用的20%，即燃煤鍋爐總運(yùn)行費(fèi)用約比高溫?zé)岜酶?25%）；鍋爐房對景觀的破壞，鍋爐煙氣對環(huán)境造成的污染等等環(huán)保方面的效益。利用各種余熱資源采用高溫水源熱泵的供暖方式在實(shí)現(xiàn)冬季供暖的同時(shí)，因高溫水源熱泵機(jī)組還可提供生活熱水及夏季制冷，從而避免了重復(fù)投資。高溫水源熱泵機(jī)組的一次性投資中還可節(jié)約24元/m2的制冷投資（單位建筑面積冷負(fù)荷按80W/㎡計(jì)?。?，冬、夏兩季運(yùn)行的工況下高溫水源熱泵供暖項(xiàng)目一次性投資中的設(shè)備折舊也大為降低（為冬季供暖及夏季制冷各半）。（二）、各種熱源制取生活熱水的運(yùn)行成本比較分析高溫水源熱泵除具有環(huán)保的特點(diǎn)外，更具有明顯的經(jīng)濟(jì)節(jié)能優(yōu)勢，下面將采用高溫水源熱泵回收利用冷凝熱或其它余熱水資源制備生活熱水同現(xiàn)行的各種方式（燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t、電鍋爐），就運(yùn)行成本依據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)作分析比較如下表（表中均以每小時(shí)制備100t生活熱水為計(jì)算比較單位）表二：各種熱源供生活熱水的運(yùn)行成本比較分析表供熱方式耗能量運(yùn)行成本 元燃油鍋爐升2533燃?xì)忮仩t752m31428電鍋爐7107kw3553高溫水源熱泵947kw說明：1、電價(jià)0.5元/（KW.h）、天然氣價(jià)1.9元/m3、煤價(jià)300元/t、燃油3.4元/L。2、單位生活熱水負(fù)荷：每人每天200升，夏季自來水溫度按10℃考慮，生活熱水水溫65℃，冷卻水設(shè)計(jì)溫度為出水37℃、回水32℃，設(shè)備選型依據(jù)國家關(guān)于生活熱水尖峰負(fù)荷等規(guī)定執(zhí)行。3、燃料燃燒值按國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)取，燃煤鍋爐效率η取0.55，燃?xì)忮仩t效率η取0.85，燃油鍋爐效率η取0.85，電鍋爐效率η取0.90，水源熱泵機(jī)組COP=4.3。4、運(yùn)行費(fèi)只計(jì)主要設(shè)備的燃料費(fèi)，未計(jì)入管理費(fèi)、燃煤鍋爐大修費(fèi)等。5、高溫水源熱泵回收利用冷凝熱或其它余熱水資源制取生活熱水的系統(tǒng)方案見北京清源世紀(jì)科技有限公司的其它已發(fā)表的文章或資料。說明：1、電價(jià)0.5元/KW.h）、天然氣價(jià)1.9元/m3、煤價(jià)300元/t、燃油3.4元/L。2、單位生活熱水負(fù)荷：每人每天200升，夏季自來水溫度按10℃考慮，生活熱水水溫65℃，冷卻水設(shè)計(jì)溫度為出水37℃、回水32℃，設(shè)備選型依據(jù)國家關(guān)于生活熱水尖峰負(fù)荷等規(guī)定執(zhí)行。3、燃料燃燒值按國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)取，燃煤鍋爐效率η取0.55，燃?xì)忮仩t效率η取0.85，燃油鍋爐效率η取0.85，電鍋爐效率η取0.90，水源熱泵機(jī)組COP=4.3。4、運(yùn)行費(fèi)只計(jì)主要設(shè)備的燃料費(fèi)，未計(jì)入管理費(fèi)、燃煤鍋爐大修費(fèi)等。5、高溫水源熱泵回收利用冷凝熱或其它余熱水資源制取生活熱水的系統(tǒng)方案見北京清源世紀(jì)科技有限公司的其它已發(fā)表的文章或資料。七、方案特點(diǎn)1、余熱利用、經(jīng)濟(jì)節(jié)能采用高溫水源熱泵機(jī)組可直接回收利用低溫地?zé)崴?、地?zé)嵛菜捌渌鞣N溫度在30～60℃之間的中低品位余熱資源，從根本上解決了此類余熱資源不能被熱泵機(jī)組直接回收利用的現(xiàn)狀。機(jī)組制熱工況出水溫度可根據(jù)用戶需求調(diào)節(jié)，最高出水溫度可達(dá) 90℃，可滿足不同用戶的空調(diào)、供暖、制備生活熱水的需求，低溫余熱水+高溫水源熱泵取代燃煤鍋爐進(jìn)行冬季供暖無須改造供暖末端及現(xiàn)有供暖管網(wǎng)，從而使現(xiàn)有資源得到了最合理的利用。能源利用率提高，投入1KW的電能可得到3.5KW以上的高品位熱能，運(yùn)行費(fèi)用與常規(guī)方式相比更節(jié)約。2、綠色環(huán)保、效益顯著采用工業(yè)余熱水加高溫水源熱泵取代燃煤鍋爐可取得很好的環(huán)保效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，避免了燃煤鍋爐的廢氣、廢渣對周圍環(huán)境的污染，省掉了燃煤的運(yùn)輸費(fèi)用、貯煤場地費(fèi)用、除塵費(fèi)用、灰渣的運(yùn)輸、排放處理費(fèi)用等。同時(shí)解決了這類30～60℃之間的余熱水排放對環(huán)境造成的熱污染的問題，經(jīng)此方案后爐冷卻循環(huán)水的溫度降為33-38℃，大大改善了爐體冷卻循環(huán)水的工況。3、一機(jī)多用，節(jié)約資金在該項(xiàng)目中，利用高溫水源熱泵提供冬季供暖的同時(shí)，還可提供夏季制冷，尚有320KW的制冷能力，可約為4000㎡普通建筑物實(shí)施夏季供冷，一機(jī)多用,從而避免了中央空調(diào)系統(tǒng)的重復(fù)投資,提高了設(shè)備的利用率。4、性能穩(wěn)定、安全可*高溫水源熱泵運(yùn)行自動化程度高，便于操控,運(yùn)行人員少，無壓力容器存在，安全性好。因爐體冷卻循環(huán)水溫度穩(wěn)定，熱泵供熱為連續(xù)供熱溫度恒定，人體的舒適感好。機(jī)組體積小，可靈活安置在任何地方，節(jié)約空間。 八、清源世紀(jì)QYHP系列熱泵產(chǎn)品的性能和特點(diǎn) 1、技術(shù)領(lǐng)先QYHP系列產(chǎn)品系我公司與清華大學(xué)在北京市科委支持下聯(lián)合研制而成，采用特殊的高溫環(huán)保工質(zhì)－HTR01，解決了傳統(tǒng)工質(zhì)高溫工況下工作壓力過高的技術(shù)瓶頸，從根本上保證了設(shè)備在高溫區(qū)運(yùn)行的安全可*。2、國內(nèi)唯一該系列產(chǎn)品因技術(shù)為國內(nèi)首創(chuàng)，因而是國內(nèi)唯一一家可直接利用低溫地?zé)崴?、地?zé)嵛菜捌渌鞣N溫度在30～60℃之間的中低品位余熱資源的產(chǎn)品，從根本上解決了此類余熱資源不能直接回收利用的現(xiàn)狀。機(jī)組制熱工況出水溫度可根據(jù)用戶需求調(diào)節(jié)，最高出水溫度可達(dá)90℃，可滿足不同用戶的空調(diào)、取暖、制備生活熱水的需求，解決了高寒地區(qū)的熱泵供暖以及用高溫?zé)岜萌〈济哄仩t仍可利用暖氣片熱水式循環(huán)的采暖改造問題。3、設(shè)計(jì)合理本系列機(jī)組全部零部件及電控箱整體組裝，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、操作簡便，為用戶設(shè)計(jì)、安裝、操作及維護(hù)提供最大的方便性和經(jīng)濟(jì)性。4、耗電低、壽命長本系列機(jī)組采用PLC高精度控制（德國西門子技術(shù)），根據(jù)負(fù)荷變化壓縮機(jī)能自動實(shí)現(xiàn)50%~75%~100%三段能量控制，主機(jī)啟動電流低，調(diào)節(jié)過渡平穩(wěn)，系統(tǒng)控制先進(jìn)、靈活、合理，節(jié)省電力、延長機(jī)組使用壽命。5、控制先進(jìn)本系列機(jī)組配備西德西門子可編程序控制器，采用先進(jìn)的控制方法，具有全自動控制功能:故障自診斷、報(bào)警及保護(hù)，實(shí)時(shí)顯示機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)、報(bào)警參數(shù)，監(jiān)測熱（冷）水的出水溫度和回水溫度，根據(jù)室外溫度變化及室內(nèi)溫度要求自動控制壓縮機(jī)的上載、卸載、機(jī)組啟停，從而準(zhǔn)確的控制機(jī)組供熱量（供冷量）自動化程度高，實(shí)現(xiàn)最佳節(jié)能效果，同時(shí)節(jié)省了人力物力，達(dá)到運(yùn)行安全可*及高效節(jié)能的目的。6、安全保護(hù)完善本系列機(jī)組設(shè)有完善的安全保護(hù)系統(tǒng)：壓縮機(jī)排氣壓力過高保護(hù)、壓縮機(jī)吸氣壓力過低保護(hù)、電機(jī)保護(hù)（過載保護(hù)、線圈過熱保護(hù)、反相保護(hù)）、斷水保護(hù)、冷水溫度過低（防凍）保護(hù)、熱水溫度過熱保護(hù)等，安全保護(hù)裝置齊全，因此運(yùn)行安全可*。7、運(yùn)行平穩(wěn)、噪音低本系列機(jī)組壓縮機(jī)采用了當(dāng)代最先進(jìn)的雙螺桿壓縮機(jī)（德國比澤爾為清源世紀(jì)高溫水源熱泵專門設(shè)計(jì)），對長時(shí)間不間斷運(yùn)行有更強(qiáng)的適應(yīng)能力，具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、振動極小、低噪音、高效率等特點(diǎn)，保證了機(jī)組運(yùn)行的可 *性。8、換熱效率高本系列機(jī)組的兩大換熱器，均采用殼管式換熱器，其換熱管采用先進(jìn)的高效的換熱管，換熱管材選