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海水育苗场
供热节能改造项目
 
 
论证方案
 
 
 
 
山东正琨建设工程有限公司
二0一三年十一月
 
 
 
目录

1 项目情况介绍. 3
1.1项目概况. 3
2 节能改造方案设计. 4
2.1 方案一:采用热泵回收尾水热量. 4
2.1.1 方案介绍. 4
2.1.2 参数计算. 5
2.1.3 造价分析. 5
2.1.4 运行费用分析. 6
2.2 方案二:采用换热器直接回收尾水热量. 7
2.2.1 方案介绍. 7
2.2.2 参数计算. 7
2.2.3 造价分析. 8
2.2.4 运行费用分析. 8
3结论. 9
4 附录. 10
4.1 水源热泵介绍. 10
4.2 水源热泵运行原理. 11
 
 
 
1 项目情况介绍
1.1项目概况
本文论证的项目是采用恒温海水进行育苗的养殖场,该养殖场分为5个养殖车间,统一由燃煤锅炉提供热源,保持养殖车间内池水温度在19℃。流程如下图 :
图1-1
在海滩近海水位置挖井,海水经过沙体过滤后再经过过滤塔沉淀过滤,然后提供给锅炉,锅炉将水加热到19℃再提供给养殖车间,最后排至海水中。
1.2 计算分析
本文讨论的工况为冬季较为恶劣天气条件下,海水温度为3℃时的情况。5个养殖车间总水流量为300m3/h。
每小时需要的总热量为:
QR=V*Δt*α
式中    V??每小时水量,m3
Δt??最大的水温变化值, ℃
α ??水的热容,1 m3水每升高1℃需要的热量,α=l000kcal
则QR=300х(19-3)х1000=480х104 kcal
每天需要的总热量Q=Q Rх24=11520х104 kcal
如果采用燃煤锅炉来加热海水,则每天煤的需求量为:
G=Q/K
式中   Q—每天需要的总热量  kcal
K—工业煤的热值,K=5000000Kcal/T
则G=11520х104 /5000000=23.04即:每天需要的煤量为23.04T.如果锅炉热效率取80%,则实际用煤量约23.04/0.8=28.75T
煤价按照800元/吨计算
每天的消耗的煤造价为28.75X800=23000元
假设年运行3个月,则运行费用约为W=3*30*23000=207万元
2 节能改造方案设计
改造方案思路:该项目能源浪费的主要原因是养殖池内海水需要连续更新,而排放的温水又直接排到了海水中,因此热量随着尾水排放至大海,造成能源巨大浪费。其二,该项目目前采用的是一次能源煤直接燃烧获得热量,效率很低,也是造成浪费的原因。所以如果能够提高效率并把尾水的热量回收利用即可以节约大量能源。
2.1 方案一:采用热泵回收尾水热量
2.1.1 方案介绍
解决方案一:采用热泵将尾水中的热量提出,用来加热引进的新鲜海水。考虑到该项目为改造项目,目前锅炉系统已经形成投资,如果全部改为热泵供热,投资回收期会比较长。因此本方案讨论范围为三年左右可以收回投资的情况。
方案流程如下图:

图2-1
2.1.2 参数计算
表2-1 参数计算表
 
序号
项目
J(焦耳)
KCAL(千卡)
1
1升水升高1°C需要的热量(热值)α
4185.00
1.00
2
小时水温升1°C需要热量300m3/h
1255500000.00
299874.60
3
温差16°C时(=19°C-3°C)
20088000000.00
4797993.67
4
工业用煤热值
20925000000.00
5000000.00
5
计算用煤量T/小时
0.96
0.96
6
计算用煤量T/天
23.04
23.03
7
锅炉热效率%
80.00
80.00
8
实际用煤量T/天
28.80
28.79
9
煤价(元/T)
800.00
800.00
10
天耗煤金额(元)
23040.00
23030.37
11
在车间内损失热量(△T=2°C)
2511000000.00
599749.21
12
一次板换回收热量(△T=7°C)
8788500000.00
2099122.23
13
排放损失热量(△T=7°C)
8788500000.00
2099122.23
14
热泵再回收热量
 
2099122.23
 
2.1.3 造价分析
表2-2 投资分析表
 
序号
名称
规格参数
单位
数量
单价
合计(元)
备注
1
热泵主机
200万大卡
1
1270000
1270000
 
2
耐腐蚀板式换热器
200万大卡
2
150000
300000
钛板200m3/h
3
耐腐蚀板式换热器
200万大卡
1
200000
200000
钛板300m3/h
4
软化水设备
2T/h
1
16000
16000
 
5
定压补水设备
1m3
1
18000
18000
 
6
循环水泵
200m3/h
4
9000
36000
 
7
管道阀门
 
 
 
 
100000
 
8
安装施工
 
 
 
 
80000
 
9
投资总计
 
 
 
 
2020000
 
注:造价未计算配电部分。
 
2.1.4 运行费用分析
改造后能源的消耗分两部分,一是热泵电费,二是锅炉补充耗煤量。
热泵功率约N=400KW,电费n=0.6元/KWH,年运行时间H=24*30*3=2160小时
则年耗电费用
W1=N*n*H
=400*0.6*2160
=518400.00元
锅炉需要补充的热量为QR1
    QR1= QR *α*△T
   =300*1000*(19-15)
   =1200000Kcal
年耗煤量为
Tt= H*QR1/(K*80%)=2160*1200000/(5000000*0.8)=2160*0.3=648T
则年耗煤费用约为
W2=648*800=518400元
总费用为
W=W1+W2
=518400.00+518400.00
=1036800.00元
表2-3方案一与原方案比较分析表
序号
项目
热泵回收+锅炉补充
全部锅炉
1
预计投资(万元)
202
已投产
2
运行费用(万元/年)
103.6
207
3
每年运行费用节省(万元)
103.4
4
投资回收期限(年)
2
注:加上室外管网及机房的投资,回收期应在3年以内。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.2 方案二:采用换热器直接回收尾水热量
2.2.1 方案介绍
为了降低初投资费用,提出方案二的解决办法:直接采用一台换热器对尾水进行热量回收,优点是投资低,但是回收的热量少,运行费用比方案一高。方案流程图如下:

图2-2
2.2.2 参数计算
表2-4  参数计算表
序号
项目
J
KCAL
1
1升水升高1°C需要的热量
4185.00
1.00
2
小时水温升1°C需要热量300m3/h
1255500000.00
299874.60
3
温差16°C时(=19°C-3°C)
20088000000.00
4797993.67
4
工业用煤热值
20925000000.00
5000000.00
5
计算用煤量T/小时
0.96
0.96
6
计算用煤量T/天
23.04
23.03
7
锅炉热效率%
80.00
80.00
8
实际用煤量T/天
28.80
28.79
9
煤价(元/T)
800.00
800.00
10
天耗煤金额(元)
23040.00
23030.37
11
在车间内损失热量(△T=2°C)
2511000000.00
599749.21
12
一次板换回收热量(△T=7°C)
8788500000.00
2099122.23
13
排放损失热量(△T=7°C)
8788500000.00
2099122.23
 
2.2.3 造价分析
表2-5 投资分析表
序号
名称
规格参数
单位
数量
单价
合计(元)
备注
1
耐腐蚀板式换热器
200万大卡
1
200000
200000
钛板300m3/h
2
循环水泵
200m3/h
4
9000
36000
 
3
管道阀门
 
 
 
 
50000
 
4
安装施工
 
 
 
 
50000
 
5
投资总计
 
 
 
 
336000
 
 
2.2.4 运行费用分析
改造后能源的回收的部分就只有换热器换热所得热量,主要还是需要锅炉提供热量。
锅炉需要补充的热量为QR1
    QR1= QR *α*△T
   =300*1000*(19-9)
   =3000000Kcal
年耗煤量为
Tt= H*QR1/(K*80%)
=2160*3000000/(5000000*0.8)
=1620T
则年耗煤费用约为
W=W2
=1620*800
=1296000元
表2-3方案一与原方案比较分析表
序号
项目
热泵回收+锅炉补充
全部锅炉
1
预计投资(万元)
33.6
已投产
2
运行费用(万元/年)
129.6
207
3
每年运行费用节省(万元)
77.4
4
投资回收期限(年)
0.5
注:加上室外管网及机房的投资,投资回收期应在1.5年以内。
 
3结论
首先,上述计算是将3个月全部考虑为恶劣天气,即海水温度3℃的情况,实际使用的总费用应小于理论计算数据。
第二,造价估算没有考虑改造过程中与原来机房的配合情况,配电情况以及室外地下或者架空管道的材料安装和施工。
第三,节能的计算过程没有考虑换热器的换热效率,而板式换热器效率均在95%以上,在估算计算中可以忽略。运行费用中还有水泵的耗电,其原来的方案和改进方案中均未计入。
经过上述计算可知,并考虑综合效果,2-3年内收回投资是完全可行的。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 附录
4.1 水源热泵介绍
水源空调系统是一种从地下水资源中提取热量的高效、节能、环保、再生的供热(冷)系统。该系统是成熟的热泵技术、暖通空调技术配套地质勘察成井技术于一体,在相对稳定的水体温度下高效、稳定、经济的运行。水源中央空调系统是由末端(室内空气处理末端等)系统、水源中央空调主机(又称为水源热泵)系统和水源水系统三部分组成。为用户供热时,水源中央空调系统从水源中提取低品位热能,通过电能驱动的水源中央空调主机(热泵)“泵” 送到高温热源,以满足用户供热需求。为用户供冷时,水源中央空调系统将用户室内的余热通过水源中央空调主机(制冷)转移到水源水中,以满足用户制冷需求。
用户(室内末端等)系统由用户侧水管系统、循环水泵、水过滤器、静电水处理仪、各种末端空气处理设备、膨胀定压设备及相关阀门配件等组成。
    水源中央空调主机系统由压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀、各种制冷管道配件和电器控制系统等组成。
    水源水系统由取水装置、取水泵、各种水处理设备、水源水管系统和阀门配件等组成。
水源热泵是利用了地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源,进行能量转换的冷暖空调系统。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器,收集了47%的太阳辐射能量,比人类每年利用能量的500倍还多(地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量),而且是一个巨大的动态能量平衡系统,地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散相对的均衡。这使得利用储存于其中的似乎无限的太阳能或地能成为可能。所以说,水源热泵是利用可再生能源的一种有效途径。
水源热泵有如下特点:
(1)环保洁净
没有燃烧过程,避免了排放任何烟尘及有害物质,社会效益显著。自由运用地表水资源,又可成功地控制地面沉降。可以利用城市已有的地热资源的弃水,既可解决热污染问题,又可进一步提高能效比,进一步节省能源。
(2)节水省地
省去了锅炉房,冷却塔及附属的煤场、渣场所占用的面积。
(3)节能经济
能源利用率为传统方式的3—4倍,1KW的电能可得到4—5KW以上的制冷或供热的能量。
(4)灵活安全
可以做到“一机两用”。利用地下水热泵冬季向建筑物供暖,夏季向建筑物供冷,提高了设备的利用率。机组可灵活地安置在任何地方,节约空间。系统末端亦可作多种选择。无储煤、储油罐等卫生及安全隐患。自动化程度高,无需专业人员操控。
(5)用途广泛
从严寒地区至热带地区均适用。 在冬季不结冻地区的江、河、湖、水等均可得到有效利用。可为办公楼、宾馆、医院、饭店、超市、幼儿园、别墅、居民小区等提供中央空调系统,并可同时提供生活热水。可为纺织、化工、食品、电子等行业提供工艺冷冻水。
(6)运行可靠
机组的运行工况稳定,几乎不受环境温度变化的影响,即使在寒冷的冬季制热量也不会衰减,更无结霜除霜之虑了。维护简单,主机运行寿命可达25年以上。
4.2 水源热泵运行原理
地球表面浅层水源(如深度在500米以内的地下水、地表的河流、湖泊和海洋)吸收了太阳进入地球的辐射能量,这些水源的温度一般都十分稳定,冻土层以下温度一般稳定在15℃左右。水源热泵机组工作原理就是在夏季将建筑物中的热量转移到水源中,夏季冷凝器冷凝温度高于30℃,由于地下水源温度15℃左右,比冷凝器内制冷剂温度低,所以可以高效地带走热量,而冬季,水源热泵机组蒸发器蒸发温度约2℃,比地下水温低,则从水源中提取能量,由热泵原理通过空气或水作为制冷剂提升温度后送到建筑物中。通常水源热泵水泵消耗1kw的能量,用户可以得到4kw以上的热量或冷量。 水源热泵根据对水源的利用方式的不同,可以分为闭式系统和开式系统两种。闭式系统是指在水侧为一组闭式循环的换热盘管,该组盘管一般水平或垂直埋于湖水或海水中,通过与湖水或海水换热来实现能量转移(该组盘管直接埋于土壤中的系统称为土壤源热泵,也是地源热泵的一种);开式系统是指从地下或地表中抽水后经过换热器直接排放的系统。 本文讨论的即为闭式系统。水源热泵无论是在制热还是制冷过程中均以水为热源和冷却介质,即用切换工质回路来实现制热和制冷的运行。然而,更为方便的是由水回路中的三通阀来完成。一般小型的水源热泵是由电动阀门自动切换的。虽然一般在水源热泵系统图中表示了水源直接进入蒸发器(制冷时为冷凝器)(如图5-1所示),在某些场合,如海水、污水源的情况,为避免污染封闭的冷水系统(通常是处理过的),需间接地用一个换热器来供水;另一种方法是利用封闭回路的冷凝器水系统,即前文所述闭式系统。 水作为热泵制热、制冷过程的介质,满足以下两个条件即可利用:一是水的温度在7℃~30℃之间,二是水量要充足。水源水可以是各种工业用废水、生活用水、海水、江、河水等,甚至是各种工业余热。此亦为本文讨论的方式。

 
水源热泵
   
 
末端
用户
机组输入电能Q2
被利用能Q1
可利用能Q3
夏季:制冷量 Q3=Q1-Q2   Q3≥5Q2
冬季:制热量 Q3=Q1+Q2  Q3≥4Q2
Q2:  机组耗功
Q1:  地   能

图 5-1 水源热泵原理图

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