上海某工业区余热利用供冷热系统方案分析

2021-06-02徐铭明

上海节能 2021年5期

关键词：溴化锂供冷冷凝水

徐铭明

华东电力设计院有限公司

0 项目概况

上海某工业区为国家级经济技术开发区，是国家首批新型工业化示范基地、国家生态工业示范园区。工业区内规划新设化工新材料创新基地，化工新材料创新基地将逐步开发F6、F7、F8地块，其中F6地块为中试基地，分四期开发，一期预计2021年建成。

本项目为位于F6地块的一座智慧综合能源站，向F6地块一期、工业区管理中心区域（已建成，下文简称E7地块）的部分企业提供冷、热、电综合服务，旨在打造更绿色、更高效、更智慧的现代科技化工业园区。

本文主要介绍分析智慧综合能源站所供应的冷热系统及其经济效益。

1 冷热源系统设计原则

本项目主要建设方为工业区内的A热电厂，A热电厂主要业务是向工业区内的生产企业销售蒸汽、电力、除盐水等。各生产企业在利用蒸汽后所产生的冷凝水由热电厂统一回收，回水温度约70℃。

本项目能源站冷热系统以优先充分利用蒸汽冷凝水余热为原则，不足部分利用电力、蒸汽作为输入能源，设置不同类型的冷热源装置以满足F6地块一期、E7地块部分用户的用冷、用热需求。系统以实现能源梯级利用为基础，并利用峰谷分时电价政策，合理设置水蓄能装置，提高整体运营效益。供冷/热系统原理示意图如图1、图2。

图1 供冷系统原理图

图2 供热系统原理图

本工程适用分时电价表如表1。

表1 分时电价表

2 冷热源系统设计方案

2.1 典型日冷/热负荷

本项目冷热源系统服务对象为F6地块内的办公类建筑和E7地块内的办公类建筑、酒店建筑、体育馆建筑，服务的建筑面积共计8.5万m2。根据对存量建筑的负荷情况调研、规划新建建筑的负荷估算及各类型建筑的逐时冷负荷系数[1]、各类型建筑的逐时热负荷系数[2]，服务范围内用户的典型日逐时冷负荷情况如图3所示，典型日逐时热负荷情况如图4所示。

如图所示，典型日逐时冷负荷峰值出现在14:00-15:00，为10018 kW。典型日逐时热负荷峰值出现在7:00-8:00，为6642 kW。

图3 典型日逐时冷负荷

图4 典型日逐时热负荷

2.2 系统配置及运行策略

2.2.1 系统主要设计参数

集中空调冷热水系统采用一次泵定流量、二次泵变流量系统，F6地块、E7地块用户分设2路二次泵系统。冷冻水供/回水温度5/13℃，热水供/回水温度60/50℃。

夏季冷源系统主要设备采用热水型溴化锂机组、离心式冷水机组和水蓄能罐。溴化锂机组热源采用热电厂供蒸汽冷凝水，冷凝水夏季参数70/60℃，200 t/h。冬季热源系统主要设备采用水-水热交换机组、汽-水热交换机组。水-水热交换机组热源采用热电厂供蒸汽冷凝水，冷凝水冬季参数70/55℃，150 t/h。汽-水热交换机组的热源蒸汽采用园区提供的0.5 MPa饱和蒸汽。

2.2.2 夏季典型日100%/75%/50%/25%负荷运行策略

夏季典型日100%负荷运行策略图如图5所示，75%负荷运行策略图如图6所示。溴化锂机组为余热利用机组，为充分利用余热故全天运行。电制冷机组夜间电价谷值时运行，蓄能罐蓄冷。白天较低负荷时优先采用溴化锂机组、蓄能罐向用户供冷，高负荷时电制冷机组投入运行。

夏季典型日50%负荷运行策略图如图7所示，25%负荷运行策略图如图8所示。溴化锂机组为余热利用机组，为充分利用余热故全天运行。部分电制冷机组夜间电价谷值时运行，蓄能罐蓄冷。白天优先采用溴化锂机组向用户供冷，不足部分由蓄能罐提供。

2.2.3 冬季典型日100%/75%/50%/25%负荷运行策略

图5 供冷运行策略图（100%负荷）

图6 供冷运行策略图（75%负荷）

冬季典型日100%负荷运行策略图如图9所示。水-水热交换机组为余热利用机组，为充分利用余热故全天运行，夜间向用户供热、多余部分蓄能罐蓄热。白天高负荷时段运行汽-水热交换机组同时向用户供热，低负荷时段采用蓄热罐释热。

图7 供冷运行策略图（50%负荷）

图8 供冷运行策略图（25%负荷）

图9 供热运行策略图（100%负荷）

冬季典型日75%负荷运行策略图如图10所示。水-水热交换机组为余热利用机组，为充分利用余热故全天运行，夜间向用户供热、多余部分蓄能罐蓄热。白天不足部分采用蓄热罐释热。

冬季典型日50%负荷运行策略图如图11所示，25%负荷运行策略图如图12所示。水-水热交换机组为余热利用机组，全天根据用户需求直接供热。

图10 供热运行策略图（75%负荷）

图11 供热运行策略图（50%负荷）

图12 供热运行策略图（25%负荷）

2.3 余热利用经济效益

热电厂供蒸汽冷凝水的余热在夏季/冬季分别通过热水型溴化锂机组/水-水热交换机组利用，作为冷/热源向用户提供空调冷/热水。按照2.2节所述的各负荷率典型日运行工况计算，全年通过余热利用所产出的供冷、供热总量见表2。

表2 余热利用输出供冷/热量

若按夏季采用离心式电制冷机组、冬季采用电锅炉的方案来测算经济效益，若需产出同等供冷、供热量所耗费的全年用电量及电费，详见表3。

表3 余热利用经济效益

经测算可知，通过蒸汽冷凝水的余热回收制冷制热，全年可产出的供冷供热量为652.8万kWh，折合节约产出同等冷/热量所需的电制冷/制热设备所需用电量为429.7万kWh（夏季51.9万kWh，冬季377.8万kWh）折合节约全年电费293.3万元（夏季35.4万元，冬季257.9万元）。

2.4 水蓄能系统经济效益

1）水蓄能系统和常规系统主要设备初投资费用对比，详见表4。

2）水蓄能系统和常规系统运行费用，详见表5、表6（二次泵运行费用不包括在测算范围内）。

通过测算可知：

（1）水蓄能系统初投资1216万元，常规供冷热系统初投资810万元。

（2）水蓄能系统全年运行费用为151.8万元，常规供冷热系统全年运行费用为291.7万元。

（3）两种方案的差额投资回收期为2.9年。

3 结论

表4 初投资费用对比表

表5 水蓄能系统运行费用

本项目通过对园区蒸汽冷凝水的余热利用进行供冷供热，经测算分析可知，此部分余热利用可产生的经济效益可观，全年节约293.3万元。通过对水蓄能系统和常规供冷供热系统的对比分析可知，水蓄能系统的初投资增加406万元，全年节约运行费用139.9万元。按系统设备使用寿命为20年测算，不考虑设备折旧费用以及利率等因素，本项目由于采用余热利用和水蓄能系统，全寿命周期内的费用较常规供冷供热系统共节约8258万元。