青海鹽湖佛照藍(lán)科鋰業(yè)股份有限公司太陽(yáng)能集熱加溫供水工程補(bǔ)熱方案設(shè)

【摘要】由于太陽(yáng)輻照的周期性和受天氣影響的敏感性，太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)運(yùn)行模式比傳統(tǒng)供熱方式要不穩(wěn)定并且具有不確定性，所以需要制定合理可靠的補(bǔ)熱方案實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定的供熱，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，選定將線性菲涅耳式太陽(yáng)能聚光集熱方式作為主熱源，空氣源熱泵作為輔助熱源進(jìn)行供熱。

【關(guān)鍵詞】太陽(yáng)能熱利用；線性菲涅耳；補(bǔ)熱方案；空氣源熱泵

由于該項(xiàng)目地處于我國(guó)太陽(yáng)能資源最豐富區(qū)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)，日照小時(shí)數(shù)高。加上海拔高、空氣稀薄、大氣透明度好、陽(yáng)光穿透力極強(qiáng)，具有極好的自然條件。據(jù)氣象資料，格爾木地區(qū)年輻射量高達(dá)6950MJ/m2，年日照數(shù)高達(dá)3558h。我國(guó)太陽(yáng)能光熱技術(shù)，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已日趨成熟，尤其是中低溫集熱技術(shù)，既無(wú)技術(shù)難題，也無(wú)工藝障礙，完全可用于工程實(shí)際，本項(xiàng)目的主熱源將采用太陽(yáng)能集熱方案。

我國(guó)空氣能行業(yè)雖然起步晚，但近年來(lái)發(fā)展十分迅速，從早先依賴外國(guó)輸入技術(shù)為主到不斷學(xué)習(xí)、吸收、改進(jìn)再到現(xiàn)如今已轉(zhuǎn)變成自主研發(fā)為主的成長(zhǎng)過(guò)程。特別是一批中國(guó)優(yōu)秀民族品牌，目前中國(guó)已經(jīng)成為了空氣源熱泵的應(yīng)用大國(guó)，本項(xiàng)目的輔助熱源采用空氣源熱泵系統(tǒng)來(lái)滿足生產(chǎn)所需。

一、工程設(shè)計(jì)任務(wù)

該項(xiàng)目因生產(chǎn)工藝要求，全年330天以上需求熱水每小時(shí)600t，水溫度為40℃，用量基本均衡。原水為市政供水輸送至現(xiàn)場(chǎng)，冬季水溫5℃左右，夏季12℃左右。本工程擬采用太陽(yáng)能集熱方式，將原水由12℃加熱升溫至80℃，再通過(guò)與冷水混合至40℃，以保證鹽湖藍(lán)科鋰業(yè)公司生產(chǎn)用水需求，供應(yīng)量為600t/h，24h連續(xù)供應(yīng)，以保證全年330天以上的熱水供應(yīng)。本項(xiàng)目由太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)和空氣源熱泵系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行，其中太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)承擔(dān)絕大部分熱水制取任務(wù)，熱泵系統(tǒng)作為備用和補(bǔ)充。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)制取80℃的熱水，進(jìn)入到太陽(yáng)能蓄熱水箱，一部分存儲(chǔ)，一部分供給生產(chǎn)使用。在太陽(yáng)能不足或沒(méi)有陽(yáng)光時(shí)，熱泵系統(tǒng)運(yùn)行。

二、太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)概述

通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，選定將線性菲涅爾式聚光集熱方式作為熱源，根據(jù)光熱功率的產(chǎn)能計(jì)算，初步擬定72組線性菲涅爾式集熱單元，導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)，100℃的導(dǎo)熱油流經(jīng)線性菲涅爾式集熱場(chǎng)管路，集熱場(chǎng)聚光加熱導(dǎo)熱油。在供熱廠房附近設(shè)一個(gè)3000m3的調(diào)節(jié)水罐，將市政供水管網(wǎng)的自來(lái)水引至調(diào)節(jié)水罐，在調(diào)節(jié)水罐的出口端設(shè)2臺(tái)套變頻水泵（一用一備）以600m3/h的流量輸送至油水換熱器，導(dǎo)熱油作為傳熱工質(zhì)，在導(dǎo)熱油循環(huán)泵的推動(dòng)下，經(jīng)集熱場(chǎng)加熱至260℃左右的導(dǎo)熱油進(jìn)入換熱器，加熱水使之升溫至80℃，換熱器產(chǎn)生的熱水則通過(guò)管路輸送到現(xiàn)場(chǎng)兩個(gè)3000m3的蓄熱水罐中。由于24h需40℃的熱水為14400m3，因此現(xiàn)場(chǎng)需用熱水罐的80℃的熱水與市政低溫自來(lái)水進(jìn)行混合以滿足生產(chǎn)所需。本項(xiàng)目采用太陽(yáng)能加熱方式，方案為白天滿負(fù)荷運(yùn)行，將多余產(chǎn)生的熱水儲(chǔ)存起來(lái)，到了晚上用白天儲(chǔ)存的熱水進(jìn)行生產(chǎn)供給。

三、空氣源熱泵系統(tǒng)（補(bǔ)熱方案）設(shè)計(jì)

1.空氣源熱泵技術(shù)簡(jiǎn)介

空氣源熱泵技術(shù)是基于逆卡諾循環(huán)原理建立起來(lái)的一種節(jié)能、環(huán)保制熱技術(shù)，通過(guò)自然能（空氣蓄熱）獲取低溫?zé)嵩矗?jīng)系統(tǒng)高效集熱整合后成為高溫?zé)嵩矗脕?lái)取（供）暖或供應(yīng)熱水，空氣源熱泵以極少的電能，吸收空氣中大量的低溫?zé)崮埽ㄟ^(guò)壓縮機(jī)的壓縮變?yōu)楦邷責(zé)崮埽瑐鬏斨了洌訜釤崴?/p>

2.系統(tǒng)概述

由太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)和空氣源熱泵系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行，其中太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)承擔(dān)絕大部分熱水制取任務(wù)，熱泵系統(tǒng)作為備用和補(bǔ)充。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)制取80℃的熱水，進(jìn)入到太陽(yáng)能大水箱，一部分存儲(chǔ)，一部分供給生產(chǎn)使用。在太陽(yáng)能不足或沒(méi)有陽(yáng)光時(shí)，熱泵系統(tǒng)運(yùn)行。

3.熱泵熱水系統(tǒng)工作模式

熱水系統(tǒng)有三種工作模式，分別是太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)單獨(dú)供熱、熱泵熱水系統(tǒng)單獨(dú)供熱、熱泵與太陽(yáng)能聯(lián)合供熱。

模式一：太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)單獨(dú)供熱

太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在陽(yáng)光充足時(shí)，冷水箱中的冷水以600m3/h的流量輸送至油水換熱器，導(dǎo)熱油作為傳熱工質(zhì)，在導(dǎo)熱油循環(huán)泵的推動(dòng)下，經(jīng)集熱場(chǎng)加熱至260℃左右的導(dǎo)熱油進(jìn)入換熱器，加熱冷水使之升溫至80℃，換熱器產(chǎn)生的熱水則通過(guò)管路輸送到現(xiàn)場(chǎng)兩個(gè)3000m3的蓄熱水罐中。由于24h需40℃的熱水為14400m3，因此現(xiàn)場(chǎng)需用熱水罐的250m3/h的80℃的熱水與350m3/h市政低溫自來(lái)水進(jìn)行混合以滿足生產(chǎn)所需的600m3/h的40℃的熱水。本項(xiàng)目采用太陽(yáng)能加熱方式，方案為白天滿負(fù)荷運(yùn)行，將多余產(chǎn)生的熱水儲(chǔ)存起來(lái)，到了晚上用白天儲(chǔ)存的熱水進(jìn)行生產(chǎn)供給。

模式二：空氣源熱泵供熱

當(dāng)由于天氣原因，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)不能制取熱水時(shí)，空氣源熱泵在加熱水箱內(nèi)制取40℃的熱水。熱水泵從加熱水箱中抽取熱水，供生產(chǎn)使用。熱泵系統(tǒng)供水之前，需要提前運(yùn)行1-2小時(shí)左右，先將加熱水箱內(nèi)的水循環(huán)加熱到40℃，然后向外供水。此時(shí)可連續(xù)供水，同時(shí)補(bǔ)入冷水。加熱水箱水位降低后，自來(lái)水補(bǔ)水電動(dòng)閥打開，向加熱水箱補(bǔ)水。加熱水箱的補(bǔ)水在市政自來(lái)水水量不能滿足時(shí)可用現(xiàn)場(chǎng)3000t冷水箱冷水箱補(bǔ)水。補(bǔ)水量與熱泵系統(tǒng)的供熱水量向適應(yīng)。補(bǔ)水由液位控制，液位由浮球液位控制器控制。熱水泵從加熱水箱中抽水時(shí)，根據(jù)加熱水箱水溫的變化進(jìn)行變頻調(diào)控。水溫降低后，降低運(yùn)行頻率，減少抽水量，從而減少補(bǔ)水量，盡快提高水溫。當(dāng)降低到最低運(yùn)行頻率時(shí)，就不在降低。

模式三： 熱泵與太陽(yáng)能聯(lián)合供熱

當(dāng)由于天氣原因，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)供熱出力下降，這時(shí)運(yùn)行熱泵與太陽(yáng)能聯(lián)合供熱模式。首先熱泵系統(tǒng)在加熱水箱中將水加熱至40℃，然后通過(guò)導(dǎo)水泵將40℃熱水導(dǎo)入自冷水水箱或者太陽(yáng)能水箱。具體向那個(gè)水箱導(dǎo)水，由系統(tǒng)的總控制發(fā)出指令，通過(guò)切換導(dǎo)水電動(dòng)閥實(shí)現(xiàn)。為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，優(yōu)先考慮谷電時(shí)間段運(yùn)行。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，太陽(yáng)能集熱加溫供水的補(bǔ)熱方案采用空氣源熱泵系統(tǒng)是切實(shí)可行的，可以滿足工程要求，可大大的提高供熱保證率，并且兩種技術(shù)路線進(jìn)行聯(lián)合供熱可起到相輔相成的作用。

參考文獻(xiàn)：

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[3]《青海鹽湖佛照藍(lán)科鋰業(yè)股份有限公司太陽(yáng)能集熱加溫供水工程可行性研究報(bào)告》，陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院