节能服务

新澳门葡萄京网站_新澳门葡萄京网站网址高校多能互补终端一体化集成供能系统实践案例

作者:合肥顺昌企业日期:2016-12-28来源:www.cnjsc.com

 一、前言

北方某高校新建学生公寓区,总建设用地9.4万平方米、总建筑面积17.5万平方米,包括5栋小高层学生公寓、国际交流中心,以及配套的餐饮洗浴中心、体育馆、网球场、学生服务中心等,规划1.2万名学生入住,提供学生集中饮用开水、洗浴热水和冬季供暖,此外食堂也需要热水供应等热能需求。经反复考察论证,确定了燃气、太阳能热水系统、食堂炉灶烟气余热回收共享互补的集成能源系统方案,由合肥顺昌分布式能源公司负责实施。

二、燃气热水机组供热

该校所处严寒C区,采暖期6个月,已有的三个校区都接入市政采暖,按面积交费,每年支付采暖费用数千万元,负担较重。尽管学校不断进行二次管网改造,但室内温度难以达标,与热力公司扯皮纠纷情况时有发生。

新建学生公寓区原设计也是接入市政供热,鉴于其它校区供暖教训,学校决定采用燃气自行供热。理由如下:

1)支付热力公司的供热配套建设费,可以完全满足购买自供暖燃气热水系统设备的投入;

2)新校区所有建筑严格遵守相关规范标准设计,寒假期间并不需要常规供热;即使是学生在校期间,体育馆、食堂等公共建筑不需要24小时恒温供热,只需要在使用时段保证室内温度即可,因此耗费能源并不高;

3)按照当前燃气价格,采取自动化控制手段,自供暖费用低于市政供热;即便略高于市政供热,但供热质量有保证保障,提供师生温暖的冬季学习生活环境。

设计安装3台燃气热水机组,总输出热功率11.2MW,配备烟气冷凝装置,热效率95%以上,模块化控制,按照负荷自动选取燃气机组启动台数,自动均匀机组负荷;通过供热水温比例调节锅炉出力;根据环境温度补偿控制,动态调整供热水温;在每个楼栋设计安装独立的末端控制,设定分时段室内温度来控制实现各个楼栋精准的热量供给。通过上述控制手段,既充分保证供热效果,又能实现有效的节能。

三、太阳能热水系统

太阳能光热是目前太阳能各种利用方式中仅有的可以完全市场化的技术。该地属我国太阳能资源Ⅱ类较丰富地区,光照充足。由于在餐饮中心的二、三层设有学生集中浴室,在餐饮中心屋面安装太阳能集热器提供洗浴热水,按系统造价,相对本地燃气价格,太阳能热水系统投资回收期约4年,具有显著的节能减排效益。

北方地区不少太阳能热水系统一到冬季因为这样那样的问题而被迫停用,最常见的就是伴热带烧损、管道或阀门冻胀、集热器或管子爆裂,轻者直到次年气温回升后才能修复运行,严重的需要进行大规模的更换和再安装,且这种故障几乎都会出现,维护成本高,系统的经济性差。因此选择什么样的太阳能集热器型式、什么样的系统,对于北方用户来说至关重要。

全玻璃双真空集热器造价相对低、衰减缓慢、可保持较持久的集热效率、管子内无水存在,适合冬季排空及抗冻要求,即使管子破损不影响系统运行。我们在某寒冷的学校安装了该太阳能热水系统,采用排空而不是伴热带抗冻,在-35℃气温下系统运行正常,运行经济性很强。其优点在于,采用排空方式抗冻,避免了伴热带的耗电;管道内存水回流到储热水箱减小了集热系统散热损失;系统每天毋需从很低的水温开始升温,经济性提升。设计中,采取全年排空,充分发挥了太阳能集热系统效率。有了可靠的实践经验,在新学生公寓区太阳能系统确定使用双真空热管式全玻璃集热器。

由于各地的生活习惯不尽相同,测算1.2万名学生日洗浴热水用量约80~100吨。学生餐饮中心屋面实际最大化布置太阳能集热器352组集热面积1320平方米,分三个片区,年日均可提供约107吨热水,考虑到一年中阴雨雪天气较少,只有冬天因为太阳能光照相对差、初始自来水温度较低、需要的洗浴水温高、管道散热较多而不能全部满足要求外,其它季节完全满足洗浴热水需求,不需要其它能源补充。

四、食堂燃气炉灶烟气余热回收

食堂炊事的同时,还需要大量热水用于冷冻食品解冻、洗菜、清洗餐具、刷锅、冲洗地面油污等,通常还需要额外的设备制备热水。而通过燃气炉灶烟气的热能回收基本可以满足上述热水需求,即使有剩余,还可以向蒸饭箱加入较高温度的水煮饭来缩短煮饭时间和提高米饭口感,另外还可以提高蒸发器、开水器等加热设备的初始水温等方法进行消化利用。也可送往生活热水系统,与卫生热水进行统一调配。既提高了燃气炉灶的能源效率、也解决了炊事等场合的热水需求,同时降低了排烟温度而改善了炊事场所工作环境、消除了火灾隐患、减轻了食堂排烟系统负担。

在不影响炉灶正常使用效果和使用效率、不进行大的改动前提下,采取在每台炉灶排烟口加装烟气余热回收装置来制备热水。自来水接入到装置下部,同时安装有电磁阀,上部热水出口安装温度传感器,当水温达到设定值时,电磁阀自动打开上水,将热水从装置内顶出,汇合到总管后送往保温水箱储存,一旦装置出水温度低于设定温度时,电磁阀关闭。储热水箱水再通过变频水泵送往各个热水使用点。

餐饮中心食堂配备了38眼燃气大锅灶及炒灶。大锅灶及炒灶燃气用量平均约5.5m³/h·眼,厨师为加快炊事速度,往往在猛火下使用,炉灶排烟口温度超过600℃,至少有40%以上的热量由排烟口直接排出,能源浪费严重。利用余热回收装置将排烟温度下降到150℃,至少可获得25%的燃气总热能,学生年在校时间烟气余热回收全年可节省大约7万立方米的燃气,每年可节省燃气费用12万元左右,不到两年即可收回烟气余热回收系统的全部投资。

五、系统集成与互补

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

燃气机组供暖、太阳能热水、燃气炉灶烟气余热回收一体化集成供能系统流程图

⑴太阳能集热器 ⑵燃气采暖热水机组 ⑶生活热水燃气机组 ⑷炊用燃气炉灶 ⑸集热水箱 ⑹恒温水箱 ⑺燃气炉灶烟气余热储热水箱 ⑻软化水装置 ⑼软化水箱 ⑽太阳能集热循环泵 (11)太阳能换热泵 (12)生活热水燃气机组换热泵 (13)洗浴供水泵 (14)食堂热水供应泵 (15)食堂地暖循环泵 (16)采暖循环泵 (17)采暖燃气机组换热泵 (18)定压补水泵 (19)太阳能与洗浴热水换热器 (20)生活燃气机组与洗浴热水换热器 (21)太阳能与食堂地暖换热器 (22)分水器 (23)集水器

餐饮中心紧邻西侧为地下锅炉房,原设计安装2台燃气蒸汽锅炉提供食堂炊事及消毒,2台燃气热水锅炉供应洗浴热水,2台燃气开水炉提供开水,没有安装采暖机组的空间。为此将锅炉房设备及布局进行调整,把采暖系统设备放至锅炉房内。食堂蒸汽用量并不大,实践已经证明,集中供应蒸汽的做法,效率低、灵活性差、浪费大,通过在正逐渐安装蒸发器直接供应蒸饭柜、蒸菜箱,以及采用红外消毒等替代措施,投入小、运行费用少,且便于食堂经营者的自主灵活操作。为此仅预留一台小容量燃气蒸汽锅炉位置。洗浴热水由于安装了太阳能集热系统以及较大的储热水箱,具有较宽的需求调节范围,只需要根据洗浴用水量确定合理的恒温水箱补充液位,就可以有效满足供给,其燃气辅助加热机组也没必要配置过大,权衡后选取2台0.7MW生活热水炉,即便阴雨雪天气太阳能完全不能作用,燃气生活炉同时工作时最多3个多小时即可提供全天的洗浴热水。

锅炉房东侧贴临水箱间,设计将太阳能集热水箱、洗浴热水箱、燃气炉灶余热回收储存热水箱,集中放置在水箱间内。

(一)太阳能系统与采暖系统的调配

本地水质硬度较高,易产生水垢,传统做法是水软化处理后,由太阳能系统直接加热到洗浴需要的温度后,供给浴室使用。该做法太阳能利用效率高且运行成本低。为了提供学生更好的服务,本项目没有采用水质软化的办法,而采取自来水与太阳能系统热交换的方式制备热水,为防止结垢,热水制备温度设置不超过45℃。太阳能系统采取温差循环方式,将集热水箱水循环加热,当集热水箱水温超过洗浴水温时,换热泵启动,自来水侧电动调节阀门打开,冷热介质在换热器内换热进行热水制备,同时调整电动调节阀的开度调整冷水流量,保证出水温度在洗浴水温附近。如果洗浴热水箱存水不足,只要集热水箱水温超过自来水温度,即启动换热泵,将自来水初步升温后,再与燃气生活炉供应的热媒介在第二级换热器内进一步升温到设定的洗浴温度后进入热水箱储存待供,这样确保了太阳能优先利用的原则。

如果洗浴恒温水箱热水已满水,太阳能集热水箱水温较高,多余太阳能将用于餐饮中心餐厅地暖的采暖,通过间接换热将采暖回水加热到设定温度或初步升温后,再混合来自采暖燃气机组提供的高温热水。学校寒假期间浴室停止开放,太阳能的得热能力受到光照角度及气温影响而削弱,但整个系统每天仍可获得相当的热量,正好可用于餐饮中心地暖的寒假值班,其提供的热量可以满足约60%的热量需求。测算太阳能系统全年利用的热量合计达到3587GJ,折算每年可节约燃气12万立方米,节约燃气费约22万元。通过能源集中调配方式,提升了太阳能的有效利用,减少了采暖常规能源的能耗。

(二)燃气炉灶烟气余热回收与太阳能系统的集中互补

如前所述,燃气炉灶烟气余热回收每年可回收的热量相当于节省7万立方米燃气,由于季节因素及自来水温度变化,每天热水制备在45~65吨范围内波动,总体来看,燃气炉灶余热回收产生的热水量足够餐饮中心自身使用,且有一定剩余。为此,设计在太阳能恒温水箱和炉灶烟气回收储热水箱上部安装有溢流连通管,并安装有双向流量计,无论是炉灶余热回收热水有多余还是太阳能系统热水有多余,都将通过溢流管进行双向调剂,双向流量计计量相互间调剂量,方便进行能源结算。

食堂热水与洗浴热水使用量之间的相互调剂,不仅系统运行可靠性增强,还充分利用炉灶烟气余热和太阳能,节省了餐饮热水制备设备的投入,降低了使用过程的能源消耗。

六、结语

某大学新学生公寓区通过系统集中、能源共享互补方式,充分利用太阳能可再生能源提供学生洗浴热水及冬季供暖、利用燃气炉灶烟气余热回收并与太阳能热水系统进行统筹,使得太阳能和烟气余热得到优先利用,保障了系统运行的可靠性、有效降低了常规能源消耗,提高了系统运行经济性,为高校节能提供了有益的探索和尝试。测算该系统年提供热能6000GJ,相当于替代燃气19万立方米,节约电力170万kWh,折合节约标煤580吨、减少二氧化碳排放量1400多吨、减少硫化物排放10多吨、还减少了氮氧化物的排放,具有显著的节能和环保效益。

 

2016年7月初,国家发展改革委、国家能源局联合发布了《关于推进多能互补集成优化示范工程建设的实施意见》(发改能源[2016]1430号)文件,加快推进多能互补集成优化示范工程建设。而该校新学生公寓区燃气采暖、太阳能热水、燃气炉灶余热回收系统的综合利用,正是多能互补集成优化系统的具体体现。该系统的供暖系统已正常投入运行,根据目前情况,预测整个采暖季的能耗有望控制在9立方米/平方米·年以内。预计整个系统在2017年上半年全部投入使用后,将会发挥出应有的示范作用,为高校节能提供一种全新的行之有效的途径。

 

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