20151228太陽能熱水系統(tǒng)在工業(yè)中的成功應(yīng)用課案

1、太陽能熱水系統(tǒng)在工業(yè)中的成功應(yīng)用 杭州普桑能源科技有限公司 袁新毓摘要：隨著我國能源的緊缺和可再生能源法的頒布和實施，太陽能等作為可再生能源，在建筑中的應(yīng)用越來越受到人們的重視，但應(yīng)用的范圍僅限于太陽能提供生活熱水，太陽能工業(yè)加熱系統(tǒng)運行的實際工程很少。本文針對紹興市某工業(yè)用水太陽能加熱系統(tǒng)闡述、分析了工業(yè)用水太陽能加熱系統(tǒng)的技術(shù)可行性及經(jīng)濟效益分析，為太陽能系統(tǒng)廣泛推廣及應(yīng)用提供了新的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：可再生能源 太陽能 工業(yè)用水 控制系統(tǒng) 效益分析一、前言隨著人們生活質(zhì)量的提高，環(huán)保意識加強，對原來采用鍋爐加熱工業(yè)用水，此種設(shè)施不僅消耗大量常規(guī)能源，而且運行費用高昂。為了解決上述問題，本項

2、目采用太陽能等設(shè)備來解決，太陽能是一種環(huán)保、無污染、可再生的潔凈能源，充分利用太陽能將可節(jié)省運行費用。本項目是太陽能應(yīng)用領(lǐng)域的又一次嶄新的嘗試，又是太陽能在工業(yè)用水加熱中的成功應(yīng)用典范。本文以浙江亞太特寬幅印染有限公司工業(yè)用水太陽能加熱系統(tǒng)為例談一下該項目設(shè)計思路與理念。二、項目背景概述浙江亞太特寬幅印染有限公司坐落于江南水鄉(xiāng)名鎮(zhèn)紹興縣安昌鎮(zhèn)，緊鄰亞洲最大的輕紡市場中國輕紡城，為國家重點高新技術(shù)企業(yè)。公司年產(chǎn)各類全棉、麻、棉麻、粘麻、化纖等中高檔特寬幅產(chǎn)品10000萬米，并具有各種寬幅的服飾面料、裝飾用布、床上用品等印花和染色的能力。公司現(xiàn)有24臺印染設(shè)備日需求90和120熱水5600噸（退煮

3、漂聯(lián)合機、絲光機、水洗機、軋染機：水溫90；染缸：水溫120）?，F(xiàn)該廠消耗蒸汽年均每日900多噸，由于能源消耗巨大耗能嚴(yán)重，同時工業(yè)廢水沒有經(jīng)過余熱回收利用。為響應(yīng)國家、省、市、縣各級政府的節(jié)能減排號召，將節(jié)能減排付諸實際行動；也為了節(jié)省企業(yè)的能源費用，從而取得更大的經(jīng)濟效益，公司積極推進(jìn)太陽能利用，提出了太陽能加熱系統(tǒng)節(jié)能改造及余熱回收利用項目。該廠計劃采用太陽能光熱（太陽能熱水系統(tǒng)）和余熱回收提供該廠主要的工業(yè)用水加熱需求。經(jīng)過土建、鋼構(gòu)整改后的可利用廠房屋面空間約50000。該項目建設(shè)期預(yù)計為15個月，太陽能系統(tǒng)將分期建設(shè)（一期、二期、三期），一期現(xiàn)已實施完畢，已正常運行了，效果良好。三

4、、項目實施要點1、本項目實施依據(jù)參照以下國家標(biāo)準(zhǔn)、浙江和當(dāng)?shù)貧庀筚Y料GB/T18713-2002太陽熱水系統(tǒng)設(shè)計、安裝及工程驗收技術(shù)規(guī)范GB 50364-2005民用建筑太陽熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范GB50015-2003建筑給水排水設(shè)計規(guī)范GB/T17581-1998真空管太陽集熱器GB/T17049-1997全玻璃真空太陽集熱管GB/T6424-1997太陽能集熱器技術(shù)條件GB4301-84太陽能集熱器熱性能試驗方法GB/T15513-1995太陽能熱水器吸熱體、連接管及其配件秘用彈性材料的評價方法GBJ1788鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB/T12936太陽能熱利用術(shù)語GB50275壓縮機、風(fēng)機、泵安裝

5、工程施工及驗收規(guī)范查有關(guān)資料，紹興市：緯度30º14，經(jīng)度120º10，高度41.7m全年各月平均室外氣溫、水平面/當(dāng)?shù)鼐暥刃泵嫔系脑缕骄仗栞椪樟浚∕J/·d）123456789101112氣溫4.35.69.515.820.724.328.427.923.418.312.46.8水平面6.8137.7539.02112.54214.46813.21817.40516.46312.01310.2768.3887.303緯度斜面11.54614.15816.44817.85818.91617.92915.54815.59715.71414.27211.23410

6、.408月均降水量圖表月均最高與最低溫度圖表1997年至2007年中10年統(tǒng)計計算最低氣溫：1月份：2.5 12月份：4.3霜日：1月份：7.2天 2月份：2.2天 3月份：0.8天 12月份：5.2天2、項目實施方案2、1總體概括本項目設(shè)計采用50000的太陽能熱水系統(tǒng)和余熱回收系統(tǒng)結(jié)合使用，晴好天氣（日輻照量17MJ/時）滿足日提供605000噸熱水，不足部分和陰雨天氣由蒸汽系統(tǒng)供給所需熱量。太陽能集熱模塊在定型車間、前處理車間、染色車間和印花車間的屋頂鋼構(gòu)架上進(jìn)行安裝鋪設(shè)。安裝時，太陽能適當(dāng)傾斜，之間留有一定的間距，保持光照、安全和通風(fēng)。本太陽能項目：由若干個小單元組成一個系統(tǒng)，再由若干

7、個系統(tǒng)組成一個大的集成系統(tǒng)，最后統(tǒng)一集成控制。2、2系統(tǒng)設(shè)計原則高效先進(jìn)性：保持系統(tǒng)的高效運轉(zhuǎn)，最大化優(yōu)先利用太陽能，力求5-10年內(nèi)該項目保持國內(nèi)和國際領(lǐng)先本項目采用國際先進(jìn)的德國西門子集成控制系統(tǒng)，將太陽能系統(tǒng)和余熱系統(tǒng)集成，利用計算機監(jiān)測和控制。安全可靠性：本項目采用高可靠性、技術(shù)成熟的太陽能和集成控制設(shè)備，結(jié)合完善的施工和保護(hù)措施來提高太陽能系統(tǒng)的整體安全性和供水可靠性；和諧美觀性：結(jié)合現(xiàn)有建筑安裝，充分考慮原建筑設(shè)計，保持建筑的原有風(fēng)格和美學(xué)觀感；公共展示性：本項目充分顯示各級政府對節(jié)能減排的重視和決心，體現(xiàn)對可再生能源的重視，因此本項目重點考慮了能源循環(huán)利用的展示性，本項目建成后將

8、成為全球最大的太陽能工業(yè)用水項目，將起到良好的展示效果，向相關(guān)企業(yè)、單位、市民直觀展示綠色能源的有效、循環(huán)利用，宣揚環(huán)保理念。2.3技術(shù)運行闡述本項目采用直流式定溫加熱太陽能系統(tǒng)：太陽能將經(jīng)過凈化的冷水加熱到設(shè)定的溫度（60度左右）后進(jìn)入儲熱水箱，再將水箱的熱水，泵至用水設(shè)備，利用蒸氣加熱至90120。經(jīng)過設(shè)備使用的污水進(jìn)入污水處理池，換熱器將污水的熱量充分利用，再進(jìn)入水箱。本項目既充分的利用了太陽能系統(tǒng)，又充分解決了污水余熱再利用的問題，減少原污水直接排放對地表的危害，降低了對大地?zé)崮艿呐欧?，保護(hù)了地表的原生態(tài)，本項目真正體現(xiàn)了的節(jié)能環(huán)保。2.4系統(tǒng)控制方式A、太陽能自動補水：太陽能溫度達(dá)到

9、設(shè)定值時，冷水電動閥自動打開補水；直至太陽能末端溫度點低于設(shè)定值；B、太陽能定溫加熱：太陽能溫度達(dá)到設(shè)定值時，熱水保存在儲熱水箱內(nèi)；C、輔助熱源：水箱熱水經(jīng)過水泵泵至設(shè)備水池內(nèi)，溫度不足時，蒸氣自動加熱至設(shè)備所需溫度；D、余熱回收利用：余熱設(shè)備將余熱回收至儲熱保溫水箱；E、系統(tǒng)內(nèi)部局域監(jiān)控：可利用電腦監(jiān)控。2.5系統(tǒng)其他技術(shù)措施防雷：系統(tǒng)按照三類民建防雷、漏電設(shè)計，系統(tǒng)與建筑接地網(wǎng)接地；防震：系統(tǒng)與建筑之間連接可靠，按抗風(fēng)10級標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計施工，防震防裂90；防火：系統(tǒng)設(shè)備、配件均采用不燃和阻燃材料，電器部分按照國家規(guī)范設(shè)計、施工，系統(tǒng)場地預(yù)留消防通道；氣密安全：太陽能按照國家標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)、檢驗，保證

10、出廠產(chǎn)品完全達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求的氣密性條件；熱水系統(tǒng)管路和設(shè)備在連接時完全按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行施工，保證系統(tǒng)的氣密性和水密性要求；防漏電：系統(tǒng)電器部分具備防漏電保護(hù)功能，電器部分可靠接地；防腐：系統(tǒng)防腐性能保證使用達(dá)到15年以上的仿佛要求；防漏水：系統(tǒng)在安裝時，太陽能炸管漏水有可靠的預(yù)防措施，同時屋面也做屋面防水處理；防水質(zhì)污染：本系統(tǒng)設(shè)備、管道等材料均采用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的材質(zhì)，水質(zhì)污染可能性為零；自然光處理：考慮到屋頂太陽能設(shè)備會對建筑本身的自然光有一定的遮擋，本項目考慮在北向的屋頂鋪設(shè)防水反光材料，既保證了建筑本身的防水要求，又保證了建筑本身的自然采光，保證了生產(chǎn)工藝的嚴(yán)格要求。2.6本項目工

11、藝流程本項目采用直流式定溫加熱太陽能系統(tǒng)：經(jīng)過若干個系統(tǒng)和單元（一棟建筑5個單元組成一個系統(tǒng)，13棟建筑共計13套太陽能熱水系統(tǒng)）組成的太陽能系統(tǒng)將冷水加熱到設(shè)定的溫度（60度左右）后進(jìn)入保溫儲熱水箱，再將水箱的熱水，泵至用水設(shè)備，再利用蒸氣加熱至90120。經(jīng)過設(shè)備使用的污水進(jìn)入污水處理池，換熱器將污水的熱量經(jīng)過換熱后充分利用，再進(jìn)入水箱。2.7關(guān)鍵設(shè)備選型2.7.1太陽能集熱模塊選擇目前國內(nèi)的太陽能光熱元件掌握了核心技術(shù)，在國際上處于領(lǐng)先水平，本項目采用具有領(lǐng)先水平的天普太陽能集熱設(shè)備。本項目采用高性能全玻璃真空管太陽能集熱器，密集式排列，吸熱快，效率高。A、真空管：采用國際具有領(lǐng)先水平的

12、高效全玻璃真空集熱管，系能參數(shù)，見下表：項目名稱性能參數(shù)備注長度（mm）1500符合國標(biāo)罩玻璃長度（mm）47符合國標(biāo)壁厚（mm）1.5/1.6優(yōu)于國標(biāo)膨脹系數(shù)3.3×10-6優(yōu)于國標(biāo)罩玻璃的透射率0.95優(yōu)于國標(biāo)吸收體濺射漸變鋁-氮/鋁優(yōu)于國標(biāo)太陽吸收比0.96優(yōu)于國標(biāo)發(fā)射比0.05優(yōu)于國標(biāo)真空度5×10-2Pa優(yōu)于國標(biāo)空曬度250優(yōu)于國標(biāo)平均熱損系數(shù)0.52W/優(yōu)于國標(biāo)抗冰雹能力直徑25mm冰雹沖擊不破損優(yōu)于國標(biāo)耐壓能力0.60.8MPa優(yōu)于國標(biāo)B、太陽能集熱器內(nèi)膽：0.8mm厚度304/2B食品級不銹鋼，不影響水質(zhì)；全自動高頻氬弧焊接，質(zhì)量可靠，壽命長，可達(dá)12年-1

13、5年以上；C、太陽能集熱器保溫：采用進(jìn)口高壓發(fā)泡設(shè)備，無氟聚氨酯整體發(fā)泡保溫，發(fā)泡均勻，閉孔率超過98%，保溫性能良好；D、聯(lián)箱外膽：采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼材質(zhì)，耐腐蝕，壽命長；E、集熱器邊框支架：采用0.6mm全鋼方管，機械性能好，抗彎曲，耐腐蝕；2.7.2太陽能集熱器性能規(guī)格參數(shù)項目名稱指標(biāo)國家標(biāo)準(zhǔn)備注型號47（mm）×1500（mm）符合國標(biāo)真空管支數(shù)60符合國標(biāo)集熱器接口DN25優(yōu)于國標(biāo)保溫材料熟化聚氨酯優(yōu)于國標(biāo)承受壓力0.6kg/0.5kg/優(yōu)于國標(biāo)占地尺寸2000（mm）×3300（mm）優(yōu)于國標(biāo)聯(lián)箱參數(shù)內(nèi)膽材質(zhì)0.8mm厚度304/2B食品級不銹鋼優(yōu)于國標(biāo)外皮材質(zhì)采用

14、優(yōu)質(zhì)不銹鋼材質(zhì)，耐腐蝕，壽命長優(yōu)于國標(biāo)保溫材料采用進(jìn)口高壓發(fā)泡設(shè)備，無氟聚氨酯整體發(fā)泡保溫，發(fā)泡均勻，閉孔率超過98%，保溫性能良好優(yōu)于國標(biāo)2.7.3.工業(yè)余熱回收設(shè)備本項目采用全球具有領(lǐng)先換熱技術(shù)的美國舒瑞普工業(yè)余熱回收設(shè)備4套，日換熱污水處理5000噸。2.7.4.本項目工業(yè)控制系統(tǒng)本項目采用全球工業(yè)控制系統(tǒng)知名品牌德國西門子工業(yè)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，穩(wěn)定性強，功能強大高效。本項目共設(shè)13套PLC工業(yè)控制設(shè)備13套PLC工業(yè)控制設(shè)備對由若干單元組成的系統(tǒng)A、B、C、D等進(jìn)行控制。1套計算機自動監(jiān)控設(shè)備實現(xiàn)13套太陽能系統(tǒng)進(jìn)行整合，實現(xiàn)對13套太陽能系統(tǒng)整體監(jiān)測和控制；2.7.5.工業(yè)水泵

15、采用80%材質(zhì)能夠再利用的國際名牌丹麥格蘭富工業(yè)水泵，該泵噪音低，性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長。 2.7.6.工業(yè)用電動閥選用德國J+J工業(yè)用電動閥，該電動閥動作靈敏準(zhǔn)確，性能穩(wěn)定可靠。2.7.7.保溫儲熱水池本項目保溫水池的整體容積5000噸。3、項目配套工程3.1供水：利用廠內(nèi)市政管網(wǎng)供水管道，不足時申請市政管道。3.2供電：利用廠內(nèi)電力，不足時申請市內(nèi)電力；3.3供氣：仍采用熱電余熱蒸汽作為二次加熱。3.4土建：屋頂改造，屋面防水處理、反光材料處理；污水池建造、過濾池建造、半地下保溫儲水池改造等。四、項目效益分析 一）有關(guān)節(jié)能計算公式及參數(shù)1、測算公式Q = CMT /式中： Q：熱量 千卡

16、C：水的比熱 1千卡/kg· M： 加熱水量 kg T: 加熱溫差 ：熱效率，無量綱；2、各種能源折標(biāo)準(zhǔn)煤參考系數(shù)能源名稱平均低位發(fā)熱量折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)原煤5000千卡/千克0.7143千克標(biāo)準(zhǔn)煤/千克洗精煤6300千卡/千克0.9000千克標(biāo)準(zhǔn)煤/千克其他洗煤煤泥2000-3000千卡/千克0.2857-0.4286千克標(biāo)準(zhǔn)煤/千克焦炭6800千卡/千克0.9714千克標(biāo)準(zhǔn)煤/千克原油10000千卡/千克1.4286千克標(biāo)準(zhǔn)煤/千克燃料油10000千卡/千克1.4286千克標(biāo)準(zhǔn)煤/千克汽油10300千卡/千克1.4714千克標(biāo)準(zhǔn)煤/千克煤油10300千卡/千克1.4714千克標(biāo)準(zhǔn)煤/千

17、克柴油10200千卡/千克1.4671千克標(biāo)準(zhǔn)煤/千克液化石油氣12000千卡/千克1.7143千克標(biāo)準(zhǔn)煤/千克天然氣7700-9310千卡/立方米1.1-1.3300千克標(biāo)準(zhǔn)煤/立方米焦?fàn)t煤氣4000-4300千卡/立方米0.5714-0.6143千克標(biāo)準(zhǔn)煤/立方米其他煤氣發(fā)生煤氣1250千卡/立方米0.1786千克標(biāo)準(zhǔn)煤/立方米重油催化裂解煤氣4600千卡/立方米0.6571千克標(biāo)準(zhǔn)煤/立方米重油熱裂解煤氣8500千卡/立方米1.2143千克標(biāo)準(zhǔn)煤/立方米焦炭制氣3900千卡/立方米0.5571千克標(biāo)準(zhǔn)煤/立方米壓力氣化煤氣3600千卡/立方米0.5143千克標(biāo)準(zhǔn)煤/立方米水煤氣2500千

18、卡/立方米0.3571千克標(biāo)準(zhǔn)煤/立方米煉焦油8000千卡/千克1.1429千克標(biāo)準(zhǔn)煤/千克熱力（當(dāng)量）0.03412千克標(biāo)準(zhǔn)煤/百萬焦耳 3、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)該印染公司日用水量：5600噸，用水溫度：90/120，冷水溫度：101噸蒸氣熱值：1噸蒸氣=700KW/小時按照75%的熱效率計算：700KW×860（千卡/KW小時）×75%451500千卡二）項目經(jīng)濟效益分析1、每日將5600噸10冷水加熱到90需要蒸氣量：M1= CMT /Q蒸汽=1×5600×1000×（90-10）/451500=992.3 噸；2、600噸10冷水加熱到90熱水需要

19、蒸汽量為：M2= CMT /Q蒸汽=1×600×1000×（90-10）/451500=106.3噸3、5600噸60熱水加熱到90熱水需要蒸汽量為：M3= CMT /Q蒸汽=1×5600×1000×（90-60）/451500=372.1噸4、5600噸10冷水加熱到90熱水，在沒有太陽時日使用蒸氣量為 992.3 噸，有太陽能時日使用蒸氣量 478.4噸，每日節(jié)約蒸氣513.9噸，折合33.2噸標(biāo)煤。綜上分析： 1、本系統(tǒng)投資預(yù)算約6000萬元，蒸汽按160元/噸，日節(jié)約費用8.2224萬元； 2、每年按照250天晴好天氣計算：年節(jié)約費用2055.6萬元； 3-4年將可收回投資成本。 3、本系統(tǒng)可使用10年以上，10年內(nèi)可節(jié)約費用2.0556億元。太陽能系統(tǒng)的使用壽命在10年以上（一般可用10-15年）。由此可見，安裝太陽能系統(tǒng)的經(jīng)濟效益非常顯著。三）項目環(huán)境效益分析太陽能熱水系統(tǒng)使用壽命在