(2015-12-28)太阳能热水系统在工业中的成功应用

1、太阳能热水系统在工业中的成功应用 杭州普桑能源科技有限公司 袁新毓摘要：随着我国能源的紧缺和可再生能源法的颁布和实施，太阳能等作为可再生能源，在建筑中的应用越来越受到人们的重视，但应用的范围仅限于太阳能提供生活热水，太阳能工业加热系统运行的实际工程很少。本文针对绍兴市某工业用水太阳能加热系统阐述、分析了工业用水太阳能加热系统的技术可行性及经济效益分析，为太阳能系统广泛推广及应用提供了新的发展方向。关键词：可再生能源 太阳能 工业用水 控制系统 效益分析一、前言随着人们生活质量的提高，环保意识加强，对原来采用锅炉加热工业用水，此种设施不仅消耗大量常规能源，而且运行费用高昂。为了解决上述问题，本项

2、目采用太阳能等设备来解决，太阳能是一种环保、无污染、可再生的洁净能源，充分利用太阳能将可节省运行费用。本项目是太阳能应用领域的又一次崭新的尝试，又是太阳能在工业用水加热中的成功应用典范。本文以浙江亚太特宽幅印染有限公司工业用水太阳能加热系统为例谈一下该项目设计思路与理念。二、项目背景概述浙江亚太特宽幅印染有限公司坐落于江南水乡名镇绍兴县安昌镇，紧邻亚洲最大的轻纺市场中国轻纺城，为国家重点高新技术企业。公司年产各类全棉、麻、棉麻、粘麻、化纤等中高档特宽幅产品10000万米，并具有各种宽幅的服饰面料、装饰用布、床上用品等印花和染色的能力。公司现有24台印染设备日需求90和120热水5600吨（退煮

3、漂联合机、丝光机、水洗机、轧染机：水温90；染缸：水温120）。现该厂消耗蒸汽年均每日900多吨，由于能源消耗巨大耗能严重，同时工业废水没有经过余热回收利用。为响应国家、省、市、县各级政府的节能减排号召，将节能减排付诸实际行动；也为了节省企业的能源费用，从而取得更大的经济效益，公司积极推进太阳能利用，提出了太阳能加热系统节能改造及余热回收利用项目。该厂计划采用太阳能光热（太阳能热水系统）和余热回收提供该厂主要的工业用水加热需求。经过土建、钢构整改后的可利用厂房屋面空间约50000。该项目建设期预计为15个月，太阳能系统将分期建设（一期、二期、三期），一期现已实施完毕，已正常运行了，效果良好。三

4、、项目实施要点1、本项目实施依据参照以下国家标准、浙江和当地气象资料GB/T18713-2002太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范GB 50364-2005民用建筑太阳热水系统应用技术规范GB50015-2003建筑给水排水设计规范GB/T17581-1998真空管太阳集热器GB/T17049-1997全玻璃真空太阳集热管GB/T6424-1997太阳能集热器技术条件GB4301-84太阳能集热器热性能试验方法GB/T15513-1995太阳能热水器吸热体、连接管及其配件秘用弹性材料的评价方法GBJ1788钢结构设计规范GB/T12936太阳能热利用术语GB50275压缩机、风机、泵安装

5、工程施工及验收规范查有关资料，绍兴市：纬度3014，经度12010，高度41.7m全年各月平均室外气温、水平面/当地纬度斜面上的月平均日太阳辐照量（MJ/d）123456789101112气温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纬度斜面11.54614.15816.44817.85818.91617.92915.54815.59715.71414.27211.23410.408月均降水量图表月均最高与最低

6、温度图表1997年至2007年中10年统计计算最低气温：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、项目实施方案2、1总体概括本项目设计采用50000的太阳能热水系统和余热回收系统结合使用，晴好天气（日辐照量17MJ/时）满足日提供605000吨热水，不足部分和阴雨天气由蒸汽系统供给所需热量。太阳能集热模块在定型车间、前处理车间、染色车间和印花车间的屋顶钢构架上进行安装铺设。安装时，太阳能适当倾斜，之间留有一定的间距，保持光照、安全和通风。本太阳能项目：由若干个小单元组成一个系统，再由若干个系统组成一个大的集成系统，最后统一

7、集成控制。2、2系统设计原则高效先进性：保持系统的高效运转，最大化优先利用太阳能，力求5-10年内该项目保持国内和国际领先本项目采用国际先进的德国西门子集成控制系统，将太阳能系统和余热系统集成，利用计算机监测和控制。安全可靠性：本项目采用高可靠性、技术成熟的太阳能和集成控制设备，结合完善的施工和保护措施来提高太阳能系统的整体安全性和供水可靠性；和谐美观性：结合现有建筑安装，充分考虑原建筑设计，保持建筑的原有风格和美学观感；公共展示性：本项目充分显示各级政府对节能减排的重视和决心，体现对可再生能源的重视，因此本项目重点考虑了能源循环利用的展示性，本项目建成后将成为全球最大的太阳能工业用水项目，将

8、起到良好的展示效果，向相关企业、单位、市民直观展示绿色能源的有效、循环利用，宣扬环保理念。2.3技术运行阐述本项目采用直流式定温加热太阳能系统：太阳能将经过净化的冷水加热到设定的温度（60度左右）后进入储热水箱，再将水箱的热水，泵至用水设备，利用蒸气加热至90120。经过设备使用的污水进入污水处理池，换热器将污水的热量充分利用，再进入水箱。本项目既充分的利用了太阳能系统，又充分解决了污水余热再利用的问题，减少原污水直接排放对地表的危害，降低了对大地热能的排放，保护了地表的原生态，本项目真正体现了的节能环保。2.4系统控制方式A、太阳能自动补水：太阳能温度达到设定值时，冷水电动阀自动打开补水；直

9、至太阳能末端温度点低于设定值；B、太阳能定温加热：太阳能温度达到设定值时，热水保存在储热水箱内；C、辅助热源：水箱热水经过水泵泵至设备水池内，温度不足时，蒸气自动加热至设备所需温度；D、余热回收利用：余热设备将余热回收至储热保温水箱；E、系统内部局域监控：可利用电脑监控。2.5系统其他技术措施防雷：系统按照三类民建防雷、漏电设计，系统与建筑接地网接地；防震：系统与建筑之间连接可靠，按抗风10级标准设计施工，防震防裂90；防火：系统设备、配件均采用不燃和阻燃材料，电器部分按照国家规范设计、施工，系统场地预留消防通道；气密安全：太阳能按照国家标准生产、检验，保证出厂产品完全达到国家标准要求的气密性

10、条件；热水系统管路和设备在连接时完全按照国家标准规范进行施工，保证系统的气密性和水密性要求；防漏电：系统电器部分具备防漏电保护功能，电器部分可靠接地；防腐：系统防腐性能保证使用达到15年以上的仿佛要求；防漏水：系统在安装时，太阳能炸管漏水有可靠的预防措施，同时屋面也做屋面防水处理；防水质污染：本系统设备、管道等材料均采用符合国家标准的材质，水质污染可能性为零；自然光处理：考虑到屋顶太阳能设备会对建筑本身的自然光有一定的遮挡，本项目考虑在北向的屋顶铺设防水反光材料，既保证了建筑本身的防水要求，又保证了建筑本身的自然采光，保证了生产工艺的严格要求。2.6本项目工艺流程本项目采用直流式定温加热太阳能

11、系统：经过若干个系统和单元（一栋建筑5个单元组成一个系统，13栋建筑共计13套太阳能热水系统）组成的太阳能系统将冷水加热到设定的温度（60度左右）后进入保温储热水箱，再将水箱的热水，泵至用水设备，再利用蒸气加热至90120。经过设备使用的污水进入污水处理池，换热器将污水的热量经过换热后充分利用，再进入水箱。2.7关键设备选型2.7.1太阳能集热模块选择目前国内的太阳能光热元件掌握了核心技术，在国际上处于领先水平，本项目采用具有领先水平的天普太阳能集热设备。本项目采用高性能全玻璃真空管太阳能集热器，密集式排列，吸热快，效率高。A、真空管：采用国际具有领先水平的高效全玻璃真空集热管，系能参数，见下

12、表：项目名称性能参数备注长度（mm）1500符合国标罩玻璃长度（mm）47符合国标壁厚（mm）1.5/1.6优于国标膨胀系数3.310-6优于国标罩玻璃的透射率0.95优于国标吸收体溅射渐变铝-氮/铝优于国标太阳吸收比0.96优于国标发射比0.05优于国标真空度510-2Pa优于国标空晒度250优于国标平均热损系数0.52W/优于国标抗冰雹能力直径25mm冰雹冲击不破损优于国标耐压能力0.60.8MPa优于国标B、太阳能集热器内胆：0.8mm厚度304/2B食品级不锈钢，不影响水质；全自动高频氩弧焊接，质量可靠，寿命长，可达12年-15年以上；C、太阳能集热器保温：采用进口高压发泡设备，无氟聚

13、氨酯整体发泡保温，发泡均匀，闭孔率超过98%，保温性能良好；D、联箱外胆：采用优质不锈钢材质，耐腐蚀，寿命长；E、集热器边框支架：采用0.6mm全钢方管，机械性能好，抗弯曲，耐腐蚀；2.7.2太阳能集热器性能规格参数项目名称指标国家标准备注型号47（mm）1500（mm）符合国标真空管支数60符合国标集热器接口DN25优于国标保温材料熟化聚氨酯优于国标承受压力0.6kg/0.5kg/优于国标占地尺寸2000（mm）3300（mm）优于国标联箱参数内胆材质0.8mm厚度304/2B食品级不锈钢优于国标外皮材质采用优质不锈钢材质，耐腐蚀，寿命长优于国标保温材料采用进口高压发泡设备，无氟聚氨酯整体发

14、泡保温，发泡均匀，闭孔率超过98%，保温性能良好优于国标2.7.3.工业余热回收设备本项目采用全球具有领先换热技术的美国舒瑞普工业余热回收设备4套，日换热污水处理5000吨。2.7.4.本项目工业控制系统本项目采用全球工业控制系统知名品牌德国西门子工业控制系统，系统运行稳定，稳定性强，功能强大高效。本项目共设13套PLC工业控制设备13套PLC工业控制设备对由若干单元组成的系统A、B、C、D等进行控制。1套计算机自动监控设备实现13套太阳能系统进行整合，实现对13套太阳能系统整体监测和控制；2.7.5.工业水泵采用80%材质能够再利用的国际名牌丹麦格兰富工业水泵，该泵噪音低，性能稳定可靠，使用

15、寿命长。 2.7.6.工业用电动阀选用德国J+J工业用电动阀，该电动阀动作灵敏准确，性能稳定可靠。2.7.7.保温储热水池本项目保温水池的整体容积5000吨。3、项目配套工程3.1供水：利用厂内市政管网供水管道，不足时申请市政管道。3.2供电：利用厂内电力，不足时申请市内电力；3.3供气：仍采用热电余热蒸汽作为二次加热。3.4土建：屋顶改造，屋面防水处理、反光材料处理；污水池建造、过滤池建造、半地下保温储水池改造等。四、项目效益分析 一）有关节能计算公式及参数1、测算公式Q = CMT /式中： Q：热量 千卡C：水的比热 1千卡/kg M： 加热水量 kg T: 加热温差 ：热效率，无量纲；

16、2、各种能源折标准煤参考系数能源名称平均低位发热量折标准煤系数原煤5000千卡/千克0.7143千克标准煤/千克洗精煤6300千卡/千克0.9000千克标准煤/千克其他洗煤煤泥2000-3000千卡/千克0.2857-0.4286千克标准煤/千克焦炭6800千卡/千克0.9714千克标准煤/千克原油10000千卡/千克1.4286千克标准煤/千克燃料油10000千卡/千克1.4286千克标准煤/千克汽油10300千卡/千克1.4714千克标准煤/千克煤油10300千卡/千克1.4714千克标准煤/千克柴油10200千卡/千克1.4671千克标准煤/千克液化石油气12000千卡/千克1.7143

17、千克标准煤/千克天然气7700-9310千卡/立方米1.1-1.3300千克标准煤/立方米焦炉煤气4000-4300千卡/立方米0.5714-0.6143千克标准煤/立方米其他煤气发生煤气1250千卡/立方米0.1786千克标准煤/立方米重油催化裂解煤气4600千卡/立方米0.6571千克标准煤/立方米重油热裂解煤气8500千卡/立方米1.2143千克标准煤/立方米焦炭制气3900千卡/立方米0.5571千克标准煤/立方米压力气化煤气3600千卡/立方米0.5143千克标准煤/立方米水煤气2500千卡/立方米0.3571千克标准煤/立方米炼焦油8000千卡/千克1.1429千克标准煤/千克热力

18、（当量）0.03412千克标准煤/百万焦耳 3、基础数据该印染公司日用水量：5600吨，用水温度：90/120，冷水温度：101吨蒸气热值：1吨蒸气=700KW/小时按照75%的热效率计算：700KW860（千卡/KW小时）75%451500千卡二）项目经济效益分析1、每日将5600吨10冷水加热到90需要蒸气量：M1= CMT /Q蒸汽=156001000（90-10）/451500=992.3 吨；2、600吨10冷水加热到90热水需要蒸汽量为：M2= CMT /Q蒸汽=16001000（90-10）/451500=106.3吨3、5600吨60热水加热到90热水需要蒸汽量为：M3= CM

19、T /Q蒸汽=156001000（90-60）/451500=372.1吨4、5600吨10冷水加热到90热水，在没有太阳时日使用蒸气量为 992.3 吨，有太阳能时日使用蒸气量 478.4吨，每日节约蒸气513.9吨，折合33.2吨标煤。综上分析： 1、本系统投资预算约6000万元，蒸汽按160元/吨，日节约费用8.2224万元； 2、每年按照250天晴好天气计算：年节约费用2055.6万元； 3-4年将可收回投资成本。 3、本系统可使用10年以上，10年内可节约费用2.0556亿元。太阳能系统的使用寿命在10年以上（一般可用10-15年）。由此可见，安装太阳能系统的经济效益非常显著。三）项目环境效益分析太阳能热水系统使用寿命在10年以上，本项目实施后