天津某廠制冷供熱站設計

(中國五環工程有限公司，湖北 武漢430223)

在空調制冷設計中，溴化鋰吸收式冷水機組以其適應能源廣、安全可靠、性能穩定、操作維護簡單等優點，在實際工程中得到越來越廣泛的應用，尤其是在能源品種多、規模比較大的工業建筑中。筆者長期在化工行業設計院從事暖通空調設計工作，擬通過一個工程的設計實例，就制冷供熱站的設計與同行交流探討。

1 工程概況

該廠位于天津市濱海新區臨港工業區內，是一個生產規模大、產品種類多的現代化化工廠。辦公樓、食堂等服務設施采用舒適性空調系統，中央控制樓等采用工藝性空調系統，其余封閉性建筑物采用集中采暖系統。經過對每個采暖空調建筑物進行詳細的冷熱負荷計算，空調總冷負荷為4 800 kW，空調總熱負荷為5 100kW，采暖總熱負荷為11 000 kW。全廠設置一座集中制冷供熱站，為各建筑物提供采暖空調冷熱水，站房面積432m2，為獨立建筑。

2 設計方案

根據建設方提供的全廠蒸汽平衡圖，可供溴化鋰冷水機組使用的熱源有0.6 MPa及以下壓力飽和蒸汽和462 t/h低壓蒸汽冷凝液，其中包括聯堿、丁辛醇、煤氣化、甲醇、合成氨、聚甲醛等各裝置蒸汽冷凝液。該部分冷凝液溫度不盡相同，其匯總后均衡溫度按100 ℃考慮，按建設方要求，需充分利用凝水廢熱，降低運行成本，建設方推薦首先考慮選用單效熱水型機組，但該熱水品質較低，經實際考察以及與有關設備廠家技術部門共同協商，在技術可行的前提下，通過加大發生器中換熱盤管面積，提高熱源水進出口溫差能滿足設備負荷要求。但該產品為非標產品，設備費用較高，今后運行的管理費用也比較高。通過經濟比較，最終決定利用低品質飽和蒸汽(0.6 MPa蒸汽)作為制冷系統熱源，選用蒸汽溴化鋰吸收式冷水機組(雙效型)作為我們的推薦方案。

2.1 蒸汽溴化鋰吸收式冷水機組的特點

(1)以熱能為動力，無需消耗大量的電能，且對熱源要求不高，能利用各種低品位蒸汽和工廠剩余蒸汽，有利于能源的綜合利用，具有很好的節能、節電效果，經濟性較好。

(2) 整個機組運動部件只有功率很小的屏蔽泵，振動小，噪聲低，磨損和維修量少，故障率低，運行可靠且安靜平穩。

(3)機器在真空狀態下運轉，以溴化鋰溶液為工質，無毒、無臭、無爆炸危險，對臭氧層無破壞作用，既環保，又安全。

(4)制冷量采用變頻控制，調節范圍廣，機組可根據外界負荷變化，在10%～100%的范圍內進行冷量無級調節，且保持較高的熱效率。

(5)安裝簡單，整個機組運動部件少，機器運轉時振動小，對安裝基礎要求較低。

(6)機組性能穩定，能適應各種外界條件變化，操作簡單，維護方便，機組的維修保養工作，主要在于確保機組的密封性，維持機組內的高度真空。

考慮到溴化鋰吸收式冷水機組水側污垢系數及腐蝕等因素會造成機組制冷量的衰減，選用機組時考慮1.2倍的裕量。

采暖空調換熱設備選用一套板式換熱機組。板式換熱器具有換熱效率高、熱損失小、結構緊湊輕巧、占地面積小、應用廣泛、使用壽命長等特點，在相同壓力損失情況下，其傳熱系數比管式換熱器高3～5倍，占地面積為管式換熱器的1/3，熱回收可高達90%以上。該項目處于寒冷地區，為保證工藝廠房設備冬季正常運行，每套換熱機組換熱器選用2臺，每臺換熱器考慮70%的容量，以保證1臺換熱器發生故障停止運行時，另1臺換熱器能滿足70%熱負荷的需要。

制冷供熱站各主要設備選型如下：2臺REW083S蒸汽溴化鋰吸收式冷水機組(雙效型)、2臺CDW-875ASY角型橫流式冷卻塔、3臺NPG150/500-160/4冷凍水泵(2開1備)、 3臺NPG300/400-132/4冷卻水泵(2開1備)、1套S/Q-N-12.0采暖板式換熱機組(配套板式換熱器、循環水泵)、1套S/Q-K-5.6空調板式換熱機組(配套板式換熱器、循環水泵)及配套定壓補水系統和凝結水回收器。冷凍水系統設計的供、回水溫度分別為7/12 ℃，冷卻水進、出水溫度分別為32/37 ℃，采暖系統設計的供、回水溫度分別為95/70 ℃，空調供熱系統供、回水溫度分別為60/50 ℃。主要設備選型見表1。

表1 主要設備選型

注：每套板式換熱機組配置2臺換熱器，單臺換熱器負擔70%熱負荷。

2.2 制冷供熱系統設計

本工程制冷系統冷凍水管路采用兩管制，按季節進行供冷、供熱轉換，空調管路供回水管間設置電動壓差旁通閥，使系統滿足變流量運行；冷凍水泵和制冷機組采用一對一的方式，并且互為備用；冷卻水系統為一級泵變流量系統，根據冷卻塔出水溫度控制冷卻塔風機轉速或臺數。

供熱系統機組主要由板式換熱器、循環水泵、除污器等設備及配套閥門和控制系統組成。機組自帶減壓閥組、疏水閥組和自動溫度控制系統，配套熱水循環泵，兩開一備，并配置自動控制柜，可獨立自動控制。

供熱系統與制冷系統共用1套定壓補水系統，冬、夏季通過關閉管道上的閥門實現轉換，采用變頻補水泵自動補水定壓；機房設置1套加藥裝置，系統運行初期為系統補充軟化水。

制冷系統的蒸汽凝結水和換熱系統的蒸汽凝結水壓力不盡相同，為消除各路凝水間的相互影響，保證各種壓力凝結水都能順暢回到凝結水回收裝置，各路回水先流經壓力平衡器，平衡壓力后排入凝結水回收裝置的儲罐，經凝結水泵加壓回收至室外凝結水主管，部分凝結水回至補水箱，供系統補水用。

該制冷供熱站設PLC控制系統1套，蒸汽及熱水供水溫度智能控制(智能調節器)，運行參數集中數顯，根據室外溫度的變化自動控制供水出水溫度；空調水系統控制采用電動二通閥及在供、回水總管間設置壓差旁通控制，冷、熱水系統的切換采用手動控制閥在總供、回水管上進行。

2.3 制冷供熱站設備布置

為了節約用地，降低投資，減小機房面積，管道布置盡量短捷，冷水機組、換熱機組與水泵設置在同一機房內，控制室單獨設置，機房與控制室之間設有通行門，冷水機組、換熱機組采用智能化控制，在值班室設操作屏監控，必要時進行巡檢，冷卻塔設置在機房屋面。

站房面積綜合考慮安全、設備安裝、檢修、維護和操作的需要，且為設備清洗或更換管束預留空間；該站房冷水機組檢修時拔管空間可通過機房西面大門及外墻上開窗實現。制冷供熱機房設備布置見圖1。

圖1 制冷供熱機房設備布置

3 制冷機組運行成本比較

該制冷供熱站自從開車運行以來，溴化鋰冷水機組使用效果很好，節能效果明顯。根據項目運行數據，現對該項目運行成本與電制冷機組作簡要比較。

以每年制冷運行120 d，每天運行時間1 0 h，平均電費0.6元/(kW·h)，蒸汽使用價格80元/t計，分析制冷機組本體經濟性。其中，蒸汽溴化鋰吸收式冷水機組與傳統電制冷機組運行成本(未包括其他附屬設備)比較見表2。

表2 溴化鋰冷水機組與電制冷機組運行成本比較

由表2可知，采用低品位熱能的蒸汽溴化鋰冷水機組節能效果明顯，每年(按1 200 h，2臺計算)比采用同等制冷量的電制冷的制冷站房節省33.62萬元。

經過2年的運行和測試，該系統各項參數和指標合格，采暖和空調供熱、制冷系統運行正常，完全能夠滿足設計和使用的要求。

4 結語

制冷供熱站在初步設計階段，必須經過方案比較，充分考慮各方面因素，包括初投資、能源利用、運行維護管理、環保規定、外部條件等，做到方案優、投資省、流程合理、運行簡單，更節能。

蒸汽溴化鋰吸收式冷水機組采用低品位熱能，節能效果明顯，能源綜合利用率高，與同等制冷量的電制冷機組相比，更節省電能及運行費用。

制冷供熱機房設備管道布置緊湊，熱力流程合理順暢，管道系統設計整齊美觀，交叉少，運行維護方便。

[1]陸耀慶.實用供熱空調設計手冊(第二版)[M ].北京：中國建筑工業出版社，2007.

[2]電子工業部第十設計研究院.空氣調節設計手冊(第二版)[M].北京：中國建筑工業出版社，2001.