燃機電廠空調系統集中制冷加熱方案分析

施 婷

（中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司， 江蘇 南京 211102）

1 方案概述

根據江蘇大唐國際金壇2×400 MW級燃機熱電聯產工程所處金壇地區室外環境設計參數統計，日平均氣溫度≤5℃的天數為56 d，按《工業建筑供暖通風與空氣調節設計規范》（GB 50019—2015）的規定，全廠不設集中采暖系統，對室內經常有人停留、工作或冬季對室內溫度有一定要求的區域，采用空調系統來供熱。由于本工程主廠房、輔控樓區域工藝設備布置集中、人員分布較集中，根據工藝設備、人員的通風、降溫、空氣調節需求，區域空調冷熱負荷集中，故在此區域設置集中加熱站，滿足主廠房、輔控樓冬夏季制冷加熱需求。

2 負荷分析

2.1 空調冷熱負荷

根據各工藝車間的設備布置、建筑面積及周邊環境，確定的空調降溫系統冷負荷為1 043 kW，空調加熱負荷為332 kW。

2.2 全年負荷分析

在上述冷熱負荷中，空調冷熱負荷與季節相關性很大，根據電廠的運行特點，主廠房、輔控樓空調系統、降溫通風系統制冷運行時間基本上從每年的5月上旬至10月下旬，約6個月時間；空調供熱時間從每年的11月至次年的3月。集中制冷加熱站全年供冷、供熱負荷曲線如圖1所示。

根據全年負荷分析，最大熱負荷出現在冬季：332 kW（空調制熱負荷）。最大冷負荷出現在夏季：1 043 kW。綜合考慮全年負荷水平，設計負荷按冬季負荷為340 kW，夏季負荷為1 050 kW設計。

圖1 全年冷熱負荷分布圖

3 空調制冷加熱方式特點分析

根據冷卻加熱設備與空調降溫通風系統空氣處理設備之間冷、熱媒的傳遞介質的不同，制冷加熱方式可以分為以水為介質的集中式和以制冷劑為介質的分散式。

3.1 集中制冷加熱方式

集中制冷加熱方式，是在廠區設置集中制冷加熱站，夏季通過高能效比的制冷方式，冷卻空調降溫系統的冷凍水；冬季利用經濟的加熱方式，加熱空調系統的熱水。各空調降溫通風系統的空氣處理設備采用表面式冷卻器或表面式加熱器，實現對服務區域循環空氣冷卻、去濕或加熱過程。在制冷加熱站與空氣處理末端之間采用循環水泵，實現在表冷器與制冷設備的蒸發器（夏季）或加熱器與換熱設備之間的水循環。因此，集中制冷加熱方式的重要特征是以水作為中間傳熱介質。

采用集中制冷的方式，具有便于管理、提高系統可靠性、利于優化配置實現節能運行、空氣處理設備選擇方便靈活和系統對施工安裝的要求較低等優點。與直接蒸發式分散壓縮制冷的方案相比，具有系統相對復雜、設備龐大、運行不靈活、系統存在傳熱損失等不足。

3.2 分散式制冷加熱方式

分散式制冷方式，是采用制冷劑（R407C或其他環保冷媒）的直接蒸發來冷卻空調、降溫通風系統的循環空氣，減少了中間冷媒水的環節，以制冷劑為循環介質是分散式制冷方式的特征。分散式加熱系統，是與分散制冷系統緊密結合的，利用制冷循環通過四通閥實現冬季熱泵運行，達到給空調系統加熱的目的。分散式制冷加熱系統，具有系統運用靈活，使用方便、減少了換熱環節和空氣處理設備布置方便等優點；但直接蒸發式系統也存在系統的安裝要求較高、室外機布置比較困難、系統的運行維護工作量較大、空調和降溫通風系統制冷裝置容量較大等不足。

綜合上述分析，根據本工程主廠房、輔控樓空調冷、熱負荷季節性強、需求穩定等特點，本工程擬選用集中制冷加熱站設置方案。

4 技術經濟分析

4.1 投資比較

基于本工程，由于余熱鍋爐煙氣廢熱用作天然氣加熱熱源，故不采用煙氣余熱回收熱水作為溴化鋰機組的驅動熱源。作為比選方案，采用以下兩種常規制冷加熱方案進行分析比較：

方案一：主機采用電力驅動的蒸氣壓縮式空氣源熱泵機組，實現夏季向暖通專業提供空調用冷凍水，冬季提供空調用熱水的功能。主廠房、輔控樓內降溫通風和空調系統總冷負荷為1 250 kW，總熱負荷為370 kW。空氣源熱泵機組選擇4組型號為A型和一組型號為B型的風冷模塊化冷熱水機組機組，采用R407C環保冷媒。單組B型模塊機組的制冷制熱能力：室外環境溫度為35℃時制冷量為132 kW（名義制冷量）；室外環境干球溫度為7℃、濕球溫度為6℃時制熱量的負荷為136 kW。單臺A型模塊機組的制冷制熱能力：室外環境溫度為35℃時制冷量的負荷為264 kW（名義制冷量）；室外環境干球溫度為7℃、濕球溫度為6℃時制熱量的負荷為272 kW。

方案二：主機采用蒸汽驅動的雙效型溴化鋰吸收式冷水機組加汽水板式換熱器，實現夏季向暖通專業提供空調用冷凍水，冬季提供空調用熱水的功能。主廠房、輔控樓內降溫通風和空調系統總冷負荷為1 250 kW，總熱負荷為370 kW。溴化鋰機組按2×75%設計原則選擇2臺型號為C型的蒸汽型溴化鋰機組。單臺溴化鋰制冷能力的負荷為930 kW，蒸汽汽源由機務專業提供0.6 MPa飽和蒸汽，接自輔助蒸汽母管；冷卻水由水工專業提供循環冷卻水，供回水溫度為38/32℃。單臺加熱水-水板式換熱器供熱量為370 kW，冷側的進水溫度為40℃，出水溫度為50℃，流量為32 m3/h；蒸汽耗量為0.6 MPa飽和蒸汽，0.6 t/h。

為了統一比較標準，設定下列比較參數：

1）年運行小時數為5 500 h。其中制冷系統、空調供熱系統、非供冷供熱時間分別按1∶1∶2取值，即：供冷時間為1 375 h，供熱時間為1 375 h，春秋季非供冷供熱時間為2 750 h。

2）能源費用：設備運行的廠用電價格為0.38元/kWh；蒸汽價格為224元/t。

3）設備運行維護費按設備投資價格的3%估列。

4）比較范圍：集中制冷加熱站范圍內的不同工藝設備和電控設備及其運行費用。土建費用、管道、末端裝置等費用兩者相等，不參與比較。

4.2 效益評估（見表1）

表1 效益評估表

5 結語

經分析比較，從初投資看，方案二高于方案一；從年運行費用看，方案二高于方案一。基于本工程空調冷熱負荷相對均不大的情況下，采用模塊化冷熱水機組的方案一更適于本工程輔控樓集中制冷加熱需求。