王明國　盧柏春（中南電力設(shè)計院　武漢　430071）

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火力發(fā)電廠集中控制室水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計特點

王明國盧柏春
（中南電力設(shè)計院武漢430071）

【摘要】介紹了蒲圻電廠二期工程的集控室及電子設(shè)備間的水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，分析了該系統(tǒng)的設(shè)計特點，具有推廣應(yīng)用的價值。

【關(guān)鍵詞】水源熱泵；冷卻水系統(tǒng)；全空氣系統(tǒng)；節(jié)能環(huán)保

作者（通訊作者）簡介：王明國（1983.04-），男，碩士，暖通高級工程師，E-mail：cqwmg@163.com

0　引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對節(jié)能環(huán)保的意識有了更深的理解和進(jìn)一步的提高。水源熱泵空調(diào)[1]作為一種環(huán)保、高效節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)正日益受到人們的重視，有著廣闊的發(fā)展前景。

在火力發(fā)電廠中，冬季汽機(jī)凝汽器冷卻水出水管水體溫度約為18～23℃，水溫高于天然水體（如江河湖海的水源）[2]，是水源熱泵理想的低溫?zé)嵩?，其性能系?shù)COP值較高，其值可達(dá)到4.5～5.5，節(jié)能效用顯著。

水源熱泵系統(tǒng)利用凝汽器的冷卻水排水的廢熱，將低品位的不可利用的熱能轉(zhuǎn)化為高品位的可以使用的熱能供給電廠建筑冬季供暖，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。火電廠中凝汽器的冷卻水是水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)良好的低溫?zé)嵩碵3]。

1　工程概況

蒲圻電廠二期工程由香港華潤電力控股有限公司投資建設(shè)，其全資子公司華潤電力湖北有限公司為項目法人。本期容量擬按2×1000MW國產(chǎn)超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組考慮，并留有再擴(kuò)建的條件。

2　水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

2.1電廠暖通系統(tǒng)概述

本工程地處采暖過渡區(qū)，本期工程全廠冬季不設(shè)置集中采暖系統(tǒng)。本期工程中央空調(diào)范圍包括主廠房區(qū)域內(nèi)的集中控制室及電子設(shè)備間、主廠房內(nèi)需設(shè)降溫通風(fēng)的電氣配電間及汽水取樣儀表盤間、凝結(jié)水經(jīng)處理控制室、直流配電室、UPS配電室等、電除塵配電間、除灰配電間、網(wǎng)絡(luò)保護(hù)小室。

表1　各房間冷負(fù)荷統(tǒng)計表Table 1 Table of cooling load for some rooms

主廠房區(qū)域內(nèi)的集中控制室及電子設(shè)備間采用水源熱泵屋頂式空調(diào)機(jī)組水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)以電廠二次循環(huán)水為冷（熱）源，向空調(diào)機(jī)組提供夏季/冬季運行所需的冷卻水或熱水，供水系統(tǒng)采用雙管開式機(jī)械循環(huán)系統(tǒng)。

水源熱泵空調(diào)機(jī)組所需冷卻（熱）水由布置在汽機(jī)房零米的空調(diào)水泵房內(nèi)的4臺臥式離心水泵加壓后提供，在夏季，空調(diào)水泵從循環(huán)水供水母管取水，水泵將冷卻水分別送至各水源熱泵空調(diào)機(jī)組，經(jīng)水源熱泵機(jī)組使用升溫后再返回至冷卻塔底部水池。在每根循環(huán)水供水管上裝設(shè)關(guān)斷閥以利于取水切換。

在冬季，空調(diào)水泵則從汽機(jī)凝汽器出水母管取水，水泵將熱水分別送至各水源熱泵空調(diào)機(jī)組，經(jīng)水源熱泵機(jī)組使用后再返回至冷卻塔底部水池。

2.2集中控制室和電子設(shè)備間空調(diào)系統(tǒng)

集控樓共5層，占地面積為1437.96 （52.1×27.6）m2，建筑高度為23.80m。集中控制室、電子設(shè)備間布置于集控樓17.00m層（第五層），為了滿足設(shè)備及運行人員所需的室內(nèi)溫濕度要求[4]，根據(jù)《火力發(fā)電廠采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)程》規(guī)定[5,6]，集中控制室、電子設(shè)備間將分別設(shè)置一套相互獨立的全空氣集中空調(diào)系統(tǒng)[7]，即K1系統(tǒng)和K2系統(tǒng)。

K1系統(tǒng)所服務(wù)的區(qū)域包括：集中控制室、#3、#4機(jī)工程師室。K2系統(tǒng)所服務(wù)的區(qū)域包括：#3機(jī)電子設(shè)備間、#4機(jī)電子設(shè)備間及電氣工程師室。各房間夏季室內(nèi)設(shè)計溫度25±1℃，相對濕度60±10%，冬季室內(nèi)設(shè)計溫度20±1℃，相對濕度60±10%。

圖1　集控室、電子設(shè)備間水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)流程圖Fig.1 Flow diagram of water-source heat pump air-conditioning water system

空調(diào)系統(tǒng)由屋頂式水環(huán)熱泵型空調(diào)機(jī)組、送/回風(fēng)管、風(fēng)口、閥門以及控制系統(tǒng)所組成。K1系統(tǒng)空調(diào)機(jī)組設(shè)計選用2臺，其中一臺運行，一臺備用。每臺機(jī)組風(fēng)量為35000m3/h，制冷量為209kW，制熱量為240kW，輔助電加熱量為20kW；K2系統(tǒng)空調(diào)機(jī)組設(shè)計選用2臺，其中一臺運行，一臺備用。每臺機(jī)組風(fēng)量為50000m3/h，制冷量為330kW，制熱量為370kW，輔助電加熱量為30kW。空調(diào)機(jī)組均布置在集中控制樓屋面上，系統(tǒng)圖如圖1。

空調(diào)系統(tǒng)的氣流流動過程：室內(nèi)空氣通過回風(fēng)管回至空調(diào)機(jī)組，排除部分回風(fēng)及補(bǔ)充一定量的新風(fēng)，再經(jīng)過過濾、加熱或降溫、加濕或除濕后通過送風(fēng)管送回房間以維持夏季及冬季所要求的室內(nèi)溫濕度。

在過渡季節(jié)，空調(diào)系統(tǒng)可只啟動風(fēng)機(jī)，同時，開大新風(fēng)口及排風(fēng)口，將大量室外新風(fēng)送入室內(nèi)來維持室內(nèi)溫度18～25℃，這樣可以大量節(jié)約能源。

為了保持室內(nèi)空氣的新鮮，空調(diào)系統(tǒng)的最小新風(fēng)量將不少于送風(fēng)量的比例如下：K1系統(tǒng)為10%，同時還將滿足30m3/h·人的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，K2系統(tǒng)為5%，由于空調(diào)機(jī)所處地點離鍋爐房較近，周圍空氣較臟，為此，空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)將設(shè)過濾器進(jìn)行過濾處理，使之滿足衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。同時，為了防止灰塵滲透到室內(nèi)，排風(fēng)量將少于新風(fēng)量以使室內(nèi)正壓值不低于5Pa。

3　水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)特點

3.1電廠循環(huán)冷卻水蘊(yùn)含的熱能利用

冬季進(jìn)入汽輪機(jī)凝汽器的循環(huán)冷卻水被加熱后送回冷卻塔，被自然對流降溫處理后，將低溫水再送入凝汽器換熱帶走其熱量[8]。采用水源熱泵機(jī)組，將本來要排至大氣中的熱量吸收并提升來供暖，將循環(huán)水溫度降低，對電廠冷卻塔本身是有利的，可以減小其設(shè)備的出力。

圖2　水源熱泵機(jī)組回收利用循環(huán)水廢熱原理圖Fig.2 Schematics of recycling circulating water waste heat by water-source heat pump unit

夏季運行時，水源熱泵空調(diào)冷卻水從電廠循環(huán)水供水母管上取水，閥門A關(guān)閉，閥門B開啟。冬季運行時，水源熱泵空調(diào)冷卻水從電廠凝汽器出水母管上取水，閥門A開啟，閥門B關(guān)閉。

冬季供熱采用水源熱機(jī)組與傳統(tǒng)蒸汽換熱、電加熱等供暖系統(tǒng)形式比較，節(jié)能率達(dá)到77.74%，節(jié)能效果顯著。同時，無需消耗蒸汽量，一個運行季可以節(jié)省大約4.19萬元。

表2　水源熱泵空調(diào)與傳統(tǒng)熱水供暖系統(tǒng)性能比較表Table 2 Performance comparison table between WSHP and traditional hot water heating system

3.2機(jī)組全新風(fēng)運行模式對新風(fēng)潛能的利用

本工程的集中控制室和電子設(shè)備間空調(diào)系統(tǒng)采用一次回風(fēng)雙風(fēng)機(jī)全空氣空調(diào)系統(tǒng)，配置如下：K1（集中控制室）系統(tǒng)空調(diào)機(jī)組設(shè)計選用2臺，其中1臺運行，1臺備用。每臺機(jī)組風(fēng)量為35000m3/h，制冷量為209kW，制熱量為240kW，輔助電加熱量20kW；K2（電子設(shè)備間）系統(tǒng)空調(diào)機(jī)組設(shè)計選用2臺，其中1臺運行，1臺備用。每臺機(jī)組風(fēng)量為50000m3/h，制冷量為330kW，制熱量為370kW，輔助電加熱量30kW。空調(diào)機(jī)組均布置在空調(diào)機(jī)房內(nèi)（集中控制室樓上）。

本工程夏季通風(fēng)室外計算溫度：33.0℃；冬季通風(fēng)室外計算溫度：3.0℃；具有較寬裕的溫度調(diào)節(jié)范圍。在過渡季節(jié)，空調(diào)系統(tǒng)只啟動送、回風(fēng)機(jī)，同時，開大新風(fēng)口及排風(fēng)口，將大量室外新風(fēng)送入室內(nèi)來維持室內(nèi)溫度保持在18～25℃范圍，可以有效改善空調(diào)區(qū)域內(nèi)空氣品質(zhì)，大量節(jié)省空氣處理所要消耗的能量。

為了保證室內(nèi)溫度20～25℃，保證室內(nèi)溫度精度為±1℃，取8℃送風(fēng)溫差，即送風(fēng)溫度約為12～17℃。即在過渡季節(jié)，每年3月、4月、10月、11月份中，當(dāng)室外溫度約在12～17℃的時候，開啟全新風(fēng)運行模式。

對于K1系統(tǒng)，新風(fēng)量可以消除的熱量范圍大約為114.22～250.95kW；對于K2系統(tǒng)，新風(fēng)量可以消除的熱量范圍大約為163.17～358.5kW。完全能夠保證室內(nèi)溫度在20～25℃的范圍區(qū)間。因此，這種全新風(fēng)運行模式可以大量節(jié)約能源。

表3　 K1系統(tǒng)全新風(fēng)運行模式的運行費用對比表Table 3 Comparison table of Running costs for K1 system

表4　 K2系統(tǒng)全新風(fēng)運行模式的運行費用對比表Table 4 Comparison table of Running costs for K2 system

在過渡季節(jié)，采用全新風(fēng)模式運行，集控室和電子設(shè)備間空調(diào)系統(tǒng)可以分別節(jié)省運行費用約為11.32萬元和17.18萬元，節(jié)能率都超過70%。

4　小結(jié)

（1）循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的節(jié)能潛力較大

水源熱泵空調(diào)機(jī)組夏季可利用汽輪機(jī)凝汽器的進(jìn)水作為機(jī)組冷卻水，節(jié)省了空調(diào)冷卻塔的費用；冬季可利用汽輪機(jī)凝汽器的冷卻水出水的廢熱解決長期有人工作和辦公區(qū)域的供暖問題，節(jié)省了采暖設(shè)備的投資。蒲圻電廠二期工程冬季工況下，經(jīng)過汽輪機(jī)凝汽器換熱后的循環(huán)水量約為155274m3/h，測試期間水溫大約20℃左右。如此大量的循環(huán)冷卻水全部加以利用，具有較大的節(jié)能潛力。

（2）全空氣系統(tǒng)的節(jié)能潛力較大

本工程集控室、電子設(shè)備間空調(diào)采用全空氣循環(huán)系統(tǒng)，在過渡季節(jié)，可以充分利用室外空氣排出室內(nèi)余熱余濕，滿足室內(nèi)溫濕度要求，從上表可以看出，節(jié)能率都超過70%，具有較大的節(jié)能性。

（3）推廣應(yīng)用價值

在夏熱冬冷地區(qū)的火電廠，空調(diào)系統(tǒng)可以采用水源熱泵充分吸收循環(huán)水廢熱進(jìn)行冬季供暖，節(jié)省傳統(tǒng)熱源的消耗；采用全空氣系統(tǒng)，在過渡季節(jié)充分利用室外新風(fēng)排出室內(nèi)余熱余濕；在蒲圻電廠二期工程中，利用該兩項技術(shù)特點，具有明顯的節(jié)能效益，值得推廣應(yīng)用。

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Water-Source Heat Pump Air-Conditioning System
Characteristic for Central Control Room in a Fossil Fuel Power Plants

Wang Mingguo Lu Baichun
( Central Southern China Electric Power Design Institute, Wuhan, 430071 )

【Abstract】This article describes the water source heat pump air-conditioning system for central control room and electronic equipment room in Puqi Phase II Power Plant project and analyzes the design characteristic of the system. The Water source heat pump air-conditioning system has a broad application value.

【Keywords】Water-source heat pump(WSHP); Cooling water system; whole air system; energy efficiency and environmental

中圖分類號TU657

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號：1671-6612（2016）01-061-04

收稿日期：2015-03-13