燃机电厂空调系统集中制冷加热方案分析

施 婷

（中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司， 江苏 南京 211102）

1 方案概述

根据江苏大唐国际金坛2×400 MW级燃机热电联产工程所处金坛地区室外环境设计参数统计，日平均气温度≤5℃的天数为56 d，按《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB 50019—2015）的规定，全厂不设集中采暖系统，对室内经常有人停留、工作或冬季对室内温度有一定要求的区域，采用空调系统来供热。由于本工程主厂房、辅控楼区域工艺设备布置集中、人员分布较集中，根据工艺设备、人员的通风、降温、空气调节需求，区域空调冷热负荷集中，故在此区域设置集中加热站，满足主厂房、辅控楼冬夏季制冷加热需求。

2 负荷分析

2.1 空调冷热负荷

根据各工艺车间的设备布置、建筑面积及周边环境，确定的空调降温系统冷负荷为1 043 kW，空调加热负荷为332 kW。

2.2 全年负荷分析

在上述冷热负荷中，空调冷热负荷与季节相关性很大，根据电厂的运行特点，主厂房、辅控楼空调系统、降温通风系统制冷运行时间基本上从每年的5月上旬至10月下旬，约6个月时间；空调供热时间从每年的11月至次年的3月。集中制冷加热站全年供冷、供热负荷曲线如图1所示。

根据全年负荷分析，最大热负荷出现在冬季：332 kW（空调制热负荷）。最大冷负荷出现在夏季：1 043 kW。综合考虑全年负荷水平，设计负荷按冬季负荷为340 kW，夏季负荷为1 050 kW设计。

图1 全年冷热负荷分布图

3 空调制冷加热方式特点分析

根据冷却加热设备与空调降温通风系统空气处理设备之间冷、热媒的传递介质的不同，制冷加热方式可以分为以水为介质的集中式和以制冷剂为介质的分散式。

3.1 集中制冷加热方式

集中制冷加热方式，是在厂区设置集中制冷加热站，夏季通过高能效比的制冷方式，冷却空调降温系统的冷冻水；冬季利用经济的加热方式，加热空调系统的热水。各空调降温通风系统的空气处理设备采用表面式冷却器或表面式加热器，实现对服务区域循环空气冷却、去湿或加热过程。在制冷加热站与空气处理末端之间采用循环水泵，实现在表冷器与制冷设备的蒸发器（夏季）或加热器与换热设备之间的水循环。因此，集中制冷加热方式的重要特征是以水作为中间传热介质。

采用集中制冷的方式，具有便于管理、提高系统可靠性、利于优化配置实现节能运行、空气处理设备选择方便灵活和系统对施工安装的要求较低等优点。与直接蒸发式分散压缩制冷的方案相比，具有系统相对复杂、设备庞大、运行不灵活、系统存在传热损失等不足。

3.2 分散式制冷加热方式

分散式制冷方式，是采用制冷剂（R407C或其他环保冷媒）的直接蒸发来冷却空调、降温通风系统的循环空气，减少了中间冷媒水的环节，以制冷剂为循环介质是分散式制冷方式的特征。分散式加热系统，是与分散制冷系统紧密结合的，利用制冷循环通过四通阀实现冬季热泵运行，达到给空调系统加热的目的。分散式制冷加热系统，具有系统运用灵活，使用方便、减少了换热环节和空气处理设备布置方便等优点；但直接蒸发式系统也存在系统的安装要求较高、室外机布置比较困难、系统的运行维护工作量较大、空调和降温通风系统制冷装置容量较大等不足。

综合上述分析，根据本工程主厂房、辅控楼空调冷、热负荷季节性强、需求稳定等特点，本工程拟选用集中制冷加热站设置方案。

4 技术经济分析

4.1 投资比较

基于本工程，由于余热锅炉烟气废热用作天然气加热热源，故不采用烟气余热回收热水作为溴化锂机组的驱动热源。作为比选方案，采用以下两种常规制冷加热方案进行分析比较：

方案一：主机采用电力驱动的蒸气压缩式空气源热泵机组，实现夏季向暖通专业提供空调用冷冻水，冬季提供空调用热水的功能。主厂房、辅控楼内降温通风和空调系统总冷负荷为1 250 kW，总热负荷为370 kW。空气源热泵机组选择4组型号为A型和一组型号为B型的风冷模块化冷热水机组机组，采用R407C环保冷媒。单组B型模块机组的制冷制热能力：室外环境温度为35℃时制冷量为132 kW（名义制冷量）；室外环境干球温度为7℃、湿球温度为6℃时制热量的负荷为136 kW。单台A型模块机组的制冷制热能力：室外环境温度为35℃时制冷量的负荷为264 kW（名义制冷量）；室外环境干球温度为7℃、湿球温度为6℃时制热量的负荷为272 kW。

方案二：主机采用蒸汽驱动的双效型溴化锂吸收式冷水机组加汽水板式换热器，实现夏季向暖通专业提供空调用冷冻水，冬季提供空调用热水的功能。主厂房、辅控楼内降温通风和空调系统总冷负荷为1 250 kW，总热负荷为370 kW。溴化锂机组按2×75%设计原则选择2台型号为C型的蒸汽型溴化锂机组。单台溴化锂制冷能力的负荷为930 kW，蒸汽汽源由机务专业提供0.6 MPa饱和蒸汽，接自辅助蒸汽母管；冷却水由水工专业提供循环冷却水，供回水温度为38/32℃。单台加热水-水板式换热器供热量为370 kW，冷侧的进水温度为40℃，出水温度为50℃，流量为32 m3/h；蒸汽耗量为0.6 MPa饱和蒸汽，0.6 t/h。

为了统一比较标准，设定下列比较参数：

1）年运行小时数为5 500 h。其中制冷系统、空调供热系统、非供冷供热时间分别按1∶1∶2取值，即：供冷时间为1 375 h，供热时间为1 375 h，春秋季非供冷供热时间为2 750 h。

2）能源费用：设备运行的厂用电价格为0.38元/kWh；蒸汽价格为224元/t。

3）设备运行维护费按设备投资价格的3%估列。

4）比较范围：集中制冷加热站范围内的不同工艺设备和电控设备及其运行费用。土建费用、管道、末端装置等费用两者相等，不参与比较。

4.2 效益评估（见表1）

表1 效益评估表

5 结语

经分析比较，从初投资看，方案二高于方案一；从年运行费用看，方案二高于方案一。基于本工程空调冷热负荷相对均不大的情况下，采用模块化冷热水机组的方案一更适于本工程辅控楼集中制冷加热需求。