空调系统集中制冷加热优化方案在燃机发电厂的研究应用 1、摘要为有效降低公司空调系统的耗电量，在保证机组安全运行需求的基础上，对两种常规的发电厂集中空调制冷加热方案的技术特性进行分析通过对两种制冷方案的对比优化分析，采用了集中制冷加热的模块化冷热水机组的优化方案，更加安全稳定、操作方便、经济节能2、简介本工程建设2×400MW级燃气—蒸汽联合循环热电联产机组，并留有扩建余地根据本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天，按《火力发电厂采暖通风与空气调节设计技术规程》(DL/T5035-2004)的规定，本工程属采暖过渡区，因此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3、负荷分析3.1 空调冷热负荷按照实际需求，集中控制室集中空调温湿度需维持夏季：26~28℃/40~65%，冬季：18~24℃/30~60%；电子设备室和主厂房电气继电器室集中空调温湿度需维持：夏季：26±1℃/50%±10%，冬季：20±1℃/50%±10%；电气设备间夏季需设置降温通风系统，维持室内温度不超过30/35℃。
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和空调加热负荷如表2.1表3.1 主厂房空调冷热负荷汇总表序号空调/降温系统名称系统总的冷量(kW)系统总的热量(kW)一主厂房及辅控楼1公用PC配电间502保安MCC配电间203集控室105504#1工程师室16105#2工程师室856会议室1057值长及开票室1058现场检修间1059公用MCC配电间、SIS间、热控公用电子设备间702010#1蓄电池室495611#1直流屏及UPS室242012#1机组开式泵变频器室5013#1机组380V配电间6014#1机组励磁小室3015#1热控配电间、电子设备间702016#1电气继电器室652017#1机组6kV配电间2418#2蓄电池室495619#2直流屏及UPS室242020#2机组开式泵变频器室5021#2机组380V配电间6022#2机组励磁小室3023#2热控配电间、电子设备间702024#2电气继电器室652025#2机组6kV配电间24汇总10433323.2 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，根据燃机发电厂的运行特点，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、供热负荷曲线如下图： 根据全年负荷分析，最大热负荷出现在冬季：332kW（空调制热负荷），最大冷负荷出现在夏季：1043kW综合考虑全年负荷水平，设计负荷按冬季负荷：340kW；夏季负荷：1050kW设计4、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4.1 集中制冷加热方式采用集中制冷的方式，具有以下有优点：（1）集中制冷，便于管理2）集中制冷，提高可靠性3）集中制冷，利于优化配置实现节能运行4）集中制冷，空气处理设备选择方便灵活5）系统对施工安装的要求较低与直接蒸发式分散压缩制冷的方案相比，具有以下的不足：（1）系统相对复杂，需要具有专业素质的运行维护人员2）系统比较庞大，运行不灵活3）系统需要占用有效的使用面积4）系统存在传热损失4.2 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，具有以下的优点：（1）系统运用灵活，使用方便2）系统减少了换热环节，从而可提高运行效率3）空气处理设备布置方便直接蒸发式系统也存在一定的不足：（1）系统的安装要求较高2）室外机布置比较困难3）系统的运行维护工作量较大4）空调和降温通风系统制冷装置容量较大综合上述分析，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，本工程采用集中制冷加热站设置方案5、集中制冷加热优化方案5.1 制冷加热基本方式制冷循环包括蒸气压缩式制冷循环和吸收式制冷循环两种基本形式5.2 常规制冷加热方案基于本工程，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优化方案，采用以下两种常规制冷加热方案进行分析优化对比：方案一：主机采用电力驱动的蒸气压缩式空气源热泵机组，实现夏季向暖通设备提供空调用冷冻水，冬季提供空调用热水的功能；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，实现夏季向暖通设备提供空调用冷冻水，冬季提供空调用热水的功能5.2.1 空气源热泵机组方案（方案一）主机采用电力驱动的空气源热泵机组，实现夏季向暖通设备提供空调用冷冻水，冬季提供空调用热水的功能。
5.2.1.1 主机选型依据条件：1) 设计冷热负荷按：冬季空调热负荷370kW；夏季空调冷负荷1250kW进行设计；2) 冷源、低温热源为空气；3) 机组配置按冷热负荷考虑25%的备用率制冷压缩机形式：本优化方案集中制冷加热方式采用模块化冷热水机组，单模块机组容量较小，压缩机采用涡旋式压缩机冷热源形式：采用空气源热泵形式，夏季制冷，冬季制热主厂房、辅控楼内降温通风和空调系统总冷负荷1250kW，总热负荷370 kW空气源热泵机组选择4组型号为A型+1组型号为B型的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132kW（名义制冷量）；室外环境干球温度为7℃、湿球温度为6℃时制热量为136kW；单台A型模块机组的制冷制热能力：室外环境温度为35℃时制冷量为264kW（名义制冷量）；室外环境干球温度为7℃、湿球温度为6℃时制热量为272kW全年各种工况下的运行参数如下：夏季运行工况：4组A型模块化冷热水机组为1单元组，单组机组制冷量：264×5 kW，冷冻水（蒸发器侧）供回水温度：7/12℃；流量：45.3×4 m3/h；水侧阻力：70kPa；输入功率：94.6×4kW。
冬季及春秋季运行工况：1组A型+1组B型模块化冷热水机组为1单元组，单组机组供热量：272+136kW，热水（冷凝器侧）供回水温度：45/40℃，流量：45.3+22.7m3/h；水侧阻力：70kPa；输入功率：91.6+45.8kW5.2.1.2 蒸发制冷系统系统构成：空气源热泵机组的蒸发器侧水循环系统由冷水循环泵、分水器、集水器、补水排气定压装置以及水处理设备等构成系统运行方式夏季制冷系统运行时：空调末端系统的冷冻水回水（集水器）经水质处理后，由循环泵加压，进入热泵机组的蒸发器，向低温冷剂放热，温度从回水12℃降至供水7℃，至各空调末端供水系统（分水器）过渡季节优先采用减少机组运行台数的控制方式实现节能运行5.2.1.3 冷凝供热系统系统构成：热泵机组的冷凝器侧水循环系统由热水循环泵、分水器、集水器、补水排气定压装置以及水处理设备等构成系统运行方式冬季制热系统运行时：空调末端系统的热水回水（集水器）经水质处理后，由循环泵加压，进入热泵机组的冷凝器，向制冷剂吸热，温度从回水40℃升至供水45℃，至各空调末端供水系统（分水器）5.2.1.4 制冷加热站的设备布置本优化方案的集中制冷加热站布置在辅控楼内，模块化冷热水机组布置在辅控楼屋面。
站内主要设备有：冷热水循环泵：3台，，旁流水处理装置：1台，空调冷、热水系统用分/集水器，补水定压排气装置：1套，补给水箱：1台，电气配电盘和控制盘等5.2.1.5 制冷加热站的运行控制集中制冷加热站内设备采用就地控制与远方集控相结合的控制方式热泵机组、补水定压排气装置、水处理装置等均采用机电一体化控制设备5.2.2 蒸汽驱动的双效型溴化锂吸收式机组方案（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水，冬季提供空调用热水的功能5.2.2.1 主机选型依据条件：1) 设计负荷按：同方案一；2) 夏季由蒸汽型双效型溴化锂吸收式冷热水机组提供空调用冷水，冬季机务专业来低压蒸汽通过汽水板式换热器加热空调用热水；3) 溴化锂机组配置方式按2×75%配置主厂房、辅控楼内降温通风和空调系统总冷负荷：1250kW，总热负荷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的制冷能力：930kW，蒸汽汽源由机务专业提供0.6MPa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38/32℃。
制冷工况：单台机组制冷量：930kW，冷冻水供回水温度：7/12℃；冷冻水流量：160m3/h；水侧阻力：62kPa；冷却水供回水温度：38/32℃，冷却水流量：229m3/h，水侧阻力：78kPa蒸汽耗量：0.6MP a饱和蒸汽，1.003吨/小时；单台加热水-水板式换热器参数如下：供热量：370kW，冷侧的进水温度：40℃，出水温度：50℃，流量：32m3/h；蒸汽耗量：0.6MP a饱和蒸汽，0.6吨/小时5.2.2.2 制冷系统系统构成：制冷系统由溴化锂冷水机组、汽水板式换热器、冷（热）水循环泵、分水器、集水器、补水排气定压装置、冷却水循环泵以及水处理设备等构成系统运行方式夏季制冷系统运行时：空调末端系统的冷水回水（集水器）经水质处理后，由循环泵加压，进入热泵机组的蒸发器，向低温冷剂放热，温度从回水12℃降至供水7℃，至各空调末端供水系统（分水器）；过渡季节优先采用减少机组运行台数的控制方式实现节能运行5.2.2.3 空调制热系统系统构成：制热系统由汽水换热器、热水循环泵、分水器、集水器、补水排气定压装置等构成5.2.2.4 制冷加热站的设备布置本方案的集中制冷加热站独立设置，采用单层结构形式。
站内主要设备有：溴化锂冷水机组：3台；汽水板式换热器：1台；冷冻水循环泵：3台；旁流水处理装置：2套（冷热水循环系统、冷却水循环系统各1台）；空调冷、热水系统用分/集水器、补水定压排气装置：1套、补给水箱：1台；电气配电盘和控制盘等5.2.2.5 制冷加热站的运行控制集中制冷加热站内设备采用就地控制与远方集控相结合的控制方式6、技术经济分析6.1 。