151火力发电厂暖通节能设计

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1、火力发电厂暖通节能设计山东省阳光工程设计院 孟祥丽山东省冶金科学研究院 王立盛摘要：本文阐述了某火力发电厂的暖通空调设计过程，并结合发电厂的工艺设计及建筑特点，采 用了两种热媒，蒸汽和热水；换热器选用了耐高温高压型换热器，可直接引入高温高压蒸汽，节省了 减温减压装置的投资；换热站还通过温控装置及水泵的变频调节实现二次网的质-量调节；厂区单体建 筑采暖系统形式采用了上供下回与水平单管跨越式系统相结合；厂区热网管道采用了直埋无补偿敷设 方式，利用供热管道直埋技术，通过对管道的受力计算及应力验算，采用了无补偿冷安装敷设方式， 使整个管线不需设置补偿器和固定支架；电子设备间空调系统选用了直接冷却散热设

2、备的空调方式， 降低了空调负荷，充分的体现了节能思想。关键词 火力发电厂 温控装置 质调节 单管跨越式 直埋无补偿敷设1 工程概况山东某火力发电厂工程位于山东省临沂市，工程设计规模为2X25MW。汽轮机为两台抽汽凝汽式高 压汽轮机组（30MW发电机）并配有两台额定蒸发量130t/h的高温高压循环流化床锅炉。本工程已投入 运行。2 设计过程2.1 采暖热媒在本工程暖通设计中，设计了两种热媒系统：2.1.1 锅炉房暖风机采用压力为 0.585MPa 的饱和蒸汽，热源接自机务厂用蒸汽。2.1.2 主厂房（包括锅炉房和汽机房）、化水车间、公用水泵房、循环水处理室、厂区排水泵房、综合楼及传达室采用110

3、/70 r高温热水采暖，热源接自厂区换热站。2.2 热媒的确定根据目前的设计及运行实践，我们知道：2.2.1 采用蒸汽作为采暖热媒，其缺点有二：其一，蒸汽采暖凝结水含铁量高，水质不合格，难以回 收利用；其二，由于凝结水的热能不能充分利用，蒸汽采暖热能消耗大于热水系统。2.2.2 采用热水采暖热媒，不仅可以克服上述问题，而且由于热网换热站的凝结水可以回收利用，从 而减少了汽水损失，对保证电厂的经济运行具有比较重要的作用。2.2.3 汽机房、锅炉房比较高大，在热压和锅炉送风机室内吸风的共同作用下，造成底层较大的负压，大量的冷空气从门、窗等不严密处漏入室内，造成室内温度很不均匀，上部温度过高，下部温

4、度过低， 致使主厂房采暖热负荷大量增加。在这种情况下，提高散热器表面温度，尽快加热渗入室内的冷空气 是十分必要的。再者，由于受主厂房工艺布置的限制，采暖热负荷不可能全部靠散热器补偿，因此主 厂房内应设有大量暖风机。热风系统热媒若采用热水，空气加热器效率则比较低，例如 NC-125C 型暖 风机，当热媒为130 C 70 C的热水时，放热量为313500KJ/h(75000Kcal/h),而热媒为 0.39MPa(4Kgf/cm2)的饱和蒸汽时，放热量为677160KJ/h(162000Kcal/h)。因此暖风机的热媒以高压蒸 汽为宜。2.2.4 对于输煤系统，建筑物之间的高差较大，最高处标高达

5、几十米，最低处标高达负十几米，造成 采暖系统的静压值很大。再者，输煤系统粉尘飞扬严重，有时需要开窗放气或清扫，当冬季停止供暖 检修时，散热器和管道则有可能被冻坏。因此，确定采用以下方案：锅炉房暖风机和输煤系统采用高压蒸汽采暖；主厂房及其生产附属建 筑采用高温热水采暖。3 厂区采暖换热站设计根据火力发电厂的工艺设计及建筑特点，采暖换热站设置于除氧层，建筑标高为13m，采暖用换热 器选用耐高温高压型-塞斯波汽水换热器，设计锅炉房暖风机热负荷为350KW (蒸汽系统)，换热器的供 热能力为1050kW,供应本期工程采暖热负荷800kW，预留热负荷250kW。换热站工艺流程图如下所示：I .-d:7I

6、 ll:;. W -_T匸I - - rT-换热站工艺流程图由图可知，来自机务厂用蒸汽的管道分为两路，一路直接接至锅炉房暖风机；一路接入采暖换热站，直接进入换热器，冷凝至73C后进入采暖系统补水箱。换热站内设置了相应的温控装置，当二次网的供水温度高于设定温度时，由安装在二次网上的供 水温度传感器，检测二次网供水温度信号作为反馈信号给中央控制器，由中央控制器输出信号控制电 动阀，使阀门开度关小；同时与该调节阀开度有关的反馈信号还有一个安装在室外的连接到中央控制 器的室外温度传感器，其原理如下：如设定供水温度为95C，则该供水温度下的室外温度为5C,若 室外温度逐渐变低，则供水温度会随着设定的漂移

7、量按比例逐渐增加，当室外温度达到-8C时，供水 温度则会自动调节至 110C。其中：（1）冬季室外温度补偿最低点（-8C）（2）冬季室外温度补偿最高点（一般设为 5C）（3）设定冬季室外温度漂移量（15C）。（以上温度用户可自行设定）这样通过调节安装在蒸汽管道上的电动调节阀，间接地控制了二次网的供水温度，实现了二次网 的质调节。再者，二次网的循环泵采用变频控制，通过改变电流的频率而改变电机的转速达到改变二 次网流量的目的，实现二次网的变流量控制。通过对二次网的质-量调节，从而达到节约能源的目的。系统采用稳压膨胀器进行补水定压，系统刚开始运行时，补水管就近接自机务除盐水管，当系统 运行一段时间后

8、，即可利用汽水换热器的凝结水进行置换，多余的凝结水连同暖风机凝结水被回收至 机务疏水箱，节约了能源。采暖系统中还设置了离子棒水处理器，本产品廉价、安装方便，用以进行 防垢、除垢、除锈、杀菌灭藻、防腐，充分保证了换热机组对水质的要求。省去软水器，节约了投资 4 主厂房采暖主厂房采暖包括汽机房采暖和锅炉房采暖，系统分为两路，汽机房采暖系统，锅炉房采暖系统。汽机房高度为19.0m，锅炉房高度为7.0m。其建筑物的热负荷计算包括两项：1）计算维护结构的基本 耗热量时，室内采暖温度按+5C计算，2）附加耗热量，由于厂房高大，室内温度梯度大，高度附加耗 热量按基本耗热量的 15%计算；冷风渗透耗热量按基本

9、耗热量的 50%计算。散热设备选用钢管柱型散热器，其优点是耐高温高压，散热量大，金属耗量少，不易积尘，形状 美观，符合了高大厂房采暖的特点。散热器布置在锅炉房底层、汽机房底层及其运转层。采暖热媒为110/70 C的高温热水，热源来自换热站。采暖系统形式采用上供中回同程式系统，另 外，对于锅炉房固定端，由于建筑上采用了带形窗，上供下回的采暖形式则会影响美观，因而此部分 采用了水平单管跨越式系统。另外，锅炉房暖风机采用0.585MPa的饱和蒸汽采暖，热源接自厂用蒸汽。由于大量的冷空气通过 底层的门窗缝隙渗进厂房，并结合工艺设备及工艺管道的布置，暖风机布置则选在建筑标高4.80m。采 暖系统形式采用

10、了上供下回式系统，暖风机凝结水被回收至机务疏水箱。5 化水车间采暖化水车间建筑分为两部分，办公区域和车间区域，办公区域为两层，建筑层高为8.0m，室内采暖 设计温度为18C ；车间区域为一层，包括离子交换间和泵房，建筑层高为5.0m，室内采暖设计温度为 +5C。办公区域采暖系统为上供下回同程式系统；车间区域，由于离子交换间建筑上选用了带形窗， 因而采暖系统为上供下回与水平单管跨越式相结合。6 综合楼采暖综合楼建筑面积2800m2，建筑高度17.60m，共四层。应业主要求，为追求美观，采暖主干管敷设 在管道夹层（建筑高度为& 4m10.4m）,采暖系统采用中供中回同程式，管道进入管道层，一、二层

11、为 上供上回，三、四层为下供下回。由于夹层内不设采暖，则有可能会出现管道冻裂的现象，鉴于此， 采暖供回水主干管的管径全部设计为采暖入户管管径，一方面考虑利用采暖管道对夹层散热以免冻坏 管道或设备（夹层内还设置了其它设备和管道），与此同时，也有利于系统水力平衡。7 厂区热网设计厂区热网管道采用无缝钢管、聚异氰脲酸酯保温层、聚氯乙烯保护层结合为一体的预制保温管道 利用供热管道直埋技术，通过对管道的受力计算及应力验算，采用了无补偿冷安装敷设方式，利用土 壤与保温管外护层表面的摩擦力固定管道，使整个管线不需要设置补偿器和固定支架，节约了投资。8 电子设备间空调根据火力发电厂的工艺设计，集控室及电子设备

12、间布置在主厂房除氧跨运转层，位于汽机房和锅 炉房之间，建筑面积为350m2。集控室内布置发电机组主要电气设备和热工设备的控制、测量、监护和 保护装置等；电子设备间则主要布置电厂控制系统的电控柜。为保证集控室及电子设备间的安全、可靠、节能运行，空调形式选用以运行着的各设备为空调对 象，通过风道系统，将过滤、冷却后的室外空气直接送至主机设备柜体内，直接冷却设备，从而大大 降低了空调负荷。根据室外环境温度的变化，规定了三种运行工况，设计了三种运行模式，通过自动 控制，实现了集控室及电子设备间空调系统全年以最优化、最安全、最经济的方式运行，从而大大的 降低了空调能耗，节省了运行费用，同时也提高了设备运

13、行的可靠性。其三种运行模如下：8.1 制冷模式（夏季运行工况）& 1.1当室外温度机房内温度机器设定温度，系统处于制冷模式& 1.2室外30 C,室内28 C,机器设定25 C,系统处于制冷模式8.1.3 该模式运行季节：夏季8.2 制冷新风模式（春秋季运行工况）& 2.1当室外环境温度V机房内温度机器设定温度，节电系统会转入制冷通风状态下，一边进新风、 一边给新风冷却、一边将机房内设备所散发出的余热收集后强行排到机房外部，以提高新风冷却的使 用效果。8.2.2 例如：室外 26 度，机房内 28 度，机器设定 25 度时系统进入制冷+新风模式。8.2.3 该模式运行季节：春末、秋初。8.3

14、通风模式（初冬早春季节运行工况）& 3.1当室外环境温度V机房内温度V机器设定温度，处于通风方式。在通风方式下，此时室外新风 经过 1 微米等级的高效滤清器净化后，由风机送入管道分流分压后进入设备机柜。机柜内部的热量由 机柜上方的排风口散发至室内。8.3.2 例如：室外20度，机房内22度，机器设定25度时系统进入新风模式；8.3.3 该模式运行季节：秋末、冬季、春初 电子设备在冬季工作时，由于天气寒冷，环境温度较低。此时电控柜产生的热量通过空气自然对流散发到周围空气，空调系统及通风机均不运行。除上述四种基本工作模式外，为了适应特殊寒冷地区的气候条件，以保证电子设备的正常工作， 系统还设置了制

15、热模式，即当室内温度低于8C时，空调系统处于热泵工况运行，保证室内温度在正常 工作范围内。9 设计的特点节能思想贯穿于该火力发电厂暖通设计中的每个细节：9.1 为达到节能高效，采用蒸汽和热水两种热媒。9.2 选用塞斯波换热器，体积小，节省了基建投资；可直接引入高温高压蒸汽，节省了减温减压装置 的投资；冷凝水温度可冷凝至75C以下，较一般机组至少低5C（传统管壳式换热器冷凝水温度一般 为80C），充分利用了热能。9.3 换热站通过温控装置及水泵的变频调节实现了二次网的质-量调节，达到了节约能源的目的。9.4 采暖凝结水被合理的利用和回收。9.5 末端采暖系统采用了多种形式相结合，达到了高效、节能、美观。9.6 厂区热网管道采用无补偿冷安装敷设方式，减免了补偿器及固定支架的初投资。9.7 集控室及电子设备间空调节电效果显著，经实验对比证明：在不同的季节，日节电率可达到 50%-95%。10 小结 在此火力发电厂工程的暖通设计中，结合火力发电厂的工艺设计及建筑特点，采用了两种热媒，蒸汽和热水；换热器选用了耐高温高压节能型机组；换热站内设置了温控装置；厂区热网管道采用了 直埋无补偿敷设方式；电子设备间空调系统选用了直接冷却散热设备的空调方式。充分的体现了节能 思想，值得在同类项目中推广。1 陆耀庆.实用供热空调设计手册.北京：中国建筑工业出版社， 19942 李善化. 火力发电厂及变电所