轉(zhuǎn)輪與冷凍結(jié)合除濕的防潮防結(jié)露技術(shù)研究

張潤香，劉國榕

(廣州捷達(dá)萊堡通用設(shè)備有限公司，廣州 511450)

1 概述

東江水電廠位于湖南省資興市境內(nèi)湘江支流耒水中上游，屬亞熱帶氣候;東江大壩壩高157m，水庫庫容81億m3，是一個(gè)多年調(diào)節(jié)水庫。電站總裝機(jī)500MW，單機(jī)為125MW，共4臺機(jī)，在電網(wǎng)中長期擔(dān)任調(diào)頻調(diào)峰任務(wù)。1987年11月1﹟機(jī)投產(chǎn)發(fā)電，1989年8月4﹟機(jī)投產(chǎn)發(fā)電。多年來，空調(diào)系統(tǒng)一直未投入正常使用，每年的4～10月份，主廠房結(jié)露十分嚴(yán)重，地面、墻面、管外表面不斷有結(jié)露水流出，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)定子線棒端部銹蝕，供水室電氣元件誤動(dòng)作，使正常生產(chǎn)受到嚴(yán)重影響，為此廠領(lǐng)導(dǎo)下決心解決此難題，委托捷達(dá)萊堡通用設(shè)備有限公司進(jìn)行防潮防結(jié)露的技術(shù)研究。

2 電站基本氣象參數(shù)及廠內(nèi)熱負(fù)荷

(1)電站基本室外氣象參數(shù):見表1。

表1 基本室外氣象參數(shù)

(2)電站室內(nèi)設(shè)計(jì)參:見表2。

表2 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)表

(3)廠內(nèi)熱負(fù)荷:見表3。

表3 主廠房冷負(fù)荷匯總表

3 防潮防結(jié)露方案選擇

根據(jù)電站氣象條件，夏季潮濕悶熱，空氣溫度達(dá)35℃，濕度60%，此時(shí)的露點(diǎn)溫度為28℃，而經(jīng)實(shí)測機(jī)組冷卻水溫為12℃，這樣的室外空氣遇到12℃的冷表面，當(dāng)然結(jié)露，遇到表面溫度低于28℃的物體也會(huì)結(jié)露，東江電廠每年長達(dá)半年多的時(shí)間廠內(nèi)是潮濕結(jié)露的。

為解決此問題，國內(nèi)外大都采用在供、排水管道包扎隔熱材料層的方法，目前國外采用代號為FONM的類似海綿的隔熱材料層包扎。國內(nèi)通常采用膨脹珍珠巖、玻璃絲帶、塑料薄膜以及瀝青包扎等，東江電廠曾與多家廠商合作，采用冷物體表面涂進(jìn)口隔熱材料 (美國生產(chǎn))，使冷物體表面形成與空氣隔離的極薄的隔熱層，當(dāng)時(shí)認(rèn)為是一種簡單美觀實(shí)用的方法，但由于空氣與冷物體溫差太大，而水管與涂層長時(shí)間接觸，最終導(dǎo)致涂層表面溫度接近冷物體 (冷水)溫度，結(jié)露照樣存在;另一方法是采用內(nèi)層包扎保溫隔熱材料，外層包扎有機(jī)玻璃鋼或鋁合金板，這樣雖然外表面結(jié)露有所減輕，但由于不論怎樣密封，都不能完全排出冷物體表面與保溫層之間的濕空氣及外部濕空氣的進(jìn)入，所以過一段時(shí)間后，啟開保溫層，水管表面大部分均已銹蝕，結(jié)露問題又轉(zhuǎn)化成了銹蝕問題，再就是采用冷凍除濕，雖然可以解決濕度的問題，但在實(shí)際的應(yīng)用中，冷凍除濕使用氟利昂制冷機(jī)組，氟利昂會(huì)污染大氣，機(jī)組的維護(hù)費(fèi)用較高，對于維護(hù)人員的技術(shù)水平要求也較高，隨著使用年限的增長，冷凍除濕機(jī)的維護(hù)費(fèi)用會(huì)大大增長，這個(gè)也是水電廠目前采用冷凍除濕的老大難問題，也造成了間接的經(jīng)濟(jì)損失，所以從東江電廠及其它電廠的實(shí)踐中可以看出:以上各種方法均不理想，不能根本解決問題。

綜合國內(nèi)外的方法及東江電廠的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過詳細(xì)的計(jì)算論證，我們采用了良好的具有轉(zhuǎn)輪除濕的廠內(nèi)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，首先對進(jìn)入工作區(qū)的空氣采用水庫水進(jìn)行初步降溫去濕，然后通過轉(zhuǎn)輪吸附除濕以使其露點(diǎn)溫度接近或低于物體表面溫度，從而達(dá)到從根本上消除潮濕和結(jié)露現(xiàn)象，廠內(nèi)設(shè)備長期運(yùn)行于干燥環(huán)境。同時(shí)通過對空氣的處理也達(dá)到改善工作環(huán)境的目的，以使運(yùn)行人員工作于舒適的環(huán)境中，提高工作效率，減少安全事故。

4 方案的實(shí)施

4.1 新風(fēng)、回風(fēng)參數(shù)的確定

根據(jù)前述氣象參數(shù)知新風(fēng)參數(shù)為:干球溫度33℃，濕球溫度25℃，相對濕度為54%，新風(fēng)比例一般空調(diào)系統(tǒng)取10%～20%，本站由于廠房空間大，且主廠房4個(gè)大門 (9m×9m)數(shù)個(gè)小門無法很好地密封，即使采用大型空氣幕也很難避免氣流及冷量與室外的交換，所以考慮全廠采用微正壓送內(nèi)，加大新風(fēng)比例即取新風(fēng)比例為30%。在做參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到室外新風(fēng)與室內(nèi)狀態(tài)較為接近，設(shè)計(jì)進(jìn)風(fēng)參數(shù)按室外新風(fēng)取值。

根據(jù)下述原則:

1)利用通風(fēng)空調(diào)風(fēng)量帶走廠內(nèi)余熱，保證各設(shè)備發(fā)熱及時(shí)帶走，設(shè)備間溫度恒定;

2)滿足全廠各主要設(shè)備間通風(fēng)換氣次數(shù)的要求;

3)本送風(fēng)參數(shù)合適的前提下 (露點(diǎn)溫度低于12℃)，在各潮濕、結(jié)露場所保持適當(dāng)風(fēng)速(0.5m/s左右)，以保持各工作場所地環(huán)境干燥;

4)滿足人體舒適的要求，即夏季溫度在23～28℃，濕度在 40% ～60%之間，風(fēng)速 0.2～0.5m/s;

5)盡量利用原有通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)道、風(fēng)口、接力風(fēng)機(jī)等;

6)充分考慮空氣處理過程中節(jié)能要求。

初步確定室內(nèi)參數(shù)為:溫度:20℃，濕度:60%

按可帶走室內(nèi)熱負(fù)荷核算送風(fēng)溫度:16℃

送風(fēng)量L由各設(shè)備間風(fēng)量Li總和確定:

式中:

L=∑Li—全廠總風(fēng)量;

Li—各設(shè)備間風(fēng)量;

Qi—為各設(shè)備間發(fā)熱量;

H1—為各設(shè)備間送風(fēng)焓值;

H2—為各設(shè)備間工作點(diǎn)空氣焓值

配合原通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)氣流組織，計(jì)算出全廠總風(fēng)量160000m3/h，回風(fēng)參數(shù)為:30℃，34%。全廠2臺套空氣處理機(jī)組，單套機(jī)組總送風(fēng)量80000m3/h。

4.2 轉(zhuǎn)輪電腦選型設(shè)計(jì)

(1)第一步:

為了充分利用東江電站低溫水庫水的資源，采用足夠多的冷水排管 (8排高效水表冷器)，使空氣與冷水進(jìn)行充分的熱濕交換，空氣的溫度、濕度由工況點(diǎn)A:33℃、53%處理到工況點(diǎn)B:14℃、95%，含水量9.43g/kg。

從i～d圖上可以得出:

HA=76.41kJ/kg tc=33℃

HB=38.05kJ/kg t1=14℃

制冷量Q=1.2×84000× (76.41－38.05)/3600=1074kW

由于采用的是冷庫低溫水，深層水溫長年處于12～13℃左右，耗能部分只是供水水泵的電功率，盤管采用高效8排冷卻盤管，翅片密度為12片/吋，面風(fēng)速為2.5m/s。

(2)第二步:

第一級處理后的空氣 (溫度 14℃，濕度95%)其中12000CMH風(fēng)量通過轉(zhuǎn)輪除濕，出風(fēng)參數(shù)為:36℃，含水量2g/kg，與未經(jīng)過轉(zhuǎn)輪的68000CMH，進(jìn)行混合，混合后的參數(shù)為17.3℃，含水量8.32g/kg

轉(zhuǎn)輪除濕量W=1.2×12000× (9.43－2)/1000=107 kg/h

從i～d圖上可以查得:轉(zhuǎn)輪出風(fēng)露點(diǎn)溫度為－7.41℃，使此部分經(jīng)過轉(zhuǎn)輪的處理空氣與未經(jīng)過轉(zhuǎn)輪處理的濕空氣 (溫度14℃，濕度95%)的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行混合，確保露點(diǎn)溫度低于12℃，確保室內(nèi)管路表面不結(jié)露。

圖1 設(shè)計(jì)流程圖

(3)第三步:

混合后的參數(shù)為17.3℃，含水量8.32g/kg。經(jīng)第二級冷水盤管處理后的空氣參數(shù)為16℃，含水量8.32g/kg，這樣的空氣送入工作區(qū)以帶走室內(nèi)的熱負(fù)荷，達(dá)到室內(nèi)溫度為20℃的設(shè)計(jì)參數(shù)。

(4)再生設(shè)計(jì):

再生風(fēng)來自經(jīng)一級盤管處理后的新風(fēng)，由于采用帶熱回收分區(qū)的除濕轉(zhuǎn)輪，4000CMH的再生風(fēng)經(jīng)過轉(zhuǎn)輪熱回收區(qū)后升溫至68.5℃，回收了轉(zhuǎn)輪上的熱量，再經(jīng)過再生電加熱器升溫到145℃，以達(dá)到再生溫度，使轉(zhuǎn)輪可連續(xù)不斷地進(jìn)行除濕、再生的循環(huán)。

(5)再生排風(fēng)冷凝設(shè)計(jì):

由于機(jī)房結(jié)構(gòu)造成無法接風(fēng)管將再生排風(fēng)排至室外，故在此設(shè)計(jì)中采用了再生冷凝技術(shù)，利用東江電站低溫水庫水的資源，對再生排風(fēng)的高溫高濕空氣進(jìn)行冷卻，濕空氣中的水蒸汽冷凝后排入地溝，避免了濕空氣對室內(nèi)的影響。

上述處理空氣的步驟為:濕空氣預(yù)冷——轉(zhuǎn)輪除濕——旁通混合——再降溫處理

4.3 轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)

相關(guān)系統(tǒng)如圖2所示。

(1)該系統(tǒng)流程已獲取國家發(fā)明專利——再生區(qū)連通的再生排出管路上設(shè)置有再生降溫除水盤管 (圖2中52部件)。

(2)采用節(jié)能型轉(zhuǎn)輪，分區(qū)內(nèi)部通過密封裝置而劃分為處理區(qū) (圖2中A)、再生區(qū) (圖2中B)、熱回收區(qū) (圖2中C)。

(3)系統(tǒng)控制和核心部件:

1)控制部分:

基本的保護(hù)功能:具有過流、短路、錯(cuò)相、缺相保護(hù);具有轉(zhuǎn)輪停轉(zhuǎn)保護(hù)。

停機(jī)保護(hù):再生加熱器冷卻至設(shè)定的保護(hù)溫度后才能停止運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)。再生電熱器雙重保護(hù):再生排風(fēng)管上安裝缺風(fēng)保護(hù)、再生加熱區(qū)安裝可調(diào)式的高溫保護(hù)開關(guān)。

圖2 系統(tǒng)布置圖

電加熱器分多級控制，最后一級采用可控硅實(shí)現(xiàn)無級控制，可精確有效控制再生溫度，達(dá)到最佳節(jié)能效果

二級表冷器安裝電動(dòng)二通閥，可實(shí)現(xiàn)比例控制，更好地調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度。

使用Siemens S7－200控制器，體積小巧、功能全面，支持PPI、MPI、自由口通訊以及Profibus DP通訊協(xié)議，具有極佳的性價(jià)比。

使用西門子彩色觸摸屏，其前面板工業(yè)防護(hù)等級IP65，觸摸屏上具有系統(tǒng)動(dòng)態(tài)圖，可生動(dòng)地顯示當(dāng)前機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)以及各點(diǎn)的溫濕度值;能按需實(shí)時(shí)設(shè)定參數(shù)并存儲歷史數(shù)據(jù) (運(yùn)行數(shù)據(jù)及報(bào)警信息);支持密碼保護(hù)。

2)核心部件

該設(shè)備的核心部件為高效硅膠轉(zhuǎn)輪，其工藝是配合一種無機(jī)黏合劑，陶瓷纖維被加工成蜂巢狀，在高溫燃燒下，所有的有機(jī)物質(zhì)被轉(zhuǎn)移，然后有蜂巢基體的轉(zhuǎn)輪通過聚合反應(yīng)和特殊硅膠(金屬硅酸鹽)融合，所以SEIBU轉(zhuǎn)輪不僅具有良好的抗熱性，而且可以在100%RH以下任意濕度環(huán)境應(yīng)用。

SEIBU轉(zhuǎn)輪的表面強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于國際同類產(chǎn)品，同時(shí)無吸濕劑流失，無毒性，無腐蝕性，確保長時(shí)間安全穩(wěn)定地使用。

5 結(jié)束語

潮濕、結(jié)露問題是困擾水電廠多年的難題，各電廠積極采取各種措施如涂層、包扎等均有不同程度的弊端，東江電廠的防潮、防結(jié)露采用了轉(zhuǎn)輪除濕的原理，利用東江的地下水資源，從根本上消除潮濕、結(jié)露，同時(shí)改善了電廠工作運(yùn)行環(huán)境;新的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)充分利用東江電廠的冷水資源，少機(jī)械制冷量，該方法不失為一種目前比較理想的方法，愿與其它電廠共享。

［1］水力發(fā)電廠廠房采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)程 (DL/T5165－2002)［S］．北京:中國電力出版社，2003

［2］組合式轉(zhuǎn)輪除濕機(jī) (QB/T 4109－2010) ［S］．北京:國輕工業(yè)出版社，2011

［3］陸亞俊，馬最良，鄒平華.暖通空調(diào) ［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009

［4］張立志.除濕技術(shù) ［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005