熱泵房冬季施工臨時(shí)供暖方案探討

于海洪，石會群，劉繼亮

（1.河北省電力勘測設(shè)計(jì)研究院，河北石家莊 050031；2.張家口市維佳工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司，河北張家口 075000）

在火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程中，蒸汽發(fā)電后的乏汽含有大量的余熱，需采用冷卻水進(jìn)行冷卻以便生產(chǎn)過程的延續(xù)，造成發(fā)電過程一次能源利用率較低。近年來，吸收式熱泵余熱回收技術(shù)得到廣泛關(guān)注并在熱電廠得到推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。熱泵供熱項(xiàng)目一般當(dāng)年開工建設(shè)，當(dāng)年冬季進(jìn)行調(diào)試并投產(chǎn)，否則其調(diào)試期須推遲到下一個采暖季進(jìn)行，嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)效益。在當(dāng)年調(diào)試期內(nèi)熱泵房維護(hù)結(jié)構(gòu)一般不完善，熱泵設(shè)備調(diào)試初期需進(jìn)行抽真空、溶液灌注等工作，耗時(shí)較長。在啟動初期，熱泵升負(fù)荷的過程也比較緩慢，熱泵房熱車間特性無法在調(diào)試期起到作用，系統(tǒng)面臨防凍、防寒的需求，由于電廠熱泵房形體較大，在調(diào)試期維護(hù)結(jié)構(gòu)尚不完善，一般的熱水采暖系統(tǒng)不能滿足要求，臨時(shí)供暖問題十分突出。

對熱泵房調(diào)試期的供暖，需著重解決如下問題。

1）熱泵房為10m高，空間較大，其容積為14 414m3，計(jì)算熱負(fù)荷高達(dá)600kW，能耗很大。

2）維護(hù)結(jié)構(gòu)不完善，未封閉孔洞較多，大量冷風(fēng)侵入，極易造成管道凍結(jié)，如采用散熱器采暖系統(tǒng)，采暖系統(tǒng)也面臨凍結(jié)危險(xiǎn)。

熱泵供熱項(xiàng)目的驅(qū)動蒸汽一般取自汽機(jī)房采暖抽汽，因此，熱泵房一般比鄰汽機(jī)房，汽機(jī)房為熱車間，其室內(nèi)熱空氣如能應(yīng)用于熱泵房臨時(shí)供暖，既可節(jié)約大量采暖熱能，又能較好地滿足熱泵房防凍、防寒的需求。

1 汽機(jī)房熱環(huán)境實(shí)測

1.1 汽機(jī)房概述

某電廠2×300MW機(jī)組建于2005年，汽機(jī)房總長度157.2m，跨度27m，高度32.88m；每臺機(jī)設(shè)熱網(wǎng)首站，熱網(wǎng)首站長24m，寬18m，高21.5m；汽機(jī)房及熱網(wǎng)首站總體積為15.813 2萬m3。

除氧間共設(shè)有24臺屋頂風(fēng)機(jī)用于汽機(jī)房夏季排風(fēng)，根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，汽機(jī)房及除氧間總散熱量為2.3MW，計(jì)算總排風(fēng)量約145萬m3／h。屋頂風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口設(shè)有閥板，冬季停止運(yùn)行后閥板隨之關(guān)閉。

1.2 汽機(jī)房冬季熱環(huán)境實(shí)測

為了解汽機(jī)房內(nèi)溫度情況，在汽機(jī)房沿高度方向不同位置設(shè)置溫度計(jì)，由于項(xiàng)目所在地12月上旬日出時(shí)間在早上7：15至7：30，早上7：00約為一天中室外氣溫最低點(diǎn)，因此，在12月9日早上7：00和下午15：00各取一次讀數(shù)，取得汽機(jī)房各標(biāo)高位置的溫度如表1、表2所示。

表1 汽機(jī)房不同標(biāo)高溫度實(shí)測（7：00）Tab.1 Temperature of steam turbine building（7：00）

表2 汽機(jī)房不同標(biāo)高溫度實(shí)測（15：00）Tab.2 Temperature of steam turbine building（15：00）

由實(shí)測值可知，汽機(jī)房上部溫度較高，早上最冷時(shí)屋架下旋溫度也高達(dá)27℃，具備向熱泵房送風(fēng)達(dá)到取暖的溫度要求。

2 熱泵房送風(fēng)量的確定

由于熱泵房維護(hù)結(jié)構(gòu)不完善，防止冷風(fēng)侵入是臨時(shí)采暖系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵，因此，送入熱泵房的熱空氣既要滿足熱負(fù)荷要求，又必須使熱泵房保持正壓，以便將外部冷空氣阻擋在熱泵房外［1-2］。

2.1 送風(fēng)量應(yīng)滿足熱負(fù)荷要求

根據(jù)熱泵房熱負(fù)荷，計(jì)算送風(fēng)量，如式（1）所示：

式中：G為送風(fēng)量，m3／h；Q為供熱量，kW；Δt為送風(fēng)溫差，按熱泵房保持5℃，送風(fēng)溫度取汽機(jī)房屋架下旋溫度27℃，Δt＝22℃；c為空氣比熱，取1.01kJ／（kg·℃）；ρ為空氣容重，取1.1kg／m3。

計(jì)算出送風(fēng)量為106 920m3／h。

2.2 送風(fēng)量應(yīng)滿足保持熱泵房正壓要求

為避免室外冷空氣侵入，對于處于施工期維護(hù)結(jié)構(gòu)不完善的建筑物該正壓尤為重要，由于正壓送風(fēng)供暖系統(tǒng)送風(fēng)量計(jì)算無成熟公式可用，本文參考了《暖通空調(diào)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)分析》［3-4］給出的空調(diào)系統(tǒng)正壓送風(fēng)量計(jì)算方法，對正壓送風(fēng)供暖系統(tǒng)送風(fēng)量進(jìn)行估算［5-6］，計(jì)算公式如式（2）所示：

式中：G為送風(fēng)量，m3／h；E1為流量系數(shù)，取0.5；F1為縫隙面積，由于維護(hù)結(jié)構(gòu)不完善，取20m2；ΔP為室內(nèi)外壓差，取5Pa；ρ為空氣容重，取1.2kg／m3。

計(jì)算出送風(fēng)量為103 923m3／h。

該方法采用縫隙面積和壓差計(jì)算滿足室內(nèi)正壓的送風(fēng)量，與實(shí)際情況較為接近，與滿足熱負(fù)荷的送風(fēng)量比較后，取兩者較大值，為106 920m3／h。

2.3 按經(jīng)驗(yàn)換氣次數(shù)核算送風(fēng)量

對于一般房間，維持室內(nèi)正壓所需的送風(fēng)量可按房間換氣次數(shù)2～6次／h取值。本工程熱泵房建筑體積為14 414m3，當(dāng)送風(fēng)量為106 920m3／h時(shí)，相應(yīng)換氣次數(shù)為7.4次／h，該送風(fēng)量可以使熱泵房保持一定正壓。

2.4 熱泵送風(fēng)對汽機(jī)房影響

本工程汽機(jī)房總?cè)莘e為15.813 2萬m3，當(dāng)從汽機(jī)房吸風(fēng)量為106 920m3／h時(shí)，折合汽機(jī)房換氣次數(shù)為0.68次／h。對于電廠汽機(jī)房這樣的高大建筑物，其冷風(fēng)滲透量一般在2次／h以上，因此，熱泵房熱風(fēng)供暖送風(fēng)量遠(yuǎn)小于其冷風(fēng)滲透風(fēng)量，熱泵房熱風(fēng)供暖系統(tǒng)不會對汽機(jī)房產(chǎn)生不利影響。

3 工程實(shí)施

根據(jù)前述分析計(jì)算，將汽機(jī)房熱空氣送入熱泵房可以滿足防凍、防寒要求，達(dá)到冬季供暖目的。

本工程汽機(jī)房12.60m（運(yùn)轉(zhuǎn)層），設(shè)有帶型窗，窗扇尺寸1.5×0.75m，為減少臨時(shí)設(shè)施拆除時(shí)的恢復(fù)費(fèi)用，風(fēng)道穿墻采用穿過帶型窗窗扇的方法，可穿管道窗扇共6個，窗扇寬度為0.75m，實(shí)測凈寬為0.71m，因此，風(fēng)道尺寸按Φ630選取，共設(shè)置6根，最大限度利用可用空間，當(dāng)總風(fēng)量為106 920 m3／h時(shí)，每根Φ630風(fēng)道風(fēng)量為17 820m3／h，風(fēng)速為15.88m／s。對于臨時(shí)送風(fēng)系統(tǒng)來說，該風(fēng)速在允許范圍內(nèi)。

3.1 風(fēng)機(jī)選擇

共選擇6臺軸流風(fēng)機(jī)，每臺風(fēng)機(jī)風(fēng)量為18 250m3／h，總送風(fēng)量為109 500m3／h，相應(yīng)換氣次數(shù)為7.6次／h，既滿足熱負(fù)荷要求的送風(fēng)量，又滿足熱泵房正壓要求的送風(fēng)量。

3.2 風(fēng)道系統(tǒng)設(shè)置

按前述現(xiàn)場情況，熱風(fēng)供暖系統(tǒng)分為2個系統(tǒng)，每個系統(tǒng)配置3臺流風(fēng)機(jī)，安裝在熱泵房6.0m圈梁上，每個系統(tǒng)送風(fēng)量為54 750m3／h，在12.60m運(yùn)轉(zhuǎn)層設(shè)置1個1 600×630×4 030集風(fēng)箱，引1根630×1 600風(fēng)道向上至29.70m（汽機(jī)房屋架下旋位置），將汽機(jī)房上部熱空氣引致熱泵房，2個系統(tǒng)總送風(fēng)量達(dá)到109 500m3／h。

3.3 風(fēng)道支撐

采用腳手架支撐，安裝方便且便于拆除，也不需在汽機(jī)房進(jìn)行焊接作業(yè)。

4 使用效果

在維護(hù)結(jié)構(gòu)不完善，窗洞、大門及部分墻體未施工，臨時(shí)采用帆布遮擋的情況下，熱風(fēng)供暖系統(tǒng)投入使用，室外溫度達(dá)到-8℃時(shí)，室內(nèi)溫度仍保持3℃以上，滿足了防凍、防寒要求，基本達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。同時(shí)對汽機(jī)房各測溫點(diǎn)觀察后，汽機(jī)房溫度無明顯變化。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

熱泵房為熱車間，正常運(yùn)行時(shí)，室內(nèi)不需設(shè)置采暖設(shè)施，因此，不論采用熱水供暖還是采用熱風(fēng)供暖均為施工臨時(shí)設(shè)施［7-8］。

5.1 使用熱水采暖系統(tǒng)的費(fèi)用

按熱泵房熱負(fù)荷600kW，單片散熱量150W估算，約需安裝散熱器4 000片，每片采購價(jià)35元，共需14萬元；采暖管道、閥門及安裝費(fèi)約15萬元；熱水采暖系統(tǒng)初投資共需29萬元。

按運(yùn)行2 000h計(jì)算，熱泵房總供熱量為4 320 GJ，按當(dāng)?shù)責(zé)醿r(jià)27元／GJ計(jì)算，采暖費(fèi)共計(jì)11.66萬元。

5.2 熱風(fēng)供暖系統(tǒng)的費(fèi)用

每臺軸流風(fēng)機(jī)2 600元，6臺共計(jì)1.56萬元；風(fēng)道系統(tǒng)展開面積約340m2，折合質(zhì)量為2.3t，材料費(fèi)約1.6萬元；系統(tǒng)安裝人工費(fèi)約2.5萬元；系統(tǒng)初投資共需5.66萬元。

熱風(fēng)供暖的熱源取自汽機(jī)房上部的熱空氣，其運(yùn)行費(fèi)只有風(fēng)機(jī)的耗電量：每臺風(fēng)機(jī)耗電量2.2 kW，6臺耗電量共計(jì)13.2kW，按運(yùn)行2 000h計(jì)算，共耗電2.64萬kW·h，以每度電0.5元（kW·h）計(jì)算，運(yùn)行費(fèi)總計(jì)1.32萬元。

5.3 費(fèi)用對比

表3為費(fèi)用對比。

表3 熱水、熱風(fēng)供暖費(fèi)用對比表Tab.3 Cost comparison of hot water heating &hot air heating

6 結(jié) 語

從熱水及熱風(fēng)2種供暖方式對比來看，利用汽機(jī)房熱空氣的熱風(fēng)供暖系統(tǒng)不論初投資還是運(yùn)行費(fèi)，均遠(yuǎn)低于熱水采暖系統(tǒng)，而熱水采暖系統(tǒng)在維護(hù)結(jié)構(gòu)不完善的情況下，其自身就存在凍結(jié)危險(xiǎn)，因此，利用汽機(jī)房熱空氣的熱風(fēng)供暖系統(tǒng)在熱泵房項(xiàng)目中具有良好的推廣價(jià)值及應(yīng)用前景。

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