天津某廠制冷供熱站設(shè)計(jì)

(中國(guó)五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢430223)

在空調(diào)制冷設(shè)計(jì)中，溴化鋰吸收式冷水機(jī)組以其適應(yīng)能源廣、安全可靠、性能穩(wěn)定、操作維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工程中得到越來越廣泛的應(yīng)用，尤其是在能源品種多、規(guī)模比較大的工業(yè)建筑中。筆者長(zhǎng)期在化工行業(yè)設(shè)計(jì)院從事暖通空調(diào)設(shè)計(jì)工作，擬通過一個(gè)工程的設(shè)計(jì)實(shí)例，就制冷供熱站的設(shè)計(jì)與同行交流探討。

1 工程概況

該廠位于天津市濱海新區(qū)臨港工業(yè)區(qū)內(nèi)，是一個(gè)生產(chǎn)規(guī)模大、產(chǎn)品種類多的現(xiàn)代化化工廠。辦公樓、食堂等服務(wù)設(shè)施采用舒適性空調(diào)系統(tǒng)，中央控制樓等采用工藝性空調(diào)系統(tǒng)，其余封閉性建筑物采用集中采暖系統(tǒng)。經(jīng)過對(duì)每個(gè)采暖空調(diào)建筑物進(jìn)行詳細(xì)的冷熱負(fù)荷計(jì)算，空調(diào)總冷負(fù)荷為4 800 kW，空調(diào)總熱負(fù)荷為5 100kW，采暖總熱負(fù)荷為11 000 kW。全廠設(shè)置一座集中制冷供熱站，為各建筑物提供采暖空調(diào)冷熱水，站房面積432m2，為獨(dú)立建筑。

2 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)建設(shè)方提供的全廠蒸汽平衡圖，可供溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組使用的熱源有0.6 MPa及以下壓力飽和蒸汽和462 t/h低壓蒸汽冷凝液，其中包括聯(lián)堿、丁辛醇、煤氣化、甲醇、合成氨、聚甲醛等各裝置蒸汽冷凝液。該部分冷凝液溫度不盡相同，其匯總后均衡溫度按100 ℃考慮，按建設(shè)方要求，需充分利用凝水廢熱，降低運(yùn)行成本，建設(shè)方推薦首先考慮選用單效熱水型機(jī)組，但該熱水品質(zhì)較低，經(jīng)實(shí)際考察以及與有關(guān)設(shè)備廠家技術(shù)部門共同協(xié)商，在技術(shù)可行的前提下，通過加大發(fā)生器中換熱盤管面積，提高熱源水進(jìn)出口溫差能滿足設(shè)備負(fù)荷要求。但該產(chǎn)品為非標(biāo)產(chǎn)品，設(shè)備費(fèi)用較高，今后運(yùn)行的管理費(fèi)用也比較高。通過經(jīng)濟(jì)比較，最終決定利用低品質(zhì)飽和蒸汽(0.6 MPa蒸汽)作為制冷系統(tǒng)熱源，選用蒸汽溴化鋰吸收式冷水機(jī)組(雙效型)作為我們的推薦方案。

2.1 蒸汽溴化鋰吸收式冷水機(jī)組的特點(diǎn)

(1)以熱能為動(dòng)力，無需消耗大量的電能，且對(duì)熱源要求不高，能利用各種低品位蒸汽和工廠剩余蒸汽，有利于能源的綜合利用，具有很好的節(jié)能、節(jié)電效果，經(jīng)濟(jì)性較好。

(2) 整個(gè)機(jī)組運(yùn)動(dòng)部件只有功率很小的屏蔽泵，振動(dòng)小，噪聲低，磨損和維修量少，故障率低，運(yùn)行可靠且安靜平穩(wěn)。

(3)機(jī)器在真空狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，以溴化鋰溶液為工質(zhì)，無毒、無臭、無爆炸危險(xiǎn)，對(duì)臭氧層無破壞作用，既環(huán)保，又安全。

(4)制冷量采用變頻控制，調(diào)節(jié)范圍廣，機(jī)組可根據(jù)外界負(fù)荷變化，在10%～100%的范圍內(nèi)進(jìn)行冷量無級(jí)調(diào)節(jié)，且保持較高的熱效率。

(5)安裝簡(jiǎn)單，整個(gè)機(jī)組運(yùn)動(dòng)部件少，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)小，對(duì)安裝基礎(chǔ)要求較低。

(6)機(jī)組性能穩(wěn)定，能適應(yīng)各種外界條件變化，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，機(jī)組的維修保養(yǎng)工作，主要在于確保機(jī)組的密封性，維持機(jī)組內(nèi)的高度真空。

考慮到溴化鋰吸收式冷水機(jī)組水側(cè)污垢系數(shù)及腐蝕等因素會(huì)造成機(jī)組制冷量的衰減，選用機(jī)組時(shí)考慮1.2倍的裕量。

采暖空調(diào)換熱設(shè)備選用一套板式換熱機(jī)組。板式換熱器具有換熱效率高、熱損失小、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、占地面積小、應(yīng)用廣泛、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，在相同壓力損失情況下，其傳熱系數(shù)比管式換熱器高3～5倍，占地面積為管式換熱器的1/3，熱回收可高達(dá)90%以上。該項(xiàng)目處于寒冷地區(qū)，為保證工藝廠房設(shè)備冬季正常運(yùn)行，每套換熱機(jī)組換熱器選用2臺(tái)，每臺(tái)換熱器考慮70%的容量，以保證1臺(tái)換熱器發(fā)生故障停止運(yùn)行時(shí)，另1臺(tái)換熱器能滿足70%熱負(fù)荷的需要。

制冷供熱站各主要設(shè)備選型如下：2臺(tái)REW083S蒸汽溴化鋰吸收式冷水機(jī)組(雙效型)、2臺(tái)CDW-875ASY角型橫流式冷卻塔、3臺(tái)NPG150/500-160/4冷凍水泵(2開1備)、 3臺(tái)NPG300/400-132/4冷卻水泵(2開1備)、1套S/Q-N-12.0采暖板式換熱機(jī)組(配套板式換熱器、循環(huán)水泵)、1套S/Q-K-5.6空調(diào)板式換熱機(jī)組(配套板式換熱器、循環(huán)水泵)及配套定壓補(bǔ)水系統(tǒng)和凝結(jié)水回收器。冷凍水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的供、回水溫度分別為7/12 ℃，冷卻水進(jìn)、出水溫度分別為32/37 ℃，采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)的供、回水溫度分別為95/70 ℃，空調(diào)供熱系統(tǒng)供、回水溫度分別為60/50 ℃。主要設(shè)備選型見表1。

表1 主要設(shè)備選型

注：每套板式換熱機(jī)組配置2臺(tái)換熱器，單臺(tái)換熱器負(fù)擔(dān)70%熱負(fù)荷。

2.2 制冷供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本工程制冷系統(tǒng)冷凍水管路采用兩管制，按季節(jié)進(jìn)行供冷、供熱轉(zhuǎn)換，空調(diào)管路供回水管間設(shè)置電動(dòng)壓差旁通閥，使系統(tǒng)滿足變流量運(yùn)行；冷凍水泵和制冷機(jī)組采用一對(duì)一的方式，并且互為備用；冷卻水系統(tǒng)為一級(jí)泵變流量系統(tǒng)，根據(jù)冷卻塔出水溫度控制冷卻塔風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速或臺(tái)數(shù)。

供熱系統(tǒng)機(jī)組主要由板式換熱器、循環(huán)水泵、除污器等設(shè)備及配套閥門和控制系統(tǒng)組成。機(jī)組自帶減壓閥組、疏水閥組和自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)，配套熱水循環(huán)泵，兩開一備，并配置自動(dòng)控制柜，可獨(dú)立自動(dòng)控制。

供熱系統(tǒng)與制冷系統(tǒng)共用1套定壓補(bǔ)水系統(tǒng)，冬、夏季通過關(guān)閉管道上的閥門實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，采用變頻補(bǔ)水泵自動(dòng)補(bǔ)水定壓；機(jī)房設(shè)置1套加藥裝置，系統(tǒng)運(yùn)行初期為系統(tǒng)補(bǔ)充軟化水。

制冷系統(tǒng)的蒸汽凝結(jié)水和換熱系統(tǒng)的蒸汽凝結(jié)水壓力不盡相同，為消除各路凝水間的相互影響，保證各種壓力凝結(jié)水都能順暢回到凝結(jié)水回收裝置，各路回水先流經(jīng)壓力平衡器，平衡壓力后排入凝結(jié)水回收裝置的儲(chǔ)罐，經(jīng)凝結(jié)水泵加壓回收至室外凝結(jié)水主管，部分凝結(jié)水回至補(bǔ)水箱，供系統(tǒng)補(bǔ)水用。

該制冷供熱站設(shè)PLC控制系統(tǒng)1套，蒸汽及熱水供水溫度智能控制(智能調(diào)節(jié)器)，運(yùn)行參數(shù)集中數(shù)顯，根據(jù)室外溫度的變化自動(dòng)控制供水出水溫度；空調(diào)水系統(tǒng)控制采用電動(dòng)二通閥及在供、回水總管間設(shè)置壓差旁通控制，冷、熱水系統(tǒng)的切換采用手動(dòng)控制閥在總供、回水管上進(jìn)行。

2.3 制冷供熱站設(shè)備布置

為了節(jié)約用地，降低投資，減小機(jī)房面積，管道布置盡量短捷，冷水機(jī)組、換熱機(jī)組與水泵設(shè)置在同一機(jī)房?jī)?nèi)，控制室單獨(dú)設(shè)置，機(jī)房與控制室之間設(shè)有通行門，冷水機(jī)組、換熱機(jī)組采用智能化控制，在值班室設(shè)操作屏監(jiān)控，必要時(shí)進(jìn)行巡檢，冷卻塔設(shè)置在機(jī)房屋面。

站房面積綜合考慮安全、設(shè)備安裝、檢修、維護(hù)和操作的需要，且為設(shè)備清洗或更換管束預(yù)留空間；該站房冷水機(jī)組檢修時(shí)拔管空間可通過機(jī)房西面大門及外墻上開窗實(shí)現(xiàn)。制冷供熱機(jī)房設(shè)備布置見圖1。

圖1 制冷供熱機(jī)房設(shè)備布置

3 制冷機(jī)組運(yùn)行成本比較

該制冷供熱站自從開車運(yùn)行以來，溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組使用效果很好，節(jié)能效果明顯。根據(jù)項(xiàng)目運(yùn)行數(shù)據(jù)，現(xiàn)對(duì)該項(xiàng)目運(yùn)行成本與電制冷機(jī)組作簡(jiǎn)要比較。

以每年制冷運(yùn)行120 d，每天運(yùn)行時(shí)間1 0 h，平均電費(fèi)0.6元/(kW·h)，蒸汽使用價(jià)格80元/t計(jì)，分析制冷機(jī)組本體經(jīng)濟(jì)性。其中，蒸汽溴化鋰吸收式冷水機(jī)組與傳統(tǒng)電制冷機(jī)組運(yùn)行成本(未包括其他附屬設(shè)備)比較見表2。

表2 溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組與電制冷機(jī)組運(yùn)行成本比較

由表2可知，采用低品位熱能的蒸汽溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組節(jié)能效果明顯，每年(按1 200 h，2臺(tái)計(jì)算)比采用同等制冷量的電制冷的制冷站房節(jié)省33.62萬元。

經(jīng)過2年的運(yùn)行和測(cè)試，該系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)和指標(biāo)合格，采暖和空調(diào)供熱、制冷系統(tǒng)運(yùn)行正常，完全能夠滿足設(shè)計(jì)和使用的要求。

4 結(jié)語

制冷供熱站在初步設(shè)計(jì)階段，必須經(jīng)過方案比較，充分考慮各方面因素，包括初投資、能源利用、運(yùn)行維護(hù)管理、環(huán)保規(guī)定、外部條件等，做到方案優(yōu)、投資省、流程合理、運(yùn)行簡(jiǎn)單，更節(jié)能。

蒸汽溴化鋰吸收式冷水機(jī)組采用低品位熱能，節(jié)能效果明顯，能源綜合利用率高，與同等制冷量的電制冷機(jī)組相比，更節(jié)省電能及運(yùn)行費(fèi)用。

制冷供熱機(jī)房設(shè)備管道布置緊湊，熱力流程合理順暢，管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)整齊美觀，交叉少，運(yùn)行維護(hù)方便。

[1]陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)(第二版)[M ].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

[2]電子工業(yè)部第十設(shè)計(jì)研究院.空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)手冊(cè)(第二版)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.