火力發(fā)電廠暖通空調(diào)系統(tǒng)研究

施 婷

（中國能源建設(shè)集團江蘇省電力設(shè)計院有限公司， 江蘇 南京 211102）

1 火力發(fā)電廠暖通系統(tǒng)概述

模塊化的概念是將若干具有一定功能結(jié)構(gòu)的單元模塊，通過功能組合而成具有多重復雜功能的專用設(shè)備。模塊化設(shè)計所依賴的是模塊的組合，稱為接口。為了保證不同功能模塊的組合和相同功能模塊的互換，模塊應具有可組合性和可互換性兩個特征，而這兩個特征主要體現(xiàn)在接口上，必須提高其標準化、通用化、規(guī)格化的程度。

引用模塊的概念，我們可以將火力發(fā)電廠主廠房區(qū)域根據(jù)功能分為鍋爐、汽機、發(fā)電機、控制等模塊，全廠對應于主廠房可分為送變電、給水排水、運煤、除灰等模塊。模塊化設(shè)計，就是將電廠設(shè)計中某些相對固定的區(qū)域，作為一個個模塊，通過對每個模塊可能采用的方案分別進行設(shè)計，形成一個個模塊庫，在后續(xù)的方案設(shè)計或施工圖設(shè)計時，根據(jù)各個電廠的工藝特點，在眾多的模塊庫中，選擇適宜的模塊，采用搭積木的方式，就能很快地完成方案設(shè)計和施工圖設(shè)計。

物理分散布置主要指電氣專業(yè)的PC、MCC等熱控專業(yè)的控制設(shè)備根據(jù)就近控制的原則分散布置在主廠房各主要工藝系統(tǒng)附近，從而減少電纜敷設(shè)等的工作量。

火力發(fā)電廠暖通設(shè)計專業(yè)的主要設(shè)計模塊為：集中制冷加熱站、空調(diào)機房。此外，由于暖通專業(yè)是為工藝專業(yè)提供一個滿足其設(shè)備正常運行、運行人員衛(wèi)生舒適的環(huán)境，可以與工藝專業(yè)整合在一起，構(gòu)成功能相對明確的模塊。

2 暖通空調(diào)系統(tǒng)的基本形式

2.1 空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)

空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)是通過空氣處理設(shè)備及管道輸送和分布系統(tǒng)，對室內(nèi)空氣進行過濾、加熱、降溫、加濕、去濕處理，維持空調(diào)區(qū)域內(nèi)的溫度、濕度、空氣流動速度和空氣潔凈度。

在火力發(fā)電廠中，嚴格說來，需要空氣調(diào)節(jié)的區(qū)域并不多。目前僅限于單元控制室、電子設(shè)備間和電氣繼電器室等區(qū)域。

2.2 自然通風和機械通風系統(tǒng)

火力發(fā)電廠就是通過一系列工藝過程實現(xiàn)煤炭的化學能至電能的轉(zhuǎn)變。伴隨著這些工藝過程，會產(chǎn)生余熱、余濕及有害氣體，為避免余熱、余濕和有害氣體在室內(nèi)的積聚，對工藝設(shè)備、運行人員產(chǎn)生不利的影響，需將其排出室外。此時最直接也是最經(jīng)濟的辦法，就是進行自然通風。當不具備自然通風的條件時，就需要采用機械通風系統(tǒng)，排出室內(nèi)有害物、余熱和余濕。常用的通風方式有：自然進風、機械排風（負壓通風系統(tǒng)）；機械進風、自然排風（正壓通風系統(tǒng)）；機械進風、機械排風。

2.3 降溫通風系統(tǒng)

當機械通風系統(tǒng)不能滿足室內(nèi)環(huán)境（主要指溫度）要求時，需要利用制冷裝置對室內(nèi)循環(huán)空氣或室外進風進行降溫冷卻處理。

在電廠內(nèi)，大部分電氣設(shè)備用房如廠用配電裝置室等夏季需要的是降溫通風系統(tǒng)，而非空調(diào)系統(tǒng)，即對室內(nèi)的相對適度、工作區(qū)域的風速沒有明確的要求。

2.4 采暖系統(tǒng)

在冬季，當室外溫度較低，尤其是低于0℃時，管道或設(shè)備內(nèi)存有水時，可能會發(fā)生凍裂；或者工作人員長期停留的場所溫度過低不能滿足其基本衛(wèi)生需求，此時需要設(shè)置散熱器采暖系統(tǒng)，或利用送風加熱系統(tǒng)維持室內(nèi)溫度。當該區(qū)域夏季設(shè)有空調(diào)系統(tǒng)時，也可采用空調(diào)系統(tǒng)供熱運行滿足室內(nèi)采暖要求。

3 暖通空調(diào)設(shè)備

3.1 冷熱源設(shè)備

這里討論的冷熱源設(shè)備是指采用載冷或載熱介質(zhì)（一般采用水）進行間接冷卻或加熱的集中制冷和加熱設(shè)備。

根據(jù)驅(qū)動方式可將空調(diào)用冷水機組分為電力驅(qū)動的壓縮式制冷機組和蒸汽驅(qū)動型吸收式冷水機組；其中壓縮式冷水機組根據(jù)冷卻方式分水冷和風冷兩種機型；根據(jù)壓縮機形式分為活塞式、螺桿式、全封閉蝸輪式、離心式等機型；根據(jù)冷水機組的構(gòu)造方式分單機頭機組、多機頭機組、模塊式機組。

3.2 空氣處理設(shè)備

空氣處理設(shè)備主要指對室內(nèi)循環(huán)空氣或室外送風進行加熱、冷卻、加濕、去濕、過濾、吸附等處理的設(shè)備。根據(jù)冷熱源的供應情況可分為：直接蒸發(fā)冷卻式空氣處理設(shè)備和表面冷卻式空氣處理設(shè)備。

3.2.1 直接蒸發(fā)冷卻式空氣處理設(shè)備

直接蒸發(fā)式冷卻是指利用制冷設(shè)備的蒸發(fā)器冷卻空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)空氣。根據(jù)制冷系統(tǒng)使用的冷卻介質(zhì)不同，又可分為風冷式和水冷式兩種，按冬季供熱方式又有單冷式和熱泵式之分。直接蒸發(fā)冷卻式空氣處理設(shè)備有水/風冷恒溫恒濕空調(diào)機、屋頂式空調(diào)機、變冷劑流量分體式空調(diào)系統(tǒng)和風冷熱泵式單元空調(diào)機。

3.2.2 表冷式空調(diào)設(shè)備

表面冷卻式空調(diào)設(shè)備主要是指利用制冷站提供的空調(diào)冷水通過表面式冷卻盤管處理空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)空氣。按處理功能的不同，可分為風機盤管式空調(diào)器、柜式空調(diào)機和組合式空調(diào)機組。

4 暖通空調(diào)設(shè)備選型原則

4.1 物理分散時暖通空調(diào)系統(tǒng)的特點

物理分散式布置時，對暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)置有如下幾個方面的特點：

1）工藝布置分散，將直接導致暖通空調(diào)系統(tǒng)的數(shù)量增加。如熱控專業(yè)的電子設(shè)備間和單元控制室集中布置時，針對室內(nèi)空調(diào)負荷的特點，只需設(shè)置2套空調(diào)系統(tǒng)，分別為以人員舒適度要求的單元控制室空調(diào)系統(tǒng)和滿足電子設(shè)備間溫濕度要求的電子設(shè)備間空調(diào)系統(tǒng)，但在采用物理分散或模塊化布置時，電子設(shè)備間從原來的每臺機組一套變成了每臺機組3～4套系統(tǒng)，兩臺機組加單元控制室就成了7～9套系統(tǒng)。

2）單個空調(diào)系統(tǒng)的容量和規(guī)模減小。常規(guī)的單元控制室和電子設(shè)備間空調(diào)系統(tǒng)其制冷量大約為100～300 kW，處理風量大約為30 000～80 000 m3/h，分散布置后，每個空調(diào)系統(tǒng)的冷負荷為30～100 kW，處理風量也僅為8 000～20 000 m3/h。

3）空調(diào)系統(tǒng)的布置困難加大。當采用集中式布置時，均設(shè)置集中控制樓，為便于集中管理，將空調(diào)設(shè)備相對集中布置，可以統(tǒng)一考慮空調(diào)機房的位置。在進行分散布置時，采用的是見縫插針的布置方式，盡量壓縮主廠房的體積，因此很少考慮空調(diào)設(shè)備的布置位置。由于空調(diào)設(shè)備需要連接有壓水管，且空調(diào)設(shè)備的體積相對較大不可能進入工藝設(shè)備房內(nèi)布置，因此只能繞著工藝設(shè)備用房的周邊及屋頂尋找合適的布置位置。

4）空調(diào)系統(tǒng)的備用問題變得越來越棘手。大系統(tǒng)設(shè)備用，空調(diào)系統(tǒng)數(shù)量不多，集中起來設(shè)置備用，對工程投資的影響不是十分明顯，分散式系統(tǒng)設(shè)備用，導致兩方面的問題：一是空調(diào)設(shè)備的數(shù)量增加，給本來十分緊張的布置空間帶來更大的困難；二是設(shè)備的運行維護量增加，要保持備用設(shè)備始終處于良好的熱備用狀態(tài)，需要經(jīng)常在運行機組和備用機組之間進行切換運行。

4.2 系統(tǒng)的可靠性與維護特性

系統(tǒng)的可靠性與維護特性主要體現(xiàn)在以下兩個方面：

1）運行維護的方便性?，F(xiàn)行電廠的人員設(shè)置中沒有專業(yè)的暖通運行維護人員，空調(diào)設(shè)備的日常運行均由空調(diào)服務(wù)區(qū)域的工作人員進行操作，要求每個區(qū)域的運行人員都能詳細了解空調(diào)系統(tǒng)的特性是不現(xiàn)實也是不必要的。因此在選擇空調(diào)設(shè)備時，應選擇運行維護簡單、維護工作量小的空調(diào)設(shè)備。

2）系統(tǒng)的可靠性。電廠特別是主廠房區(qū)域是一個高溫場所，布置在這個場所的電氣、熱控等工藝的設(shè)備，不僅要承受汽機房和鍋爐房等周邊熱環(huán)境的影響，而且設(shè)備本身在工作時也發(fā)出大量的余熱。因此，在選擇空調(diào)設(shè)備時，應充分考慮周邊環(huán)境。一般說來，風冷式空調(diào)機組在這種高溫環(huán)境下，其運行的可靠性將降低，而水冷式空調(diào)機或表冷式空氣處理機組的運行情況則與周邊的環(huán)境關(guān)系不大，因此在有條件時，宜優(yōu)先選擇水冷式或表冷式空調(diào)機組。

4.3 系統(tǒng)的經(jīng)濟性

暖通空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟性應從以下幾個方面來考慮。

1）暖通空調(diào)系統(tǒng)對全廠安全生產(chǎn)的影響。暖通空調(diào)系統(tǒng)運行得好，可以有效地減少熱控、電氣設(shè)備的故障發(fā)生率，提高綜合經(jīng)濟效益。在選擇和采購暖通設(shè)備時，應更加關(guān)注其內(nèi)在的品質(zhì)，而不能一味地追求經(jīng)濟性。

2）合理的備用手段。根據(jù)《發(fā)電廠供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)條文和火力發(fā)電廠實際運行要求規(guī)定，單元控制室、電子設(shè)備間和電氣繼電器室的空氣處理設(shè)備應設(shè)置100%備用，空調(diào)用制冷和加熱裝置應考慮備用，其備用量根據(jù)設(shè)備選型不同而有所區(qū)別。對于廠用配電裝置室、UPS室、蓄電池室等采用降溫通風系統(tǒng)的房間，其降溫通風裝置可不設(shè)備用或全廠同類設(shè)備集中設(shè)置庫房備用1～2臺，利用必須設(shè)置的事故通風系統(tǒng)作為通風系統(tǒng)的備用，因為此類裝置對溫度的耐受程度在全年大部分時間依靠機械通風是能得到保證的。

3）選用設(shè)備運行的經(jīng)濟性。在選用冷水機組時，螺桿式冷水機組的制冷性能系數(shù)就要高于往復式機組；水冷式冷水機組的制冷性能系數(shù)高于風冷式機組；部分負荷性能系數(shù)同樣也很重要，因為大部分空調(diào)運行時間是設(shè)計負荷50%～75%，冷水機組的部分負荷性能系數(shù)將直接影響到系統(tǒng)的運行費用。

4）電廠綜合投資效益?？照{(diào)設(shè)備需要占據(jù)一定的建筑空間，采用室內(nèi)設(shè)備，可以適當降低空調(diào)設(shè)備的防護等級，降低空調(diào)設(shè)備投資，但相應地增加了土建工程費用；采用室外布置的設(shè)備，土建的工程投資可能降下來，但由于設(shè)備的防護等級提高，導致設(shè)備的初投資上升，運行維護費用增加（每年定期維護的工作內(nèi)容增加）。所以在選擇空調(diào)設(shè)備時，不能僅從本專業(yè)的角度考慮，同時要考慮相關(guān)專業(yè)的綜合費用。在討論系統(tǒng)的經(jīng)濟性時，還應考慮設(shè)備壽命期內(nèi)的綜合費用。

5 結(jié)論

綜合上述分析比較，針對火力發(fā)電廠主廠房的特點，暖通空調(diào)設(shè)備采用集中制冷加熱系統(tǒng)與空氣處理末端相結(jié)合的方案。