城市儲(chǔ)配站冷熱源節(jié)能設(shè)計(jì)淺析

趙安洲

（中科路恒工程設(shè)計(jì)有限公司，山西太原 030006）

0 引言

隨著我國(guó)城市燃?xì)馐聵I(yè)的快速發(fā)展，焦?fàn)t煤氣作為一種較為清潔的能源，曾經(jīng)在很多地方得到較為廣泛的應(yīng)用。而作為小時(shí)調(diào)峰的主要配套設(shè)施，儲(chǔ)配站是城市焦?fàn)t煤氣供應(yīng)中必不可少的一環(huán)，在供氣過(guò)程中發(fā)揮重要的作用[1]。焦?fàn)t煤氣是焦化廠煉焦的副產(chǎn)品，包含較多的雜質(zhì)，但是經(jīng)過(guò)脫硫、脫萘、脫苯、脫水后則成為一種較為優(yōu)質(zhì)的燃料，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。由于產(chǎn)量和自身性質(zhì)的影響，焦?fàn)t煤氣的應(yīng)用受產(chǎn)地的限制較大，一般只在焦化廠當(dāng)?shù)厥褂谩?lái)自焦化廠的焦?fàn)t煤氣一般要經(jīng)過(guò)壓縮后才能進(jìn)入城市燃?xì)夤芫W(wǎng)，但是焦?fàn)t煤氣壓縮后具有較高的溫度，這部分熱量在以往的設(shè)計(jì)過(guò)程中并沒(méi)有得到重視和有效的利用，一般直接冷后排出卻或隨著焦?fàn)t煤氣的輸送而散失在土壤中，造成較大的能量浪費(fèi)。有鑒于此，在靈石縣城東儲(chǔ)配站設(shè)計(jì)過(guò)程中，為有效利用壓縮后焦?fàn)t煤氣的高溫?zé)崃?、提高能源利用效率，針?duì)本工程的實(shí)際情況，采取相應(yīng)的措施，力爭(zhēng)達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的目的，同時(shí)能夠節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

1 工程概況

隨著靈石縣縣城的擴(kuò)容和發(fā)展，根據(jù)新的縣城總體規(guī)劃，原城東儲(chǔ)配站所處城東工業(yè)區(qū)已改變用地性質(zhì)和規(guī)劃內(nèi)容。大多數(shù)居民及公福用戶已停產(chǎn)或拆遷，取而代之的是新建體育場(chǎng)、居民高層小區(qū)、新建學(xué)校用地等。原城東儲(chǔ)配站所占區(qū)域也有了新的用地規(guī)劃，故需要對(duì)城東儲(chǔ)配站進(jìn)行遷移。

遷移后的新建儲(chǔ)配站擬建3 萬(wàn)m3螺旋濕式氣柜2 座、水封閥室、加壓機(jī)房、高低壓配電室、計(jì)量室、生產(chǎn)用房、站控室、循環(huán)水泵房、鍋爐房、值班樓、消防水池、循環(huán)水池、車(chē)庫(kù)、發(fā)電機(jī)房、雨污水池、門(mén)房等。工藝上壓縮機(jī)出口壓力為0.1MPa，設(shè)計(jì)最大總排氣能力為300m3/min。

2 工程設(shè)計(jì)內(nèi)容

（1）焦?fàn)t煤氣工藝流程：本工程氣源來(lái)自上游天星焦化廠，距新建城東儲(chǔ)配站約600m。從焦化廠來(lái)的焦?fàn)t煤氣經(jīng)進(jìn)氣水封進(jìn)入3 萬(wàn)m3低壓濕式螺旋氣柜，氣柜進(jìn)口壓力為2.0～4.0kPa。當(dāng)壓縮機(jī)啟動(dòng)后，氣柜內(nèi)的焦?fàn)t煤氣經(jīng)出氣水封到達(dá)煤氣壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮、冷卻、計(jì)量后進(jìn)入城市輸配管網(wǎng)。進(jìn)出站管線應(yīng)設(shè)置切斷閥門(mén)和絕緣法蘭[2]。

（2）壓縮機(jī)房：壓縮機(jī)房?jī)?nèi)共設(shè)計(jì)活塞式壓縮機(jī)6 臺(tái)（5 用1備），單臺(tái)壓縮機(jī)的額定排氣量為60m3/min，排氣壓力不小于50kPa 且不大于100kPa，排氣溫度為110℃。由于壓縮機(jī)出口的焦?fàn)t煤氣溫度較高，因此需要對(duì)壓縮機(jī)出口的焦?fàn)t煤氣進(jìn)行冷卻，每臺(tái)壓縮機(jī)出口配置冷卻裝置一套，單臺(tái)冷卻裝置循環(huán)水耗量為6.5m3/h，冷卻水供回水溫差為10℃。工藝上要求冷卻后的焦?fàn)t煤氣溫度應(yīng)≤60℃。根據(jù)計(jì)算公式，單臺(tái)冷卻裝置需要的冷負(fù)荷 Q1＝6.5×1000/3600×4.18×5＝37.7kW，因此工藝最大需冷量為37.7×5＝188.5kW。

（3）辦公樓：站內(nèi)有辦公樓一座，辦公樓夏季供冷冬季供熱，過(guò)渡季節(jié)即不考慮供冷也不考慮供熱，理論上以自然通風(fēng)為主解決室內(nèi)換氣及可能存在的部分冷熱負(fù)荷問(wèn)題。計(jì)算夏季最大冷負(fù)荷為94.51kW，冬季供暖熱負(fù)荷為49.26kW。

（4）冷卻機(jī)房：本工程冷卻機(jī)房設(shè)計(jì)一臺(tái)直燃型吸收式冷溫水機(jī)組，額定制冷量為300kW，額定制熱量為390kW，額定工作壓力為1.0MPa。

（5）冷卻塔：由于工藝上的冷卻裝置的存在，加上余熱的產(chǎn)生和實(shí)際冷熱負(fù)荷的需求在時(shí)間上和空間上并不是完全匹配的，有時(shí)甚至有較大的差異，因此在冷卻機(jī)房房頂上設(shè)置低噪聲橫流式冷卻塔一臺(tái)，額定冷卻水量為130t/h。

3 冷熱源節(jié)能設(shè)計(jì)方案

本工程夏季需要供冷的建構(gòu)筑物包括壓縮機(jī)房和辦公樓；其中壓縮機(jī)房冷卻裝置單臺(tái)額定耗冷量為37.7kW，使用臺(tái)數(shù)根據(jù)實(shí)際用壓縮機(jī)開(kāi)啟臺(tái)數(shù)而定，而壓縮機(jī)開(kāi)啟臺(tái)數(shù)則由實(shí)際用氣量決定；對(duì)于辦公樓，計(jì)算的最大冷負(fù)荷為94.51kW。冬季需要供冷的建構(gòu)筑物主要是壓縮機(jī)房，而辦公建筑由耗冷變?yōu)楹臒?；此時(shí)則可以利用壓縮機(jī)冷卻裝置產(chǎn)生的余熱作為辦公樓的供熱低溫?zé)嵩础?duì)于過(guò)渡季節(jié)，壓縮機(jī)房仍然消耗冷負(fù)荷，此時(shí)辦公樓既不耗冷也不耗熱，可以采用自然通風(fēng)解決局部的冷熱負(fù)荷問(wèn)題。由于辦公建筑的季節(jié)能耗性質(zhì)和能耗量不同，可以充分考慮利用現(xiàn)有能源以達(dá)到節(jié)能的目的。設(shè)計(jì)思路為：

3.1 夏季運(yùn)行措施

在夏季制冷狀態(tài)下，直燃型吸收式冷溫水機(jī)組較大負(fù)荷運(yùn)行，提供7℃的冷水，回水溫度為12℃，同時(shí)滿足辦公樓生活用冷和壓縮機(jī)房生產(chǎn)工藝用冷需要；冷卻塔不參與系統(tǒng)運(yùn)行。

為了達(dá)到節(jié)能和調(diào)節(jié)的目的，空調(diào)冷水系統(tǒng)采用一次泵變流量水系統(tǒng)，水平干管采用雙管異程式系統(tǒng)，立管采用下供下回異程式系統(tǒng)，空調(diào)水系統(tǒng)采用兩管制?？照{(diào)系統(tǒng)均采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管+新風(fēng)系統(tǒng)形式，氣流組織采用側(cè)送上回式或下送上回式。

新風(fēng)機(jī)組和空調(diào)機(jī)組水管上均設(shè)置動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，風(fēng)機(jī)盤(pán)管回水管上均設(shè)置電動(dòng)兩通閥，同時(shí)空調(diào)冷熱水供回水總管設(shè)置電動(dòng)壓差控制裝置，使冷遠(yuǎn)側(cè)水系統(tǒng)采用定流量控制。

3.2 過(guò)渡季節(jié)運(yùn)行措施

過(guò)渡季節(jié)，直燃型吸收式冷溫水機(jī)組停止運(yùn)行，冷卻塔啟動(dòng)運(yùn)行，冷卻塔進(jìn)出水溫度為37℃和32℃，用以滿足壓縮機(jī)房冷卻裝置所需冷卻水，辦公樓停止供冷供暖或供冷。

3.3 冬季運(yùn)行措施

根據(jù)靈石縣煤氣化公司提供的數(shù)據(jù)，目前縣城冬季最大氣量為10 萬(wàn)m3/d，最小小時(shí)用氣量為2400m3，因此最小情況下也需要全負(fù)荷開(kāi)啟兩臺(tái)壓縮機(jī)，則此時(shí)后冷卻器能夠提供的熱負(fù)荷為37.7kW×2400/1800＝50.3kW＞49.26kW。也就是說(shuō)在冬季冷卻裝置所能提供的最小供熱負(fù)荷也比辦公樓的最大熱負(fù)荷要大，因此完全能夠滿足辦公樓的用熱需求。因此，后冷卻器的回水多余部分則需要進(jìn)入冷卻塔冷卻后重新進(jìn)入工藝循環(huán)。尤其是夜間，辦公樓所需熱負(fù)荷更少（僅值班室有人值守），則進(jìn)入冷卻塔的循環(huán)水更多。

冬季狀態(tài)下，冷溫水機(jī)組停止運(yùn)行，壓縮機(jī)房設(shè)計(jì)供回水溫度為50℃和55℃，并將此回水一部分作為辦公樓采暖系統(tǒng)的供水和熱源，另一部分則通過(guò)冷卻塔冷卻后重新進(jìn)入工藝循環(huán)。

（4）壓縮機(jī)的變頻設(shè)計(jì)。為保證壓縮機(jī)及后冷卻器能夠在較大的工況下保持較高的效率運(yùn)行，同時(shí)也為了保證系統(tǒng)的聯(lián)合運(yùn)行效果，因此，5 臺(tái)運(yùn)行的壓縮機(jī)之中的3 臺(tái)為非變頻壓縮機(jī)（其中1 臺(tái)備用），剩余3 臺(tái)壓縮機(jī)為變頻壓縮機(jī)。在用氣量較少的時(shí)候，啟動(dòng)非變頻壓縮機(jī)運(yùn)行。當(dāng)隨著用氣量的逐漸增加，再逐臺(tái)啟動(dòng)變頻壓縮機(jī)。

4 運(yùn)行控制

（1）冷水機(jī)組、冷水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)、及其進(jìn)水電動(dòng)蝶閥應(yīng)進(jìn)行電氣聯(lián)鎖啟停，其起動(dòng)順序?yàn)槔鋮s塔進(jìn)水電動(dòng)蝶閥→冷卻水泵→冷水泵→冷卻塔風(fēng)機(jī)→冷水機(jī)組，系統(tǒng)停車(chē)時(shí)順序與上述相反。

（2）冷水系統(tǒng)采用冷量來(lái)控制冷水機(jī)組及其對(duì)應(yīng)的水泵的運(yùn)行。

（3）冷卻塔風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)則由冷卻水回水溫度控制。

（4）熱水系統(tǒng)采用熱量來(lái)控制換熱器及其對(duì)應(yīng)的水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)。

（5）本工程空調(diào)水系統(tǒng)為一次泵變水量系統(tǒng)，通過(guò)冷（熱）水供回水管間的電動(dòng)旁通閥控制冷（熱）水系統(tǒng)供回水總管的壓差，使系統(tǒng)穩(wěn)定。

（6）新風(fēng)機(jī)、空調(diào)機(jī)組的風(fēng)機(jī)、電動(dòng)水閥及電動(dòng)新風(fēng)閥應(yīng)進(jìn)行電氣聯(lián)鎖。啟動(dòng)順序?yàn)樗y→電動(dòng)新風(fēng)閥及風(fēng)機(jī)，停止時(shí)順序相反。

（7）空調(diào)處理機(jī)組設(shè)冬季盤(pán)管防凍保護(hù)控制。

（8）風(fēng)機(jī)盤(pán)管的控制由室溫調(diào)節(jié)器加風(fēng)機(jī)三速開(kāi)關(guān)及電動(dòng)兩通閥組成，電動(dòng)兩通閥采用雙位式常閉型彈簧復(fù)位。圖1 為供冷供熱原理圖，表1 為供冷供熱電動(dòng)閥門(mén)季節(jié)開(kāi)閉表。

表1 供冷供熱電動(dòng)閥門(mén)季節(jié)開(kāi)閉

圖1 供冷供熱原理

5 結(jié)論

目前，該儲(chǔ)配站已經(jīng)完全投入運(yùn)行。為檢驗(yàn)該節(jié)能設(shè)計(jì)及控制裝置在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中的效果，后期對(duì)該工程運(yùn)行進(jìn)行跟蹤了解；根據(jù)收集到的資料和運(yùn)行單位反饋的消息，該套冷熱源方案在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中運(yùn)行狀況良好，能夠最大限度合理利用生產(chǎn)過(guò)程中的余熱和冷卻塔的自然冷卻效果，具有較好的節(jié)能效果，同時(shí)也具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。