转轮与冷冻结合除湿的防潮防结露技术研究

张润香，刘国榕

(广州捷达莱堡通用设备有限公司，广州 511450)

1 概述

东江水电厂位于湖南省资兴市境内湘江支流耒水中上游，属亚热带气候;东江大坝坝高157m，水库库容81亿m3，是一个多年调节水库。电站总装机500MW，单机为125MW，共4台机，在电网中长期担任调频调峰任务。1987年11月1﹟机投产发电，1989年8月4﹟机投产发电。多年来，空调系统一直未投入正常使用，每年的4～10月份，主厂房结露十分严重，地面、墙面、管外表面不断有结露水流出，导致发电机定子线棒端部锈蚀，供水室电气元件误动作，使正常生产受到严重影响，为此厂领导下决心解决此难题，委托捷达莱堡通用设备有限公司进行防潮防结露的技术研究。

2 电站基本气象参数及厂内热负荷

(1)电站基本室外气象参数:见表1。

表1 基本室外气象参数

(2)电站室内设计参:见表2。

表2 室内设计参数表

(3)厂内热负荷:见表3。

表3 主厂房冷负荷汇总表

3 防潮防结露方案选择

根据电站气象条件，夏季潮湿闷热，空气温度达35℃，湿度60%，此时的露点温度为28℃，而经实测机组冷却水温为12℃，这样的室外空气遇到12℃的冷表面，当然结露，遇到表面温度低于28℃的物体也会结露，东江电厂每年长达半年多的时间厂内是潮湿结露的。

为解决此问题，国内外大都采用在供、排水管道包扎隔热材料层的方法，目前国外采用代号为FONM的类似海绵的隔热材料层包扎。国内通常采用膨胀珍珠岩、玻璃丝带、塑料薄膜以及沥青包扎等，东江电厂曾与多家厂商合作，采用冷物体表面涂进口隔热材料 (美国生产)，使冷物体表面形成与空气隔离的极薄的隔热层，当时认为是一种简单美观实用的方法，但由于空气与冷物体温差太大，而水管与涂层长时间接触，最终导致涂层表面温度接近冷物体 (冷水)温度，结露照样存在;另一方法是采用内层包扎保温隔热材料，外层包扎有机玻璃钢或铝合金板，这样虽然外表面结露有所减轻，但由于不论怎样密封，都不能完全排出冷物体表面与保温层之间的湿空气及外部湿空气的进入，所以过一段时间后，启开保温层，水管表面大部分均已锈蚀，结露问题又转化成了锈蚀问题，再就是采用冷冻除湿，虽然可以解决湿度的问题，但在实际的应用中，冷冻除湿使用氟利昂制冷机组，氟利昂会污染大气，机组的维护费用较高，对于维护人员的技术水平要求也较高，随着使用年限的增长，冷冻除湿机的维护费用会大大增长，这个也是水电厂目前采用冷冻除湿的老大难问题，也造成了间接的经济损失，所以从东江电厂及其它电厂的实践中可以看出:以上各种方法均不理想，不能根本解决问题。

综合国内外的方法及东江电厂的经验，经过详细的计算论证，我们采用了良好的具有转轮除湿的厂内通风空调系统，首先对进入工作区的空气采用水库水进行初步降温去湿，然后通过转轮吸附除湿以使其露点温度接近或低于物体表面温度，从而达到从根本上消除潮湿和结露现象，厂内设备长期运行于干燥环境。同时通过对空气的处理也达到改善工作环境的目的，以使运行人员工作于舒适的环境中，提高工作效率，减少安全事故。

4 方案的实施

4.1 新风、回风参数的确定

根据前述气象参数知新风参数为:干球温度33℃，湿球温度25℃，相对湿度为54%，新风比例一般空调系统取10%～20%，本站由于厂房空间大，且主厂房4个大门 (9m×9m)数个小门无法很好地密封，即使采用大型空气幕也很难避免气流及冷量与室外的交换，所以考虑全厂采用微正压送内，加大新风比例即取新风比例为30%。在做参数设计时，考虑到室外新风与室内状态较为接近，设计进风参数按室外新风取值。

根据下述原则:

1)利用通风空调风量带走厂内余热，保证各设备发热及时带走，设备间温度恒定;

2)满足全厂各主要设备间通风换气次数的要求;

3)本送风参数合适的前提下 (露点温度低于12℃)，在各潮湿、结露场所保持适当风速(0.5m/s左右)，以保持各工作场所地环境干燥;

4)满足人体舒适的要求，即夏季温度在23～28℃，湿度在 40% ～60%之间，风速 0.2～0.5m/s;

5)尽量利用原有通风空调系统的风道、风口、接力风机等;

6)充分考虑空气处理过程中节能要求。

初步确定室内参数为:温度:20℃，湿度:60%

按可带走室内热负荷核算送风温度:16℃

送风量L由各设备间风量Li总和确定:

式中:

L=∑Li—全厂总风量;

Li—各设备间风量;

Qi—为各设备间发热量;

H1—为各设备间送风焓值;

H2—为各设备间工作点空气焓值

配合原通风空调系统气流组织，计算出全厂总风量160000m3/h，回风参数为:30℃，34%。全厂2台套空气处理机组，单套机组总送风量80000m3/h。

4.2 转轮电脑选型设计

(1)第一步:

为了充分利用东江电站低温水库水的资源，采用足够多的冷水排管 (8排高效水表冷器)，使空气与冷水进行充分的热湿交换，空气的温度、湿度由工况点A:33℃、53%处理到工况点B:14℃、95%，含水量9.43g/kg。

从i～d图上可以得出:

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

由于采用的是冷库低温水，深层水温长年处于12～13℃左右，耗能部分只是供水水泵的电功率，盘管采用高效8排冷却盘管，翅片密度为12片/吋，面风速为2.5m/s。

(2)第二步:

第一级处理后的空气 (温度 14℃，湿度95%)其中12000CMH风量通过转轮除湿，出风参数为:36℃，含水量2g/kg，与未经过转轮的68000CMH，进行混合，混合后的参数为17.3℃，含水量8.32g/kg

转轮除湿量W=1.2×12000× (9.43－2)/1000=107 kg/h

从i～d图上可以查得:转轮出风露点温度为－7.41℃，使此部分经过转轮的处理空气与未经过转轮处理的湿空气 (温度14℃，湿度95%)的状态参数进行混合，确保露点温度低于12℃，确保室内管路表面不结露。

图1 设计流程图

(3)第三步:

混合后的参数为17.3℃，含水量8.32g/kg。经第二级冷水盘管处理后的空气参数为16℃，含水量8.32g/kg，这样的空气送入工作区以带走室内的热负荷，达到室内温度为20℃的设计参数。

(4)再生设计:

再生风来自经一级盘管处理后的新风，由于采用带热回收分区的除湿转轮，4000CMH的再生风经过转轮热回收区后升温至68.5℃，回收了转轮上的热量，再经过再生电加热器升温到145℃，以达到再生温度，使转轮可连续不断地进行除湿、再生的循环。

(5)再生排风冷凝设计:

由于机房结构造成无法接风管将再生排风排至室外，故在此设计中采用了再生冷凝技术，利用东江电站低温水库水的资源，对再生排风的高温高湿空气进行冷却，湿空气中的水蒸汽冷凝后排入地沟，避免了湿空气对室内的影响。

上述处理空气的步骤为:湿空气预冷——转轮除湿——旁通混合——再降温处理

4.3 转轮系统

相关系统如图2所示。

(1)该系统流程已获取国家发明专利——再生区连通的再生排出管路上设置有再生降温除水盘管 (图2中52部件)。

(2)采用节能型转轮，分区内部通过密封装置而划分为处理区 (图2中A)、再生区 (图2中B)、热回收区 (图2中C)。

(3)系统控制和核心部件:

1)控制部分:

基本的保护功能:具有过流、短路、错相、缺相保护;具有转轮停转保护。

停机保护:再生加热器冷却至设定的保护温度后才能停止运转风机。再生电热器双重保护:再生排风管上安装缺风保护、再生加热区安装可调式的高温保护开关。

图2 系统布置图

电加热器分多级控制，最后一级采用可控硅实现无级控制，可精确有效控制再生温度，达到最佳节能效果

二级表冷器安装电动二通阀，可实现比例控制，更好地调节送风温度。

使用Siemens S7－200控制器，体积小巧、功能全面，支持PPI、MPI、自由口通讯以及Profibus DP通讯协议，具有极佳的性价比。

使用西门子彩色触摸屏，其前面板工业防护等级IP65，触摸屏上具有系统动态图，可生动地显示当前机组运行状态以及各点的温湿度值;能按需实时设定参数并存储历史数据 (运行数据及报警信息);支持密码保护。

2)核心部件

该设备的核心部件为高效硅胶转轮，其工艺是配合一种无机黏合剂，陶瓷纤维被加工成蜂巢状，在高温燃烧下，所有的有机物质被转移，然后有蜂巢基体的转轮通过聚合反应和特殊硅胶(金属硅酸盐)融合，所以SEIBU转轮不仅具有良好的抗热性，而且可以在100%RH以下任意湿度环境应用。

SEIBU转轮的表面强度远远大于国际同类产品，同时无吸湿剂流失，无毒性，无腐蚀性，确保长时间安全稳定地使用。

5 结束语

潮湿、结露问题是困扰水电厂多年的难题，各电厂积极采取各种措施如涂层、包扎等均有不同程度的弊端，东江电厂的防潮、防结露采用了转轮除湿的原理，利用东江的地下水资源，从根本上消除潮湿、结露，同时改善了电厂工作运行环境;新的通风空调系统充分利用东江电厂的冷水资源，少机械制冷量，该方法不失为一种目前比较理想的方法，愿与其它电厂共享。

［1］水力发电厂厂房采暖通风与空气调节设计规程 (DL/T5165－2002)［S］．北京:中国电力出版社，2003

［2］组合式转轮除湿机 (QB/T 4109－2010) ［S］．北京:国轻工业出版社，2011

［3］陆亚俊，马最良，邹平华.暖通空调 ［M］．北京:中国建筑工业出版社，2009

［4］张立志.除湿技术 ［M］．北京:化学工业出版社，2005