火力发电厂集中控制室水源热泵空调系统设计特点

王明国　卢柏春（中南电力设计院　武汉　430071）



火力发电厂集中控制室水源热泵空调系统设计特点

王明国卢柏春
（中南电力设计院武汉430071）

【摘要】介绍了蒲圻电厂二期工程的集控室及电子设备间的水源热泵空调系统，分析了该系统的设计特点，具有推广应用的价值。

【关键词】水源热泵；冷却水系统；全空气系统；节能环保

作者（通讯作者）简介：王明国（1983.04-），男，硕士，暖通高级工程师，E-mail：cqwmg@163.com

0　引言

随着社会经济的发展，人们对节能环保的意识有了更深的理解和进一步的提高。水源热泵空调[1]作为一种环保、高效节能的空调系统正日益受到人们的重视，有着广阔的发展前景。

在火力发电厂中，冬季汽机凝汽器冷却水出水管水体温度约为18～23℃，水温高于天然水体（如江河湖海的水源）[2]，是水源热泵理想的低温热源，其性能系数COP值较高，其值可达到4.5～5.5，节能效用显著。

水源热泵系统利用凝汽器的冷却水排水的废热，将低品位的不可利用的热能转化为高品位的可以使用的热能供给电厂建筑冬季供暖，从而达到节能环保的目的。火电厂中凝汽器的冷却水是水源热泵空调系统良好的低温热源[3]。

1　工程概况

蒲圻电厂二期工程由香港华润电力控股有限公司投资建设，其全资子公司华润电力湖北有限公司为项目法人。本期容量拟按2×1000MW国产超超临界燃煤发电机组考虑，并留有再扩建的条件。

2　水源热泵空调系统设计

2.1电厂暖通系统概述

本工程地处采暖过渡区，本期工程全厂冬季不设置集中采暖系统。本期工程中央空调范围包括主厂房区域内的集中控制室及电子设备间、主厂房内需设降温通风的电气配电间及汽水取样仪表盘间、凝结水经处理控制室、直流配电室、UPS配电室等、电除尘配电间、除灰配电间、网络保护小室。

表1　各房间冷负荷统计表Table 1 Table of cooling load for some rooms

主厂房区域内的集中控制室及电子设备间采用水源热泵屋顶式空调机组水源热泵空调系统以电厂二次循环水为冷（热）源，向空调机组提供夏季/冬季运行所需的冷却水或热水，供水系统采用双管开式机械循环系统。

水源热泵空调机组所需冷却（热）水由布置在汽机房零米的空调水泵房内的4台卧式离心水泵加压后提供，在夏季，空调水泵从循环水供水母管取水，水泵将冷却水分别送至各水源热泵空调机组，经水源热泵机组使用升温后再返回至冷却塔底部水池。在每根循环水供水管上装设关断阀以利于取水切换。

在冬季，空调水泵则从汽机凝汽器出水母管取水，水泵将热水分别送至各水源热泵空调机组，经水源热泵机组使用后再返回至冷却塔底部水池。

2.2集中控制室和电子设备间空调系统

集控楼共5层，占地面积为1437.96 （52.1×27.6）m2，建筑高度为23.80m。集中控制室、电子设备间布置于集控楼17.00m层（第五层），为了满足设备及运行人员所需的室内温湿度要求[4]，根据《火力发电厂采暖通风与空气调节设计规程》规定[5,6]，集中控制室、电子设备间将分别设置一套相互独立的全空气集中空调系统[7]，即K1系统和K2系统。

K1系统所服务的区域包括：集中控制室、#3、#4机工程师室。K2系统所服务的区域包括：#3机电子设备间、#4机电子设备间及电气工程师室。各房间夏季室内设计温度25±1℃，相对湿度60±10%，冬季室内设计温度20±1℃，相对湿度60±10%。

图1　集控室、电子设备间水源热泵空调系统流程图Fig.1 Flow diagram of water-source heat pump air-conditioning water system

空调系统由屋顶式水环热泵型空调机组、送/回风管、风口、阀门以及控制系统所组成。K1系统空调机组设计选用2台，其中一台运行，一台备用。每台机组风量为35000m3/h，制冷量为209kW，制热量为240kW，辅助电加热量为20kW；K2系统空调机组设计选用2台，其中一台运行，一台备用。每台机组风量为50000m3/h，制冷量为330kW，制热量为370kW，辅助电加热量为30kW。空调机组均布置在集中控制楼屋面上，系统图如图1。

空调系统的气流流动过程：室内空气通过回风管回至空调机组，排除部分回风及补充一定量的新风，再经过过滤、加热或降温、加湿或除湿后通过送风管送回房间以维持夏季及冬季所要求的室内温湿度。

在过渡季节，空调系统可只启动风机，同时，开大新风口及排风口，将大量室外新风送入室内来维持室内温度18～25℃，这样可以大量节约能源。

为了保持室内空气的新鲜，空调系统的最小新风量将不少于送风量的比例如下：K1系统为10%，同时还将满足30m3/h·人的卫生标准，K2系统为5%，由于空调机所处地点离锅炉房较近，周围空气较脏，为此，空调系统的新风将设过滤器进行过滤处理，使之满足卫生标准。同时，为了防止灰尘渗透到室内，排风量将少于新风量以使室内正压值不低于5Pa。

3　水源热泵空调系统设计技术特点

3.1电厂循环冷却水蕴含的热能利用

冬季进入汽轮机凝汽器的循环冷却水被加热后送回冷却塔，被自然对流降温处理后，将低温水再送入凝汽器换热带走其热量[8]。采用水源热泵机组，将本来要排至大气中的热量吸收并提升来供暖，将循环水温度降低，对电厂冷却塔本身是有利的，可以减小其设备的出力。

图2　水源热泵机组回收利用循环水废热原理图Fig.2 Schematics of recycling circulating water waste heat by water-source heat pump unit

夏季运行时，水源热泵空调冷却水从电厂循环水供水母管上取水，阀门A关闭，阀门B开启。冬季运行时，水源热泵空调冷却水从电厂凝汽器出水母管上取水，阀门A开启，阀门B关闭。

冬季供热采用水源热机组与传统蒸汽换热、电加热等供暖系统形式比较，节能率达到77.74%，节能效果显著。同时，无需消耗蒸汽量，一个运行季可以节省大约4.19万元。

表2　水源热泵空调与传统热水供暖系统性能比较表Table 2 Performance comparison table between WSHP and traditional hot water heating system

3.2机组全新风运行模式对新风潜能的利用

本工程的集中控制室和电子设备间空调系统采用一次回风双风机全空气空调系统，配置如下：K1（集中控制室）系统空调机组设计选用2台，其中1台运行，1台备用。每台机组风量为35000m3/h，制冷量为209kW，制热量为240kW，辅助电加热量20kW；K2（电子设备间）系统空调机组设计选用2台，其中1台运行，1台备用。每台机组风量为50000m3/h，制冷量为330kW，制热量为370kW，辅助电加热量30kW。空调机组均布置在空调机房内（集中控制室楼上）。

本工程夏季通风室外计算温度：33.0℃；冬季通风室外计算温度：3.0℃；具有较宽裕的温度调节范围。在过渡季节，空调系统只启动送、回风机，同时，开大新风口及排风口，将大量室外新风送入室内来维持室内温度保持在18～25℃范围，可以有效改善空调区域内空气品质，大量节省空气处理所要消耗的能量。

为了保证室内温度20～25℃，保证室内温度精度为±1℃，取8℃送风温差，即送风温度约为12～17℃。即在过渡季节，每年3月、4月、10月、11月份中，当室外温度约在12～17℃的时候，开启全新风运行模式。

对于K1系统，新风量可以消除的热量范围大约为114.22～250.95kW；对于K2系统，新风量可以消除的热量范围大约为163.17～358.5kW。完全能够保证室内温度在20～25℃的范围区间。因此，这种全新风运行模式可以大量节约能源。

表3　 K1系统全新风运行模式的运行费用对比表Table 3 Comparison table of Running costs for K1 system

表4　 K2系统全新风运行模式的运行费用对比表Table 4 Comparison table of Running costs for K2 system

在过渡季节，采用全新风模式运行，集控室和电子设备间空调系统可以分别节省运行费用约为11.32万元和17.18万元，节能率都超过70%。

4　小结

（1）循环冷却水系统的节能潜力较大

水源热泵空调机组夏季可利用汽轮机凝汽器的进水作为机组冷却水，节省了空调冷却塔的费用；冬季可利用汽轮机凝汽器的冷却水出水的废热解决长期有人工作和办公区域的供暖问题，节省了采暖设备的投资。蒲圻电厂二期工程冬季工况下，经过汽轮机凝汽器换热后的循环水量约为155274m3/h，测试期间水温大约20℃左右。如此大量的循环冷却水全部加以利用，具有较大的节能潜力。

（2）全空气系统的节能潜力较大

本工程集控室、电子设备间空调采用全空气循环系统，在过渡季节，可以充分利用室外空气排出室内余热余湿，满足室内温湿度要求，从上表可以看出，节能率都超过70%，具有较大的节能性。

（3）推广应用价值

在夏热冬冷地区的火电厂，空调系统可以采用水源热泵充分吸收循环水废热进行冬季供暖，节省传统热源的消耗；采用全空气系统，在过渡季节充分利用室外新风排出室内余热余湿；在蒲圻电厂二期工程中，利用该两项技术特点，具有明显的节能效益，值得推广应用。

参考文献：

[1] GB/T19409-2003,水源热泵机组[S].北京:中国标准出版社,2000.

[2]王明国,付祥钊,王勇,等.利用长江水作水源热泵冷热源的探讨[J].暖通空调,2008,38(4):33-34.

[3]卢柏春,王明国,谢网度.水源热泵空调系统在火电厂的应用[J].暖通空调,2012,42(3):17-22.

[4] GB50019-2003,采暖通风与空气调节设计规范[S].北京:中国计划出版社,2004.

[5] DL/T5035-2004,火力发电厂采暖通风与空气调节设计技术规程[S].北京:中国电力出版社,2004.

[6]李善化,康慧,孙相军,等.火力发电厂及变电所供暖通风空调设计手册[M].北京:中国电力出版社,2000.

[7]王明国,毛永东,卢柏春,等.火力发电厂集控楼集中式空调系统设计[J].制冷与空调,2009,23(6):71-76.

[8]王明国,毛永东,卢柏春,等.火力发电厂水源热泵空调系统与传统空调系统的技术经济性比较[J].制冷与空调,2013,27(2):141-146.

Water-Source Heat Pump Air-Conditioning System
Characteristic for Central Control Room in a Fossil Fuel Power Plants

Wang Mingguo Lu Baichun
( Central Southern China Electric Power Design Institute, Wuhan, 430071 )

【Abstract】This article describes the water source heat pump air-conditioning system for central control room and electronic equipment room in Puqi Phase II Power Plant project and analyzes the design characteristic of the system. The Water source heat pump air-conditioning system has a broad application value.

【Keywords】Water-source heat pump(WSHP); Cooling water system; whole air system; energy efficiency and environmental

中图分类号TU657

文献标识码A

文章编号：1671-6612（2016）01-061-04

收稿日期：2015-03-13