天津某厂制冷供热站设计

(中国五环工程有限公司，湖北 武汉430223)

在空调制冷设计中，溴化锂吸收式冷水机组以其适应能源广、安全可靠、性能稳定、操作维护简单等优点，在实际工程中得到越来越广泛的应用，尤其是在能源品种多、规模比较大的工业建筑中。笔者长期在化工行业设计院从事暖通空调设计工作，拟通过一个工程的设计实例，就制冷供热站的设计与同行交流探讨。

1 工程概况

该厂位于天津市滨海新区临港工业区内，是一个生产规模大、产品种类多的现代化化工厂。办公楼、食堂等服务设施采用舒适性空调系统，中央控制楼等采用工艺性空调系统，其余封闭性建筑物采用集中采暖系统。经过对每个采暖空调建筑物进行详细的冷热负荷计算，空调总冷负荷为4 800 kW，空调总热负荷为5 100kW，采暖总热负荷为11 000 kW。全厂设置一座集中制冷供热站，为各建筑物提供采暖空调冷热水，站房面积432m2，为独立建筑。

2 设计方案

根据建设方提供的全厂蒸汽平衡图，可供溴化锂冷水机组使用的热源有0.6 MPa及以下压力饱和蒸汽和462 t/h低压蒸汽冷凝液，其中包括联碱、丁辛醇、煤气化、甲醇、合成氨、聚甲醛等各装置蒸汽冷凝液。该部分冷凝液温度不尽相同，其汇总后均衡温度按100 ℃考虑，按建设方要求，需充分利用凝水废热，降低运行成本，建设方推荐首先考虑选用单效热水型机组，但该热水品质较低，经实际考察以及与有关设备厂家技术部门共同协商，在技术可行的前提下，通过加大发生器中换热盘管面积，提高热源水进出口温差能满足设备负荷要求。但该产品为非标产品，设备费用较高，今后运行的管理费用也比较高。通过经济比较，最终决定利用低品质饱和蒸汽(0.6 MPa蒸汽)作为制冷系统热源，选用蒸汽溴化锂吸收式冷水机组(双效型)作为我们的推荐方案。

2.1 蒸汽溴化锂吸收式冷水机组的特点

(1)以热能为动力，无需消耗大量的电能，且对热源要求不高，能利用各种低品位蒸汽和工厂剩余蒸汽，有利于能源的综合利用，具有很好的节能、节电效果，经济性较好。

(2) 整个机组运动部件只有功率很小的屏蔽泵，振动小，噪声低，磨损和维修量少，故障率低，运行可靠且安静平稳。

(3)机器在真空状态下运转，以溴化锂溶液为工质，无毒、无臭、无爆炸危险，对臭氧层无破坏作用，既环保，又安全。

(4)制冷量采用变频控制，调节范围广，机组可根据外界负荷变化，在10%～100%的范围内进行冷量无级调节，且保持较高的热效率。

(5)安装简单，整个机组运动部件少，机器运转时振动小，对安装基础要求较低。

(6)机组性能稳定，能适应各种外界条件变化，操作简单，维护方便，机组的维修保养工作，主要在于确保机组的密封性，维持机组内的高度真空。

考虑到溴化锂吸收式冷水机组水侧污垢系数及腐蚀等因素会造成机组制冷量的衰减，选用机组时考虑1.2倍的裕量。

采暖空调换热设备选用一套板式换热机组。板式换热器具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、应用广泛、使用寿命长等特点，在相同压力损失情况下，其传热系数比管式换热器高3～5倍，占地面积为管式换热器的1/3，热回收可高达90%以上。该项目处于寒冷地区，为保证工艺厂房设备冬季正常运行，每套换热机组换热器选用2台，每台换热器考虑70%的容量，以保证1台换热器发生故障停止运行时，另1台换热器能满足70%热负荷的需要。

制冷供热站各主要设备选型如下：2台REW083S蒸汽溴化锂吸收式冷水机组(双效型)、2台CDW-875ASY角型横流式冷却塔、3台NPG150/500-160/4冷冻水泵(2开1备)、 3台NPG300/400-132/4冷却水泵(2开1备)、1套S/Q-N-12.0采暖板式换热机组(配套板式换热器、循环水泵)、1套S/Q-K-5.6空调板式换热机组(配套板式换热器、循环水泵)及配套定压补水系统和凝结水回收器。冷冻水系统设计的供、回水温度分别为7/12 ℃，冷却水进、出水温度分别为32/37 ℃，采暖系统设计的供、回水温度分别为95/70 ℃，空调供热系统供、回水温度分别为60/50 ℃。主要设备选型见表1。

表1 主要设备选型

注：每套板式换热机组配置2台换热器，单台换热器负担70%热负荷。

2.2 制冷供热系统设计

本工程制冷系统冷冻水管路采用两管制，按季节进行供冷、供热转换，空调管路供回水管间设置电动压差旁通阀，使系统满足变流量运行；冷冻水泵和制冷机组采用一对一的方式，并且互为备用；冷却水系统为一级泵变流量系统，根据冷却塔出水温度控制冷却塔风机转速或台数。

供热系统机组主要由板式换热器、循环水泵、除污器等设备及配套阀门和控制系统组成。机组自带减压阀组、疏水阀组和自动温度控制系统，配套热水循环泵，两开一备，并配置自动控制柜，可独立自动控制。

供热系统与制冷系统共用1套定压补水系统，冬、夏季通过关闭管道上的阀门实现转换，采用变频补水泵自动补水定压；机房设置1套加药装置，系统运行初期为系统补充软化水。

制冷系统的蒸汽凝结水和换热系统的蒸汽凝结水压力不尽相同，为消除各路凝水间的相互影响，保证各种压力凝结水都能顺畅回到凝结水回收装置，各路回水先流经压力平衡器，平衡压力后排入凝结水回收装置的储罐，经凝结水泵加压回收至室外凝结水主管，部分凝结水回至补水箱，供系统补水用。

该制冷供热站设PLC控制系统1套，蒸汽及热水供水温度智能控制(智能调节器)，运行参数集中数显，根据室外温度的变化自动控制供水出水温度；空调水系统控制采用电动二通阀及在供、回水总管间设置压差旁通控制，冷、热水系统的切换采用手动控制阀在总供、回水管上进行。

2.3 制冷供热站设备布置

为了节约用地，降低投资，减小机房面积，管道布置尽量短捷，冷水机组、换热机组与水泵设置在同一机房内，控制室单独设置，机房与控制室之间设有通行门，冷水机组、换热机组采用智能化控制，在值班室设操作屏监控，必要时进行巡检，冷却塔设置在机房屋面。

站房面积综合考虑安全、设备安装、检修、维护和操作的需要，且为设备清洗或更换管束预留空间；该站房冷水机组检修时拔管空间可通过机房西面大门及外墙上开窗实现。制冷供热机房设备布置见图1。

图1 制冷供热机房设备布置

3 制冷机组运行成本比较

该制冷供热站自从开车运行以来，溴化锂冷水机组使用效果很好，节能效果明显。根据项目运行数据，现对该项目运行成本与电制冷机组作简要比较。

以每年制冷运行120 d，每天运行时间1 0 h，平均电费0.6元/(kW·h)，蒸汽使用价格80元/t计，分析制冷机组本体经济性。其中，蒸汽溴化锂吸收式冷水机组与传统电制冷机组运行成本(未包括其他附属设备)比较见表2。

表2 溴化锂冷水机组与电制冷机组运行成本比较

由表2可知，采用低品位热能的蒸汽溴化锂冷水机组节能效果明显，每年(按1 200 h，2台计算)比采用同等制冷量的电制冷的制冷站房节省33.62万元。

经过2年的运行和测试，该系统各项参数和指标合格，采暖和空调供热、制冷系统运行正常，完全能够满足设计和使用的要求。

4 结语

制冷供热站在初步设计阶段，必须经过方案比较，充分考虑各方面因素，包括初投资、能源利用、运行维护管理、环保规定、外部条件等，做到方案优、投资省、流程合理、运行简单，更节能。

蒸汽溴化锂吸收式冷水机组采用低品位热能，节能效果明显，能源综合利用率高，与同等制冷量的电制冷机组相比，更节省电能及运行费用。

制冷供热机房设备管道布置紧凑，热力流程合理顺畅，管道系统设计整齐美观，交叉少，运行维护方便。

[1]陆耀庆.实用供热空调设计手册(第二版)[M ].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[2]电子工业部第十设计研究院.空气调节设计手册(第二版)[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.