火力发电厂暖通空调系统研究

施 婷

（中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司， 江苏 南京 211102）

1 火力发电厂暖通系统概述

模块化的概念是将若干具有一定功能结构的单元模块，通过功能组合而成具有多重复杂功能的专用设备。模块化设计所依赖的是模块的组合，称为接口。为了保证不同功能模块的组合和相同功能模块的互换，模块应具有可组合性和可互换性两个特征，而这两个特征主要体现在接口上，必须提高其标准化、通用化、规格化的程度。

引用模块的概念，我们可以将火力发电厂主厂房区域根据功能分为锅炉、汽机、发电机、控制等模块，全厂对应于主厂房可分为送变电、给水排水、运煤、除灰等模块。模块化设计，就是将电厂设计中某些相对固定的区域，作为一个个模块，通过对每个模块可能采用的方案分别进行设计，形成一个个模块库，在后续的方案设计或施工图设计时，根据各个电厂的工艺特点，在众多的模块库中，选择适宜的模块，采用搭积木的方式，就能很快地完成方案设计和施工图设计。

物理分散布置主要指电气专业的PC、MCC等热控专业的控制设备根据就近控制的原则分散布置在主厂房各主要工艺系统附近，从而减少电缆敷设等的工作量。

火力发电厂暖通设计专业的主要设计模块为：集中制冷加热站、空调机房。此外，由于暖通专业是为工艺专业提供一个满足其设备正常运行、运行人员卫生舒适的环境，可以与工艺专业整合在一起，构成功能相对明确的模块。

2 暖通空调系统的基本形式

2.1 空气调节系统

空气调节系统是通过空气处理设备及管道输送和分布系统，对室内空气进行过滤、加热、降温、加湿、去湿处理，维持空调区域内的温度、湿度、空气流动速度和空气洁净度。

在火力发电厂中，严格说来，需要空气调节的区域并不多。目前仅限于单元控制室、电子设备间和电气继电器室等区域。

2.2 自然通风和机械通风系统

火力发电厂就是通过一系列工艺过程实现煤炭的化学能至电能的转变。伴随着这些工艺过程，会产生余热、余湿及有害气体，为避免余热、余湿和有害气体在室内的积聚，对工艺设备、运行人员产生不利的影响，需将其排出室外。此时最直接也是最经济的办法，就是进行自然通风。当不具备自然通风的条件时，就需要采用机械通风系统，排出室内有害物、余热和余湿。常用的通风方式有：自然进风、机械排风（负压通风系统）；机械进风、自然排风（正压通风系统）；机械进风、机械排风。

2.3 降温通风系统

当机械通风系统不能满足室内环境（主要指温度）要求时，需要利用制冷装置对室内循环空气或室外进风进行降温冷却处理。

在电厂内，大部分电气设备用房如厂用配电装置室等夏季需要的是降温通风系统，而非空调系统，即对室内的相对适度、工作区域的风速没有明确的要求。

2.4 采暖系统

在冬季，当室外温度较低，尤其是低于0℃时，管道或设备内存有水时，可能会发生冻裂；或者工作人员长期停留的场所温度过低不能满足其基本卫生需求，此时需要设置散热器采暖系统，或利用送风加热系统维持室内温度。当该区域夏季设有空调系统时，也可采用空调系统供热运行满足室内采暖要求。

3 暖通空调设备

3.1 冷热源设备

这里讨论的冷热源设备是指采用载冷或载热介质（一般采用水）进行间接冷却或加热的集中制冷和加热设备。

根据驱动方式可将空调用冷水机组分为电力驱动的压缩式制冷机组和蒸汽驱动型吸收式冷水机组；其中压缩式冷水机组根据冷却方式分水冷和风冷两种机型；根据压缩机形式分为活塞式、螺杆式、全封闭蜗轮式、离心式等机型；根据冷水机组的构造方式分单机头机组、多机头机组、模块式机组。

3.2 空气处理设备

空气处理设备主要指对室内循环空气或室外送风进行加热、冷却、加湿、去湿、过滤、吸附等处理的设备。根据冷热源的供应情况可分为：直接蒸发冷却式空气处理设备和表面冷却式空气处理设备。

3.2.1 直接蒸发冷却式空气处理设备

直接蒸发式冷却是指利用制冷设备的蒸发器冷却空调系统的循环空气。根据制冷系统使用的冷却介质不同，又可分为风冷式和水冷式两种，按冬季供热方式又有单冷式和热泵式之分。直接蒸发冷却式空气处理设备有水/风冷恒温恒湿空调机、屋顶式空调机、变冷剂流量分体式空调系统和风冷热泵式单元空调机。

3.2.2 表冷式空调设备

表面冷却式空调设备主要是指利用制冷站提供的空调冷水通过表面式冷却盘管处理空调系统的循环空气。按处理功能的不同，可分为风机盘管式空调器、柜式空调机和组合式空调机组。

4 暖通空调设备选型原则

4.1 物理分散时暖通空调系统的特点

物理分散式布置时，对暖通空调系统的设置有如下几个方面的特点：

1）工艺布置分散，将直接导致暖通空调系统的数量增加。如热控专业的电子设备间和单元控制室集中布置时，针对室内空调负荷的特点，只需设置2套空调系统，分别为以人员舒适度要求的单元控制室空调系统和满足电子设备间温湿度要求的电子设备间空调系统，但在采用物理分散或模块化布置时，电子设备间从原来的每台机组一套变成了每台机组3～4套系统，两台机组加单元控制室就成了7～9套系统。

2）单个空调系统的容量和规模减小。常规的单元控制室和电子设备间空调系统其制冷量大约为100～300 kW，处理风量大约为30 000～80 000 m3/h，分散布置后，每个空调系统的冷负荷为30～100 kW，处理风量也仅为8 000～20 000 m3/h。

3）空调系统的布置困难加大。当采用集中式布置时，均设置集中控制楼，为便于集中管理，将空调设备相对集中布置，可以统一考虑空调机房的位置。在进行分散布置时，采用的是见缝插针的布置方式，尽量压缩主厂房的体积，因此很少考虑空调设备的布置位置。由于空调设备需要连接有压水管，且空调设备的体积相对较大不可能进入工艺设备房内布置，因此只能绕着工艺设备用房的周边及屋顶寻找合适的布置位置。

4）空调系统的备用问题变得越来越棘手。大系统设备用，空调系统数量不多，集中起来设置备用，对工程投资的影响不是十分明显，分散式系统设备用，导致两方面的问题：一是空调设备的数量增加，给本来十分紧张的布置空间带来更大的困难；二是设备的运行维护量增加，要保持备用设备始终处于良好的热备用状态，需要经常在运行机组和备用机组之间进行切换运行。

4.2 系统的可靠性与维护特性

系统的可靠性与维护特性主要体现在以下两个方面：

1）运行维护的方便性。现行电厂的人员设置中没有专业的暖通运行维护人员，空调设备的日常运行均由空调服务区域的工作人员进行操作，要求每个区域的运行人员都能详细了解空调系统的特性是不现实也是不必要的。因此在选择空调设备时，应选择运行维护简单、维护工作量小的空调设备。

2）系统的可靠性。电厂特别是主厂房区域是一个高温场所，布置在这个场所的电气、热控等工艺的设备，不仅要承受汽机房和锅炉房等周边热环境的影响，而且设备本身在工作时也发出大量的余热。因此，在选择空调设备时，应充分考虑周边环境。一般说来，风冷式空调机组在这种高温环境下，其运行的可靠性将降低，而水冷式空调机或表冷式空气处理机组的运行情况则与周边的环境关系不大，因此在有条件时，宜优先选择水冷式或表冷式空调机组。

4.3 系统的经济性

暖通空调系统的经济性应从以下几个方面来考虑。

1）暖通空调系统对全厂安全生产的影响。暖通空调系统运行得好，可以有效地减少热控、电气设备的故障发生率，提高综合经济效益。在选择和采购暖通设备时，应更加关注其内在的品质，而不能一味地追求经济性。

2）合理的备用手段。根据《发电厂供暖通风与空气调节设计规范》的相关条文和火力发电厂实际运行要求规定，单元控制室、电子设备间和电气继电器室的空气处理设备应设置100%备用，空调用制冷和加热装置应考虑备用，其备用量根据设备选型不同而有所区别。对于厂用配电装置室、UPS室、蓄电池室等采用降温通风系统的房间，其降温通风装置可不设备用或全厂同类设备集中设置库房备用1～2台，利用必须设置的事故通风系统作为通风系统的备用，因为此类装置对温度的耐受程度在全年大部分时间依靠机械通风是能得到保证的。

3）选用设备运行的经济性。在选用冷水机组时，螺杆式冷水机组的制冷性能系数就要高于往复式机组；水冷式冷水机组的制冷性能系数高于风冷式机组；部分负荷性能系数同样也很重要，因为大部分空调运行时间是设计负荷50%～75%，冷水机组的部分负荷性能系数将直接影响到系统的运行费用。

4）电厂综合投资效益。空调设备需要占据一定的建筑空间，采用室内设备，可以适当降低空调设备的防护等级，降低空调设备投资，但相应地增加了土建工程费用；采用室外布置的设备，土建的工程投资可能降下来，但由于设备的防护等级提高，导致设备的初投资上升，运行维护费用增加（每年定期维护的工作内容增加）。所以在选择空调设备时，不能仅从本专业的角度考虑，同时要考虑相关专业的综合费用。在讨论系统的经济性时，还应考虑设备寿命期内的综合费用。

5 结论

综合上述分析比较，针对火力发电厂主厂房的特点，暖通空调设备采用集中制冷加热系统与空气处理末端相结合的方案。