蒸發冷卻通風降溫技術在薩拉齊發電廠變頻器室的應用

趙宗安

摘 要：通過對薩拉齊電廠一、二次風機變頻器室的降溫通風設計及現場測試，展示了蒸發冷卻通風降溫技術的節能特性，現場測試分析結果表明，蒸發冷卻降溫通風系統在保證主機設備的正常運行及節能方面，取得了明顯的效果。

關鍵詞：變頻器室 蒸發冷卻 降溫通風 直接蒸發 間接蒸發 節能

中圖分類號：TU834 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（b）-0135-03

1 蒸發冷卻技術簡介

蒸發冷卻是有效利用干空氣能的技術手段，以水為降溫工質，在不飽和狀態的空氣中蒸發，達到冷卻空氣的目的。其中水吸收空氣的熱量而蒸發為水蒸氣，空氣失掉顯熱量，溫度降低，水蒸氣到空氣中使空氣含濕量增加，潛熱量也增加。由于空氣失掉顯熱，得到潛熱，空氣焓值基本不變，所以稱此過程為等焓加濕過程。又因此過程與外界沒有熱量交換，故也稱為絕熱加濕過程，最終循環水溫將穩定在空氣的濕球溫度上。只要空氣不是飽和的，利用循環水（或通過填料層）噴淋空氣就可以獲得降溫的效果。將冷卻后的空氣作為送風以降低室溫，這種處理空氣的方法稱為蒸發冷卻。

本文主要對薩拉齊發電廠一、二次風機變頻器室的蒸發冷卻降溫通風方案進行了介紹，通過相關的測試，與機械壓縮制冷系統進行了對比分析。

2 項目改造設計

2.1 工程概況

神華神東電力薩拉齊發電廠工程建設規模為2×300MW亞臨界空冷發電機組，配循環流化床鍋爐， 2012年5月完成了變頻器室暖通改造設計，2013年夏天完成蒸發冷卻系統有關測試。

2.2 當地氣象參數及主要技術參數

夏季大氣壓：P=89060Pa；

夏季空調室外空氣計算干球溫度：tg=30.9℃；

夏季空調室外空氣計算濕球溫度：ts=21.0℃；

夏季室內設計干球溫度：tn=35.0℃；

夏季室內設計相對濕度：；

冬季室內設計干球溫度：tn=5.0℃；

變頻器散熱量見表1。

2.3 蒸發冷卻系統設計方案

本次變頻器改造共涉及2臺機組的一、二次風機，其中1號機組共有兩個變頻器室，每個變頻器室設置1臺一次風變頻器和1臺二次風變頻器；2號機組變頻器室與此相同。以下僅以1號機組的一個變頻器室設計方案為例進行介紹，結合當地氣象條件，采用一級直接蒸發冷卻方式很難達到理想效果，故本工程采用直接蒸發與間接蒸發相結合的兩級蒸發方式。間接蒸發空氣處理過程與直接蒸發空氣處理過程如圖1所示。

2.3.1 蒸發冷卻機組出口空氣溫度計算

（1）間接蒸發冷卻效率。

式中，為間接蒸發冷卻效率，此處取值0.78；

tm為間接蒸發冷卻器出口空氣干球溫度，℃。

由公式（1）可得間接蒸發冷卻器出口空氣溫度tm=tg-0.78（tg-ts）=23.2℃。

（2）直接蒸發冷卻效率。

式中，為直接蒸發冷卻效率，此處值為0.74；

to為直接蒸發冷卻器出口空氣干球溫度，℃；

tms為間接蒸發冷卻器出口空氣濕球溫度，℃。

由公式（2）可得直接蒸發冷卻器出口空氣溫度to=tm-0.74（tm-tms）=20.0℃，即經過兩級蒸發，蒸發冷卻機組出口空氣溫度為20.0℃。

2.3.2 蒸發冷卻機組送風量及選型

如果冷卻變頻器發熱元件后的熱空氣全部排放到室外，一方面造成不必要的浪費，不利于節能，另一方面變頻器室內維持正壓的要求必然導致蒸發冷卻機組送風量加大。故通過對比優化，回收利用25%的變頻器排風，其余75%排風排放至室外，機組處理的顯熱量按照變頻器總發熱量的75%考慮。冬季則根據室外溫度的變化，調整風管上風閥的比例關系，使室內溫度保持在規定的范圍內。據此，結合當地焓濕圖（見圖1），可以計算得出每個變頻器室所配蒸發冷卻機組送風量：

式中，為蒸發冷卻機組送風量，m3/h；

為顯熱熱量，kW；

為送回風平均密度，取1.048kg/m3；

為空氣定壓比熱容，取1.01kJ/（kg·℃）；

為送回風溫差，取15℃。

考慮一定的富裕系數，蒸發冷卻機組選型參數見表2。

JSZL-400-Ⅱ型蒸發冷卻機組主要由4個功能段組成，分別是初效過濾段、間接蒸發冷卻段、直接蒸發冷卻段和送風段，結構形式如圖2所示。

2.4 系統控制要求

根據變頻器等電氣設備對環境條件要求及相關規范的規定，變頻器室內夏季溫度控制在35℃以下，冬季室溫維持在5℃以上（具體控制參數應根據當地氣象資料加以調整）。蒸發冷卻降溫通風系統由PLC+HMI集中控制，主要設置夏季控制模式與冬季控制模式，這兩個模式又分別具有自動運行模式和手動運行模式。

2.4.1 夏季控制模式

（1）室外溫度≥20℃時。

當室內溫度≥35℃時，蒸發冷卻機組、送風系統以及變頻器室排風系統（環境排風設備）全部投入運行。

室內溫度<35℃時，蒸發冷卻機組以及變頻器室排風系統（環境排風設備）全部停止運行或間歇性運行。

（2）當室外溫度<20℃時。

蒸發冷卻機組只運行間接蒸發冷卻段，或兩級都不運行，僅開啟蒸發冷卻機組內的風機，直接利用室外空氣來降低室內溫度；變頻器室排風系統（環境排風設備）全部投入運行。

2.4.2 冬季控制模式

當室外溫度10℃時，進入冬季控制模式。

此時蒸發冷卻機組停止運行，環境排風機停止運行。為保持室內溫度，開啟變頻器排風管道上的風閥，調節此管道上的兩個風閥比例，讓一部分熱空氣回流到室內，提高室內的溫度。另外，為保護機組，蒸發冷卻機組新風進風閥和出風閥自動關閉，蒸發冷卻機組關閉所有進水閥，開啟所有排水閥，保持循環泵和水箱、管道內為空腔狀態。endprint

2.5 節能分析

電廠變頻器室降溫通風系統的空調設備一般采用的都是機械壓縮制冷方式，如采用分體柜式空調機、風管式空調機或風機盤管機組（冷凍水由制冷站提供）等，這種方式耗電量較大。針對本工程具體情況，若選用分體柜式空調機，則估算出的每個變頻器室空調設備用電量約為100kW，本工程改造共涉及4個變頻器室，則所需總的電負荷約為400kW。若采用前述蒸發冷卻降溫通風方式，每個變頻器室蒸發冷卻機組實際用電量僅為24.15kW，另加2臺環境風機的用電量0.75kW，合計用電量為24.9kW，與采用分體柜式空調機方案相比，節電（4×100-4×24.9）=300.4kW，節電率300.4/400=75%，節能效果非常顯著。

3 測試分析

為驗證采用蒸發冷卻方式對變頻器室的實際降溫通風效果，2013年夏季對薩拉齊電廠一、二次風機變頻器室進行了現場測試。在蒸發冷卻機組內部共設有4個測點（見圖2）進行溫濕度測試，其中：1為進風口，2為管式間接蒸發冷卻段后，3為直接蒸發冷卻段后，4為管式間接蒸發冷卻段二次風口，另外在室內設置一個室內環境溫濕度測點。

經過現場實際測試，并將測試結果經過整理，得出各測點溫濕度變化曲線如圖3、圖4所示。

對圖3、圖4中溫濕度曲線進行分析，可以看出變頻器室采用蒸發冷卻機組降溫通風后，在一天里最熱時間范圍內，室內環境溫度最高為29.5℃（出現在14：20），室內環境溫度最低為28.8℃（出現在17：00），室內相對濕度最高為54.2%（出現在14：40），室內相對濕度最低為50.4%（出現在17：00），完全滿足設計要求。

4 研究結論

通過對變頻器室蒸發冷卻降溫通風系統的分析與測試，可以得出如下結論。

（1）蒸發冷卻降溫通風系統節能效果明顯，相比傳統機械制冷方式，節電約70%。

（2）蒸發冷卻降溫通風系統運行時，能完全滿足室內溫濕度的設計要求，效果良好。

此外，從本工程設計回訪來看，采用蒸發冷卻方式無論是節能還是實際效果都是不錯，但同時也存在一些其他問題，需要今后進一步改善。例如，本工程變頻器室緊靠著電廠鍋爐房布置，周圍環境較差，蒸發冷卻機組過濾器容易發生堵塞，因此采用這種冷卻方式對運行管理維護提出了更高的要求。

參考文獻

[1] John R，Watt PE.蒸發冷卻空調技術手冊[M].北京：機械工業出版社，2008.

[2] 黃翔.蒸發冷卻空調理論與應用[M].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[3] 電力規劃總院.DL/T 5035-2016火力發電廠供暖通風與空氣調節設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2016.endprint