火力發電廠暖通空調系統研究

施 婷

（中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司， 江蘇 南京 211102）

1 火力發電廠暖通系統概述

模塊化的概念是將若干具有一定功能結構的單元模塊，通過功能組合而成具有多重復雜功能的專用設備。模塊化設計所依賴的是模塊的組合，稱為接口。為了保證不同功能模塊的組合和相同功能模塊的互換，模塊應具有可組合性和可互換性兩個特征，而這兩個特征主要體現在接口上，必須提高其標準化、通用化、規格化的程度。

引用模塊的概念，我們可以將火力發電廠主廠房區域根據功能分為鍋爐、汽機、發電機、控制等模塊，全廠對應于主廠房可分為送變電、給水排水、運煤、除灰等模塊。模塊化設計，就是將電廠設計中某些相對固定的區域，作為一個個模塊，通過對每個模塊可能采用的方案分別進行設計，形成一個個模塊庫，在后續的方案設計或施工圖設計時，根據各個電廠的工藝特點，在眾多的模塊庫中，選擇適宜的模塊，采用搭積木的方式，就能很快地完成方案設計和施工圖設計。

物理分散布置主要指電氣專業的PC、MCC等熱控專業的控制設備根據就近控制的原則分散布置在主廠房各主要工藝系統附近，從而減少電纜敷設等的工作量。

火力發電廠暖通設計專業的主要設計模塊為：集中制冷加熱站、空調機房。此外，由于暖通專業是為工藝專業提供一個滿足其設備正常運行、運行人員衛生舒適的環境，可以與工藝專業整合在一起，構成功能相對明確的模塊。

2 暖通空調系統的基本形式

2.1 空氣調節系統

空氣調節系統是通過空氣處理設備及管道輸送和分布系統，對室內空氣進行過濾、加熱、降溫、加濕、去濕處理，維持空調區域內的溫度、濕度、空氣流動速度和空氣潔凈度。

在火力發電廠中，嚴格說來，需要空氣調節的區域并不多。目前僅限于單元控制室、電子設備間和電氣繼電器室等區域。

2.2 自然通風和機械通風系統

火力發電廠就是通過一系列工藝過程實現煤炭的化學能至電能的轉變。伴隨著這些工藝過程，會產生余熱、余濕及有害氣體，為避免余熱、余濕和有害氣體在室內的積聚，對工藝設備、運行人員產生不利的影響，需將其排出室外。此時最直接也是最經濟的辦法，就是進行自然通風。當不具備自然通風的條件時，就需要采用機械通風系統，排出室內有害物、余熱和余濕。常用的通風方式有：自然進風、機械排風（負壓通風系統）；機械進風、自然排風（正壓通風系統）；機械進風、機械排風。

2.3 降溫通風系統

當機械通風系統不能滿足室內環境（主要指溫度）要求時，需要利用制冷裝置對室內循環空氣或室外進風進行降溫冷卻處理。

在電廠內，大部分電氣設備用房如廠用配電裝置室等夏季需要的是降溫通風系統，而非空調系統，即對室內的相對適度、工作區域的風速沒有明確的要求。

2.4 采暖系統

在冬季，當室外溫度較低，尤其是低于0℃時，管道或設備內存有水時，可能會發生凍裂；或者工作人員長期停留的場所溫度過低不能滿足其基本衛生需求，此時需要設置散熱器采暖系統，或利用送風加熱系統維持室內溫度。當該區域夏季設有空調系統時，也可采用空調系統供熱運行滿足室內采暖要求。

3 暖通空調設備

3.1 冷熱源設備

這里討論的冷熱源設備是指采用載冷或載熱介質（一般采用水）進行間接冷卻或加熱的集中制冷和加熱設備。

根據驅動方式可將空調用冷水機組分為電力驅動的壓縮式制冷機組和蒸汽驅動型吸收式冷水機組；其中壓縮式冷水機組根據冷卻方式分水冷和風冷兩種機型；根據壓縮機形式分為活塞式、螺桿式、全封閉蝸輪式、離心式等機型；根據冷水機組的構造方式分單機頭機組、多機頭機組、模塊式機組。

3.2 空氣處理設備

空氣處理設備主要指對室內循環空氣或室外送風進行加熱、冷卻、加濕、去濕、過濾、吸附等處理的設備。根據冷熱源的供應情況可分為：直接蒸發冷卻式空氣處理設備和表面冷卻式空氣處理設備。

3.2.1 直接蒸發冷卻式空氣處理設備

直接蒸發式冷卻是指利用制冷設備的蒸發器冷卻空調系統的循環空氣。根據制冷系統使用的冷卻介質不同，又可分為風冷式和水冷式兩種，按冬季供熱方式又有單冷式和熱泵式之分。直接蒸發冷卻式空氣處理設備有水/風冷恒溫恒濕空調機、屋頂式空調機、變冷劑流量分體式空調系統和風冷熱泵式單元空調機。

3.2.2 表冷式空調設備

表面冷卻式空調設備主要是指利用制冷站提供的空調冷水通過表面式冷卻盤管處理空調系統的循環空氣。按處理功能的不同，可分為風機盤管式空調器、柜式空調機和組合式空調機組。

4 暖通空調設備選型原則

4.1 物理分散時暖通空調系統的特點

物理分散式布置時，對暖通空調系統的設置有如下幾個方面的特點：

1）工藝布置分散，將直接導致暖通空調系統的數量增加。如熱控專業的電子設備間和單元控制室集中布置時，針對室內空調負荷的特點，只需設置2套空調系統，分別為以人員舒適度要求的單元控制室空調系統和滿足電子設備間溫濕度要求的電子設備間空調系統，但在采用物理分散或模塊化布置時，電子設備間從原來的每臺機組一套變成了每臺機組3～4套系統，兩臺機組加單元控制室就成了7～9套系統。

2）單個空調系統的容量和規模減小。常規的單元控制室和電子設備間空調系統其制冷量大約為100～300 kW，處理風量大約為30 000～80 000 m3/h，分散布置后，每個空調系統的冷負荷為30～100 kW，處理風量也僅為8 000～20 000 m3/h。

3）空調系統的布置困難加大。當采用集中式布置時，均設置集中控制樓，為便于集中管理，將空調設備相對集中布置，可以統一考慮空調機房的位置。在進行分散布置時，采用的是見縫插針的布置方式，盡量壓縮主廠房的體積，因此很少考慮空調設備的布置位置。由于空調設備需要連接有壓水管，且空調設備的體積相對較大不可能進入工藝設備房內布置，因此只能繞著工藝設備用房的周邊及屋頂尋找合適的布置位置。

4）空調系統的備用問題變得越來越棘手。大系統設備用，空調系統數量不多，集中起來設置備用，對工程投資的影響不是十分明顯，分散式系統設備用，導致兩方面的問題：一是空調設備的數量增加，給本來十分緊張的布置空間帶來更大的困難；二是設備的運行維護量增加，要保持備用設備始終處于良好的熱備用狀態，需要經常在運行機組和備用機組之間進行切換運行。

4.2 系統的可靠性與維護特性

系統的可靠性與維護特性主要體現在以下兩個方面：

1）運行維護的方便性。現行電廠的人員設置中沒有專業的暖通運行維護人員，空調設備的日常運行均由空調服務區域的工作人員進行操作，要求每個區域的運行人員都能詳細了解空調系統的特性是不現實也是不必要的。因此在選擇空調設備時，應選擇運行維護簡單、維護工作量小的空調設備。

2）系統的可靠性。電廠特別是主廠房區域是一個高溫場所，布置在這個場所的電氣、熱控等工藝的設備，不僅要承受汽機房和鍋爐房等周邊熱環境的影響，而且設備本身在工作時也發出大量的余熱。因此，在選擇空調設備時，應充分考慮周邊環境。一般說來，風冷式空調機組在這種高溫環境下，其運行的可靠性將降低，而水冷式空調機或表冷式空氣處理機組的運行情況則與周邊的環境關系不大，因此在有條件時，宜優先選擇水冷式或表冷式空調機組。

4.3 系統的經濟性

暖通空調系統的經濟性應從以下幾個方面來考慮。

1）暖通空調系統對全廠安全生產的影響。暖通空調系統運行得好，可以有效地減少熱控、電氣設備的故障發生率，提高綜合經濟效益。在選擇和采購暖通設備時，應更加關注其內在的品質，而不能一味地追求經濟性。

2）合理的備用手段。根據《發電廠供暖通風與空氣調節設計規范》的相關條文和火力發電廠實際運行要求規定，單元控制室、電子設備間和電氣繼電器室的空氣處理設備應設置100%備用，空調用制冷和加熱裝置應考慮備用，其備用量根據設備選型不同而有所區別。對于廠用配電裝置室、UPS室、蓄電池室等采用降溫通風系統的房間，其降溫通風裝置可不設備用或全廠同類設備集中設置庫房備用1～2臺，利用必須設置的事故通風系統作為通風系統的備用，因為此類裝置對溫度的耐受程度在全年大部分時間依靠機械通風是能得到保證的。

3）選用設備運行的經濟性。在選用冷水機組時，螺桿式冷水機組的制冷性能系數就要高于往復式機組；水冷式冷水機組的制冷性能系數高于風冷式機組；部分負荷性能系數同樣也很重要，因為大部分空調運行時間是設計負荷50%～75%，冷水機組的部分負荷性能系數將直接影響到系統的運行費用。

4）電廠綜合投資效益。空調設備需要占據一定的建筑空間，采用室內設備，可以適當降低空調設備的防護等級，降低空調設備投資，但相應地增加了土建工程費用；采用室外布置的設備，土建的工程投資可能降下來，但由于設備的防護等級提高，導致設備的初投資上升，運行維護費用增加（每年定期維護的工作內容增加）。所以在選擇空調設備時，不能僅從本專業的角度考慮，同時要考慮相關專業的綜合費用。在討論系統的經濟性時，還應考慮設備壽命期內的綜合費用。

5 結論

綜合上述分析比較，針對火力發電廠主廠房的特點，暖通空調設備采用集中制冷加熱系統與空氣處理末端相結合的方案。