城市儲配站冷熱源節能設計淺析

趙安洲

（中科路恒工程設計有限公司，山西太原 030006）

0 引言

隨著我國城市燃氣事業的快速發展，焦爐煤氣作為一種較為清潔的能源，曾經在很多地方得到較為廣泛的應用。而作為小時調峰的主要配套設施，儲配站是城市焦爐煤氣供應中必不可少的一環，在供氣過程中發揮重要的作用[1]。焦爐煤氣是焦化廠煉焦的副產品，包含較多的雜質，但是經過脫硫、脫萘、脫苯、脫水后則成為一種較為優質的燃料，具有較高的經濟價值。由于產量和自身性質的影響，焦爐煤氣的應用受產地的限制較大，一般只在焦化廠當地使用。來自焦化廠的焦爐煤氣一般要經過壓縮后才能進入城市燃氣管網，但是焦爐煤氣壓縮后具有較高的溫度，這部分熱量在以往的設計過程中并沒有得到重視和有效的利用，一般直接冷后排出卻或隨著焦爐煤氣的輸送而散失在土壤中，造成較大的能量浪費。有鑒于此，在靈石縣城東儲配站設計過程中，為有效利用壓縮后焦爐煤氣的高溫熱量、提高能源利用效率，針對本工程的實際情況，采取相應的措施，力爭達到節能運行的目的，同時能夠節省運行費用。

1 工程概況

隨著靈石縣縣城的擴容和發展，根據新的縣城總體規劃，原城東儲配站所處城東工業區已改變用地性質和規劃內容。大多數居民及公福用戶已停產或拆遷，取而代之的是新建體育場、居民高層小區、新建學校用地等。原城東儲配站所占區域也有了新的用地規劃，故需要對城東儲配站進行遷移。

遷移后的新建儲配站擬建3 萬m3螺旋濕式氣柜2 座、水封閥室、加壓機房、高低壓配電室、計量室、生產用房、站控室、循環水泵房、鍋爐房、值班樓、消防水池、循環水池、車庫、發電機房、雨污水池、門房等。工藝上壓縮機出口壓力為0.1MPa，設計最大總排氣能力為300m3/min。

2 工程設計內容

（1）焦爐煤氣工藝流程：本工程氣源來自上游天星焦化廠，距新建城東儲配站約600m。從焦化廠來的焦爐煤氣經進氣水封進入3 萬m3低壓濕式螺旋氣柜，氣柜進口壓力為2.0～4.0kPa。當壓縮機啟動后，氣柜內的焦爐煤氣經出氣水封到達煤氣壓縮機，經壓縮、冷卻、計量后進入城市輸配管網。進出站管線應設置切斷閥門和絕緣法蘭[2]。

（2）壓縮機房：壓縮機房內共設計活塞式壓縮機6 臺（5 用1備），單臺壓縮機的額定排氣量為60m3/min，排氣壓力不小于50kPa 且不大于100kPa，排氣溫度為110℃。由于壓縮機出口的焦爐煤氣溫度較高，因此需要對壓縮機出口的焦爐煤氣進行冷卻，每臺壓縮機出口配置冷卻裝置一套，單臺冷卻裝置循環水耗量為6.5m3/h，冷卻水供回水溫差為10℃。工藝上要求冷卻后的焦爐煤氣溫度應≤60℃。根據計算公式，單臺冷卻裝置需要的冷負荷 Q1＝6.5×1000/3600×4.18×5＝37.7kW，因此工藝最大需冷量為37.7×5＝188.5kW。

（3）辦公樓：站內有辦公樓一座，辦公樓夏季供冷冬季供熱，過渡季節即不考慮供冷也不考慮供熱，理論上以自然通風為主解決室內換氣及可能存在的部分冷熱負荷問題。計算夏季最大冷負荷為94.51kW，冬季供暖熱負荷為49.26kW。

（4）冷卻機房：本工程冷卻機房設計一臺直燃型吸收式冷溫水機組，額定制冷量為300kW，額定制熱量為390kW，額定工作壓力為1.0MPa。

（5）冷卻塔：由于工藝上的冷卻裝置的存在，加上余熱的產生和實際冷熱負荷的需求在時間上和空間上并不是完全匹配的，有時甚至有較大的差異，因此在冷卻機房房頂上設置低噪聲橫流式冷卻塔一臺，額定冷卻水量為130t/h。

3 冷熱源節能設計方案

本工程夏季需要供冷的建構筑物包括壓縮機房和辦公樓；其中壓縮機房冷卻裝置單臺額定耗冷量為37.7kW，使用臺數根據實際用壓縮機開啟臺數而定，而壓縮機開啟臺數則由實際用氣量決定；對于辦公樓，計算的最大冷負荷為94.51kW。冬季需要供冷的建構筑物主要是壓縮機房，而辦公建筑由耗冷變為耗熱；此時則可以利用壓縮機冷卻裝置產生的余熱作為辦公樓的供熱低溫熱源。對于過渡季節，壓縮機房仍然消耗冷負荷，此時辦公樓既不耗冷也不耗熱，可以采用自然通風解決局部的冷熱負荷問題。由于辦公建筑的季節能耗性質和能耗量不同，可以充分考慮利用現有能源以達到節能的目的。設計思路為：

3.1 夏季運行措施

在夏季制冷狀態下，直燃型吸收式冷溫水機組較大負荷運行，提供7℃的冷水，回水溫度為12℃，同時滿足辦公樓生活用冷和壓縮機房生產工藝用冷需要；冷卻塔不參與系統運行。

為了達到節能和調節的目的，空調冷水系統采用一次泵變流量水系統，水平干管采用雙管異程式系統，立管采用下供下回異程式系統，空調水系統采用兩管制。空調系統均采用風機盤管+新風系統形式，氣流組織采用側送上回式或下送上回式。

新風機組和空調機組水管上均設置動態平衡電動調節閥，風機盤管回水管上均設置電動兩通閥，同時空調冷熱水供回水總管設置電動壓差控制裝置，使冷遠側水系統采用定流量控制。

3.2 過渡季節運行措施

過渡季節，直燃型吸收式冷溫水機組停止運行，冷卻塔啟動運行，冷卻塔進出水溫度為37℃和32℃，用以滿足壓縮機房冷卻裝置所需冷卻水，辦公樓停止供冷供暖或供冷。

3.3 冬季運行措施

根據靈石縣煤氣化公司提供的數據，目前縣城冬季最大氣量為10 萬m3/d，最小小時用氣量為2400m3，因此最小情況下也需要全負荷開啟兩臺壓縮機，則此時后冷卻器能夠提供的熱負荷為37.7kW×2400/1800＝50.3kW＞49.26kW。也就是說在冬季冷卻裝置所能提供的最小供熱負荷也比辦公樓的最大熱負荷要大，因此完全能夠滿足辦公樓的用熱需求。因此，后冷卻器的回水多余部分則需要進入冷卻塔冷卻后重新進入工藝循環。尤其是夜間，辦公樓所需熱負荷更少（僅值班室有人值守），則進入冷卻塔的循環水更多。

冬季狀態下，冷溫水機組停止運行，壓縮機房設計供回水溫度為50℃和55℃，并將此回水一部分作為辦公樓采暖系統的供水和熱源，另一部分則通過冷卻塔冷卻后重新進入工藝循環。

（4）壓縮機的變頻設計。為保證壓縮機及后冷卻器能夠在較大的工況下保持較高的效率運行，同時也為了保證系統的聯合運行效果，因此，5 臺運行的壓縮機之中的3 臺為非變頻壓縮機（其中1 臺備用），剩余3 臺壓縮機為變頻壓縮機。在用氣量較少的時候，啟動非變頻壓縮機運行。當隨著用氣量的逐漸增加，再逐臺啟動變頻壓縮機。

4 運行控制

（1）冷水機組、冷水泵、冷卻水泵、冷卻塔風機、及其進水電動蝶閥應進行電氣聯鎖啟停，其起動順序為冷卻塔進水電動蝶閥→冷卻水泵→冷水泵→冷卻塔風機→冷水機組，系統停車時順序與上述相反。

（2）冷水系統采用冷量來控制冷水機組及其對應的水泵的運行。

（3）冷卻塔風機的運行臺數則由冷卻水回水溫度控制。

（4）熱水系統采用熱量來控制換熱器及其對應的水泵的運行臺數。

（5）本工程空調水系統為一次泵變水量系統，通過冷（熱）水供回水管間的電動旁通閥控制冷（熱）水系統供回水總管的壓差，使系統穩定。

（6）新風機、空調機組的風機、電動水閥及電動新風閥應進行電氣聯鎖。啟動順序為水閥→電動新風閥及風機，停止時順序相反。

（7）空調處理機組設冬季盤管防凍保護控制。

（8）風機盤管的控制由室溫調節器加風機三速開關及電動兩通閥組成，電動兩通閥采用雙位式常閉型彈簧復位。圖1 為供冷供熱原理圖，表1 為供冷供熱電動閥門季節開閉表。

表1 供冷供熱電動閥門季節開閉

圖1 供冷供熱原理

5 結論

目前，該儲配站已經完全投入運行。為檢驗該節能設計及控制裝置在實際生產運行中的效果，后期對該工程運行進行跟蹤了解；根據收集到的資料和運行單位反饋的消息，該套冷熱源方案在實際運行過程中運行狀況良好，能夠最大限度合理利用生產過程中的余熱和冷卻塔的自然冷卻效果，具有較好的節能效果，同時也具有一定的經濟效益。