湯小敏，毛永東

（中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計院有限公司，湖北 武漢 430072）

引言

本文研究對象是南昌某項目，根據(jù)項目所處情況，項目開發(fā)區(qū)有大量蒸汽供應(yīng)的要求且蒸汽波動較大，同時項目開發(fā)區(qū)內(nèi)的民用建筑有夏季供冷冬季供熱需要，且用戶端對供冷溫度有要求。蒸汽管道按用戶的設(shè)計流量設(shè)計，蒸汽波動時會導(dǎo)致流速過小，導(dǎo)致管網(wǎng)的散熱情況情況加重，冷凝水損失增加，導(dǎo)致能量損失[1]。溴化鋰吸收式制冷時，冷水溫度過低時會導(dǎo)致溴化鋰結(jié)晶，影響設(shè)備的正常運行。

本文針對上述情況，提出一種利用富余蒸汽驅(qū)動離心式冷水機(jī)組及溴化鋰吸收式冷水機(jī)組用來制取低溫水的集中供冷系統(tǒng)方案，梯級利用蒸汽制取低溫冷水[2]。

1 項目概況

項目所處南昌市某項目開發(fā)區(qū)，開發(fā)區(qū)有蒸汽供應(yīng)要需求，同時有民用的建筑集中供冷供熱需求，本章分別對蒸汽負(fù)荷及冷熱負(fù)荷情況進(jìn)行說明。

1.1 蒸汽負(fù)荷

根據(jù)南昌地區(qū)氣候條件，將時間分為供暖期、供冷期及過渡期，供暖時間為11 月15 日至2 月15 日，供冷時間一般從6 月15 到10 月31，其余時間為過渡期。

通過對項目開發(fā)區(qū)14 家工業(yè)用戶蒸汽用量進(jìn)行調(diào)研，得出不同時間典型日蒸汽逐時耗量，計算得出整個開發(fā)區(qū)不同時間的工業(yè)蒸汽負(fù)荷典型日累積負(fù)荷如下圖1。從圖1 中可以看出，項目開發(fā)區(qū)工業(yè)用戶供暖期負(fù)荷最大可達(dá)58.095 t/h，平均熱負(fù)荷36.78 t/h，最小熱負(fù)荷21.1 t/h；供冷期負(fù)荷最大可達(dá)44.4 t/h，平均負(fù)荷熱負(fù)荷24.63 t/h，最小熱負(fù)荷8.4 t/h；過濾期負(fù)荷最大可達(dá)51.6 t/h，平均負(fù)荷熱負(fù)荷29.26 t/h，最小熱負(fù)荷12.1 t/h。

1.2 冷熱負(fù)荷

民用負(fù)荷主要考慮開發(fā)區(qū)的公共建筑、商業(yè)建筑、居住建筑等負(fù)荷。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，項目處于前期階段，建筑物正在建設(shè)或仍處于方案規(guī)劃階段，因此選取區(qū)域內(nèi)典型建筑功能類型、根據(jù)國家節(jié)能規(guī)范設(shè)定典型氣象條件、建筑物使用時間表、內(nèi)部負(fù)荷強度、設(shè)備效率等，用HDY-SMAD 能耗分析軟件得出典型建筑典型設(shè)計日逐時冷熱負(fù)荷指標(biāo)，并對所有建筑負(fù)荷曲線疊加得出民用負(fù)荷，統(tǒng)計結(jié)果如下。根據(jù)圖2 可知，供暖期典型日最大負(fù)荷為30.24 MW，供冷期典型日最大負(fù)荷為54.29 MW。

2 方案介紹

2.1 方案概述

為了提高蒸汽管道的利用率，根據(jù)區(qū)域民用建筑冷熱負(fù)荷特點及周邊工業(yè)建筑蒸汽負(fù)荷情況，夏季供冷方案如下。

能源站制冷系統(tǒng)，夏季工業(yè)用汽谷段采用以蒸汽驅(qū)動壓縮式離心冷水機(jī)組與蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機(jī)組串聯(lián)方案來制備4 ℃空調(diào)冷水滿足未端冷負(fù)荷需求，同時供冷余量將蓄冷罐蓄滿。

夏季工業(yè)用汽峰段，利用蒸汽管網(wǎng)冬夏工業(yè)用汽的差額蒸汽量通過蒸汽驅(qū)動壓縮式離心冷水機(jī)組及溴化鋰機(jī)組串聯(lián)直接制取4 ℃空調(diào)冷水，其余冷負(fù)荷則利用電制冷機(jī)及蓄冷罐放冷來滿足未端需求，能源站側(cè)的冷凍水供回水設(shè)計溫度為4/13 ℃。

2.2 機(jī)組技術(shù)原理

蒸汽驅(qū)動壓縮式離心機(jī)組通過氟利昂蒸氣壓縮式制冷循環(huán)，蒸氣壓縮式制冷的工作原理是使制冷劑在壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器等熱力設(shè)備中進(jìn)行壓縮、放熱冷凝、節(jié)流和吸熱蒸發(fā)從而實現(xiàn)制冷效果。

與傳統(tǒng)的離心式冷水機(jī)組不同之處在于，蒸氣壓縮的驅(qū)動能源是蒸汽，具有一定壓力和溫度的蒸汽推動透平機(jī)做功，透平機(jī)的功率輸出給壓縮機(jī)。蒸汽型溴化鋰吸收式制冷機(jī)組制備空調(diào)冷水，溴化鋰吸收式制冷機(jī)主要由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、換熱器和循環(huán)泵等幾部分組成，蒸汽驅(qū)動壓縮式冷水機(jī)組及溴化鋰吸收式制冷原理圖詳見圖3。

2.3 夏季制冷系統(tǒng)及配置

蒸汽驅(qū)動壓縮式離心冷水機(jī)組+蒸汽型溴化鋰機(jī)組串聯(lián)系統(tǒng)，管網(wǎng)至能源站處的1.0 MPa，200 ℃蒸汽被蒸汽驅(qū)動壓縮式離心冷水機(jī)組利用制冷后變?yōu)?.4 MPa 蒸汽，背壓蒸汽進(jìn)入蒸汽型溴化鋰機(jī)組制冷后變成80 ℃冷凝水。而對于冷凍水側(cè)，13 ℃冷凍水回水首先進(jìn)入蒸汽型溴化鋰機(jī)組降溫到5.5 ℃，然后進(jìn)入蒸汽驅(qū)動壓縮式離心冷水機(jī)組產(chǎn)生4 ℃冷凍水供用用戶使用（如圖4 所示）。

能源站空調(diào)冷水系統(tǒng)主要包含蒸汽驅(qū)動壓縮式離心冷水機(jī)組、蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機(jī)組、電制冷離心式冷水機(jī)組、冷卻塔系統(tǒng)、蓄能系統(tǒng)及空調(diào)水管網(wǎng)系統(tǒng)，蓄能系統(tǒng)及空調(diào)水輸送管網(wǎng)系統(tǒng)均為供暖和供冷共用系統(tǒng)。

裝機(jī)配置采用“提高已建工業(yè)蒸汽管道夏季利用效率”原則。本方案設(shè)計制冷量3 540 kW 汽輪機(jī)驅(qū)動型離心式冷水機(jī)組1 臺，制冷量5 803 kW 蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機(jī)組3 臺，制冷量6.5 MW 的電制冷離心式冷水機(jī)組4 臺，制冷量3 MW 的電制冷離心式冷水機(jī)組1 臺。

蒸汽驅(qū)動壓縮式離心冷水機(jī)組+蒸汽型溴化鋰機(jī)組串聯(lián)系統(tǒng)的最大供冷量為20.95 MW，電制冷離心式冷水機(jī)組最大供冷量為29 MW，最大蓄冷量為4.91 MW，最大放冷量為4.34 MW，蓄冷罐的有效容積為2 400 m3，蓄冷罐總制冷量25.2 MW。

冷卻水供回水溫度設(shè)定為32 ℃/37 ℃，冷凍水溴機(jī)供回水溫度設(shè)定為5.5 ℃/13 ℃，蒸汽型離心機(jī)供回水溫度設(shè)定為4 ℃/5.5 ℃，用戶側(cè)供回水溫度4 ℃/13 ℃，蓄冷水罐進(jìn)出水溫度設(shè)定為4 ℃/13 ℃。主要工況為夏季工業(yè)用汽谷段直接供冷工況，夏季工業(yè)用汽谷段直接蓄冷工況，夏季工業(yè)用汽峰段直接供冷工況，夏季工業(yè)用汽峰段蓄冷水罐放冷工況。

從下頁圖5 可知，18：00 的負(fù)荷值最大為54.29 MW，00：00—7：00 蓄冷罐用蒸汽供冷量蓄冷，11：00—14：00 及15：00—20：00 用汽高峰段釋冷以滿足逐時負(fù)荷波動的需要。從圖中也可以看出，蒸汽供冷時蒸汽驅(qū)動壓縮式離心冷水機(jī)組+蒸汽型溴化鋰機(jī)組工況比較穩(wěn)定，設(shè)備的利用效率較高。

從下頁圖6 可知，采用蒸汽驅(qū)動壓縮式離心冷水機(jī)組+蒸汽型溴化鋰機(jī)組串聯(lián)系統(tǒng)供冷期總蒸汽耗量有明顯提升，00：00—06：00 時間段，供冷期最小蒸汽供汽量從8.9 t/h 提升至25.40 t/h，09：00—16：00的供汽量均達(dá)到管網(wǎng)的設(shè)計峰值58 t/h，相比夏季僅工業(yè)蒸汽工況，管網(wǎng)利用效率明顯提升。

對比方案夏季民用供冷由電動離心式水冷冷水機(jī)組提供，并配置部分電動離心式水冷冷水機(jī)組蓄冷，以充分利用蓄能罐，消減制冷機(jī)組裝機(jī)容量。對比方案與原機(jī)組方案不同點：單臺制冷量為4.50 MW 的蓄冷用離心式冷水機(jī)組1 臺，單臺制冷量為6.5 MW離心式冷水機(jī)組6 臺，單臺制冷量為3.0 MW 離心式冷水機(jī)組2 臺，總裝機(jī)容量49.5 MW。

3 對比分析

本文不對冬季蒸汽板換供熱系統(tǒng)進(jìn)行介紹，僅針對夏季民用供冷方案差異部分進(jìn)行介紹分析，不考慮以上兩種方案的相同部分，例如配套蒸汽管網(wǎng)、冬季供熱系統(tǒng)、蓄能系統(tǒng)、冷凍水二級管網(wǎng)系統(tǒng)的其他運行管理費用等，僅考慮兩種方案不同部分設(shè)備初投資及耗電、耗蒸汽等耗能費用方面的差異，對以上兩種制冷方案進(jìn)行對比。根據(jù)對比結(jié)果，在蒸汽價格在140 元/t 時，蒸汽驅(qū)動制冷方案初期投資高，運行費用高，技術(shù)性能指標(biāo)不占優(yōu)，系統(tǒng)控制運行維護(hù)較復(fù)雜，但蒸汽驅(qū)動制冷系統(tǒng)提高蒸汽管網(wǎng)的利用率，有利用蒸汽管道的長期運行。該方案在蒸汽價格較低時仍是一種可以考慮的供冷方案。