蒸發(fā)冷卻通風(fēng)降溫技術(shù)在薩拉齊發(fā)電廠變頻器室的應(yīng)用

趙宗安

摘 要：通過(guò)對(duì)薩拉齊電廠一、二次風(fēng)機(jī)變頻器室的降溫通風(fēng)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，展示了蒸發(fā)冷卻通風(fēng)降溫技術(shù)的節(jié)能特性，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析結(jié)果表明，蒸發(fā)冷卻降溫通風(fēng)系統(tǒng)在保證主機(jī)設(shè)備的正常運(yùn)行及節(jié)能方面，取得了明顯的效果。

關(guān)鍵詞：變頻器室 蒸發(fā)冷卻 降溫通風(fēng) 直接蒸發(fā) 間接蒸發(fā) 節(jié)能

中圖分類號(hào)：TU834 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）10（b）-0135-03

1 蒸發(fā)冷卻技術(shù)簡(jiǎn)介

蒸發(fā)冷卻是有效利用干空氣能的技術(shù)手段，以水為降溫工質(zhì)，在不飽和狀態(tài)的空氣中蒸發(fā)，達(dá)到冷卻空氣的目的。其中水吸收空氣的熱量而蒸發(fā)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(guò)程為等焓加濕過(guò)程。又因此過(guò)程與外界沒(méi)有熱量交換，故也稱為絕熱加濕過(guò)程，最終循環(huán)水溫將穩(wěn)定在空氣的濕球溫度上。只要空氣不是飽和的，利用循環(huán)水（或通過(guò)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(fēng)以降低室溫，這種處理空氣的方法稱為蒸發(fā)冷卻。

本文主要對(duì)薩拉齊發(fā)電廠一、二次風(fēng)機(jī)變頻器室的蒸發(fā)冷卻降溫通風(fēng)方案進(jìn)行了介紹，通過(guò)相關(guān)的測(cè)試，與機(jī)械壓縮制冷系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比分析。

2 項(xiàng)目改造設(shè)計(jì)

2.1 工程概況

神華神東電力薩拉齊發(fā)電廠工程建設(shè)規(guī)模為2×300MW亞臨界空冷發(fā)電機(jī)組，配循環(huán)流化床鍋爐， 2012年5月完成了變頻器室暖通改造設(shè)計(jì)，2013年夏天完成蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)有關(guān)測(cè)試。

2.2 當(dāng)?shù)貧庀髤?shù)及主要技術(shù)參數(shù)

夏季大氣壓：P=89060Pa；

夏季空調(diào)室外空氣計(jì)算干球溫度：tg=30.9℃；

夏季空調(diào)室外空氣計(jì)算濕球溫度：ts=21.0℃；

夏季室內(nèi)設(shè)計(jì)干球溫度：tn=35.0℃；

夏季室內(nèi)設(shè)計(jì)相對(duì)濕度：；

冬季室內(nèi)設(shè)計(jì)干球溫度：tn=5.0℃；

變頻器散熱量見表1。

2.3 蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本次變頻器改造共涉及2臺(tái)機(jī)組的一、二次風(fēng)機(jī)，其中1號(hào)機(jī)組共有兩個(gè)變頻器室，每個(gè)變頻器室設(shè)置1臺(tái)一次風(fēng)變頻器和1臺(tái)二次風(fēng)變頻器；2號(hào)機(jī)組變頻器室與此相同。以下僅以1號(hào)機(jī)組的一個(gè)變頻器室設(shè)計(jì)方案為例進(jìn)行介紹，結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀髼l件，采用一級(jí)直接蒸發(fā)冷卻方式很難達(dá)到理想效果，故本工程采用直接蒸發(fā)與間接蒸發(fā)相結(jié)合的兩級(jí)蒸發(fā)方式。間接蒸發(fā)空氣處理過(guò)程與直接蒸發(fā)空氣處理過(guò)程如圖1所示。

2.3.1 蒸發(fā)冷卻機(jī)組出口空氣溫度計(jì)算

（1）間接蒸發(fā)冷卻效率。

式中，為間接蒸發(fā)冷卻效率，此處取值0.78；

tm為間接蒸發(fā)冷卻器出口空氣干球溫度，℃。

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

（2）直接蒸發(fā)冷卻效率。

式中，為直接蒸發(fā)冷卻效率，此處值為0.74；

to為直接蒸發(fā)冷卻器出口空氣干球溫度，℃；

tms為間接蒸發(fā)冷卻器出口空氣濕球溫度，℃。

由公式（2）可得直接蒸發(fā)冷卻器出口空氣溫度to=tm-0.74（tm-tms）=20.0℃，即經(jīng)過(guò)兩級(jí)蒸發(fā)，蒸發(fā)冷卻機(jī)組出口空氣溫度為20.0℃。

2.3.2 蒸發(fā)冷卻機(jī)組送風(fēng)量及選型

如果冷卻變頻器發(fā)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(fèi)，不利于節(jié)能，另一方面變頻器室內(nèi)維持正壓的要求必然導(dǎo)致蒸發(fā)冷卻機(jī)組送風(fēng)量加大。故通過(guò)對(duì)比優(yōu)化，回收利用25%的變頻器排風(fēng)，其余75%排風(fēng)排放至室外，機(jī)組處理的顯熱量按照變頻器總發(fā)熱量的75%考慮。冬季則根據(jù)室外溫度的變化，調(diào)整風(fēng)管上風(fēng)閥的比例關(guān)系，使室內(nèi)溫度保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。據(jù)此，結(jié)合當(dāng)?shù)仂蕽駡D（見圖1），可以計(jì)算得出每個(gè)變頻器室所配蒸發(fā)冷卻機(jī)組送風(fēng)量：

式中，為蒸發(fā)冷卻機(jī)組送風(fēng)量，m3/h；

為顯熱熱量，kW；

為送回風(fēng)平均密度，取1.048kg/m3；

為空氣定壓比熱容，取1.01kJ/（kg·℃）；

為送回風(fēng)溫差，取15℃。

考慮一定的富裕系數(shù)，蒸發(fā)冷卻機(jī)組選型參數(shù)見表2。

JSZL-400-Ⅱ型蒸發(fā)冷卻機(jī)組主要由4個(gè)功能段組成，分別是初效過(guò)濾段、間接蒸發(fā)冷卻段、直接蒸發(fā)冷卻段和送風(fēng)段，結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。

2.4 系統(tǒng)控制要求

根據(jù)變頻器等電氣設(shè)備對(duì)環(huán)境條件要求及相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，變頻器室內(nèi)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(shù)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料加以調(diào)整）。蒸發(fā)冷卻降溫通風(fēng)系統(tǒng)由PLC+HMI集中控制，主要設(shè)置夏季控制模式與冬季控制模式，這兩個(gè)模式又分別具有自動(dòng)運(yùn)行模式和手動(dòng)運(yùn)行模式。

2.4.1 夏季控制模式

（1）室外溫度≥20℃時(shí)。

當(dāng)室內(nèi)溫度≥35℃時(shí)，蒸發(fā)冷卻機(jī)組、送風(fēng)系統(tǒng)以及變頻器室排風(fēng)系統(tǒng)（環(huán)境排風(fēng)設(shè)備）全部投入運(yùn)行。

室內(nèi)溫度<35℃時(shí)，蒸發(fā)冷卻機(jī)組以及變頻器室排風(fēng)系統(tǒng)（環(huán)境排風(fēng)設(shè)備）全部停止運(yùn)行或間歇性運(yùn)行。

（2）當(dāng)室外溫度<20℃時(shí)。

蒸發(fā)冷卻機(jī)組只運(yùn)行間接蒸發(fā)冷卻段，或兩級(jí)都不運(yùn)行，僅開啟蒸發(fā)冷卻機(jī)組內(nèi)的風(fēng)機(jī)，直接利用室外空氣來(lái)降低室內(nèi)溫度；變頻器室排風(fēng)系統(tǒng)（環(huán)境排風(fēng)設(shè)備）全部投入運(yùn)行。

2.4.2 冬季控制模式

當(dāng)室外溫度10℃時(shí)，進(jìn)入冬季控制模式。

此時(shí)蒸發(fā)冷卻機(jī)組停止運(yùn)行，環(huán)境排風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行。為保持室內(nèi)溫度，開啟變頻器排風(fēng)管道上的風(fēng)閥，調(diào)節(jié)此管道上的兩個(gè)風(fēng)閥比例，讓一部分熱空氣回流到室內(nèi)，提高室內(nèi)的溫度。另外，為保護(hù)機(jī)組，蒸發(fā)冷卻機(jī)組新風(fēng)進(jìn)風(fēng)閥和出風(fēng)閥自動(dòng)關(guān)閉，蒸發(fā)冷卻機(jī)組關(guān)閉所有進(jìn)水閥，開啟所有排水閥，保持循環(huán)泵和水箱、管道內(nèi)為空腔狀態(tài)。endprint

2.5 節(jié)能分析

電廠變頻器室降溫通風(fēng)系統(tǒng)的空調(diào)設(shè)備一般采用的都是機(jī)械壓縮制冷方式，如采用分體柜式空調(diào)機(jī)、風(fēng)管式空調(diào)機(jī)或風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組（冷凍水由制冷站提供）等，這種方式耗電量較大。針對(duì)本工程具體情況，若選用分體柜式空調(diào)機(jī)，則估算出的每個(gè)變頻器室空調(diào)設(shè)備用電量約為100kW，本工程改造共涉及4個(gè)變頻器室，則所需總的電負(fù)荷約為400kW。若采用前述蒸發(fā)冷卻降溫通風(fēng)方式，每個(gè)變頻器室蒸發(fā)冷卻機(jī)組實(shí)際用電量?jī)H為24.15kW，另加2臺(tái)環(huán)境風(fēng)機(jī)的用電量0.75kW，合計(jì)用電量為24.9kW，與采用分體柜式空調(diào)機(jī)方案相比，節(jié)電（4×100-4×24.9）=300.4kW，節(jié)電率300.4/400=75%，節(jié)能效果非常顯著。

3 測(cè)試分析

為驗(yàn)證采用蒸發(fā)冷卻方式對(duì)變頻器室的實(shí)際降溫通風(fēng)效果，2013年夏季對(duì)薩拉齊電廠一、二次風(fēng)機(jī)變頻器室進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。在蒸發(fā)冷卻機(jī)組內(nèi)部共設(shè)有4個(gè)測(cè)點(diǎn)（見圖2）進(jìn)行溫濕度測(cè)試，其中：1為進(jìn)風(fēng)口，2為管式間接蒸發(fā)冷卻段后，3為直接蒸發(fā)冷卻段后，4為管式間接蒸發(fā)冷卻段二次風(fēng)口，另外在室內(nèi)設(shè)置一個(gè)室內(nèi)環(huán)境溫濕度測(cè)點(diǎn)。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試，并將測(cè)試結(jié)果經(jīng)過(guò)整理，得出各測(cè)點(diǎn)溫濕度變化曲線如圖3、圖4所示。

對(duì)圖3、圖4中溫濕度曲線進(jìn)行分析，可以看出變頻器室采用蒸發(fā)冷卻機(jī)組降溫通風(fēng)后，在一天里最熱時(shí)間范圍內(nèi)，室內(nèi)環(huán)境溫度最高為29.5℃（出現(xiàn)在14：20），室內(nèi)環(huán)境溫度最低為28.8℃（出現(xiàn)在17：00），室內(nèi)相對(duì)濕度最高為54.2%（出現(xiàn)在14：40），室內(nèi)相對(duì)濕度最低為50.4%（出現(xiàn)在17：00），完全滿足設(shè)計(jì)要求。

4 研究結(jié)論

通過(guò)對(duì)變頻器室蒸發(fā)冷卻降溫通風(fēng)系統(tǒng)的分析與測(cè)試，可以得出如下結(jié)論。

（1）蒸發(fā)冷卻降溫通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能效果明顯，相比傳統(tǒng)機(jī)械制冷方式，節(jié)電約70%。

（2）蒸發(fā)冷卻降溫通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，能完全滿足室內(nèi)溫濕度的設(shè)計(jì)要求，效果良好。

此外，從本工程設(shè)計(jì)回訪來(lái)看，采用蒸發(fā)冷卻方式無(wú)論是節(jié)能還是實(shí)際效果都是不錯(cuò)，但同時(shí)也存在一些其他問(wèn)題，需要今后進(jìn)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(huán)境較差，蒸發(fā)冷卻機(jī)組過(guò)濾器容易發(fā)生堵塞，因此采用這種冷卻方式對(duì)運(yùn)行管理維護(hù)提出了更高的要求。

參考文獻(xiàn)

[1] John R，Watt PE.蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2] 黃翔.蒸發(fā)冷卻空調(diào)理論與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[3] 電力規(guī)劃總院.DL/T 5035-2016火力發(fā)電廠供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2016.endprint