蒸汽中央空调在发电厂的应用及节能分析

摘要：本文首先分析了蒸汽中央空调制冷的原理，并结合工程实例比较分析了热电厂应用蒸汽中央空调的可行性和经济性。最后阐述了蒸汽中央空调能效高、对环境无污染，在具备集中供热条件的地方推广使用的价值。

关键词：蒸汽；中央空调；发电厂；制冷

中图分类号：TB657 文献标识码： A

前言

随着经济社会的快速发展和科技的进步，工业生产和居民生活已经普及使用各类空调器。目前，大型工矿企业和商业行政办公场所普遍使用电力制冷中央空调，但部分制冷机由于效率低和不够环保，需升级改造。火力发电厂在生产过程中产生洁净蒸汽，利用蒸汽空调进行制冷具有环保高效的优势，符合国家鼓励政策，有良好的发展前景。茂名热电厂应用蒸汽空调对中央空调进行改造，取得良好的经济效益和节能效果，值得借鉴推广。

一、蒸汽中央空调制冷原理概述

电空调主要是指采用电力为能源的制冷剂压缩循环制冷机，大致可分为房间空调器和冷水机组（中央空调），冷水机组又分为水冷式和风冷式或蒸发冷却式，前者的能效比较高，目前，电力空调的能效比可达4.0-5.0左右。电空调的冷媒氟里昂常温常压下是气体，有可能会泄漏，在机组拆解时易挥发，污染大气，难以重复利用，而且负荷变化大对供电系统要求较高。所以，电空调的能效比虽然较高，但性价比仍然不高。

蒸汽中央空调指溴化锂冷水机组，是一种洁净高效的节能空调，适合具有蒸汽或废热烟气的场所使用，其制冷剂溴化锂是类似食盐一类的无毒无害的稳定无机物，不挥发、不分解，可永久性重复使用，利用蒸汽制冷可实现零排放，综合能效利用率更高。工作原理是利用蒸汽输入热能，使发生器的溴化锂溶液加热至140℃产生水蒸气，水蒸气被冷却水冷凝成水，冷凝水进入蒸发器这个高真空环境，骤然蒸发，降温至5℃，喷洒到铜管上，使铜管内14℃的空调水降温至7℃，向中央空调用户提供冷冻水；冷凝水吸收了空调热量变为水蒸气，被来自发生器的浓溶液吸收，并将热量传递给冷却水，释放到大气中，变稀的溶液被泵到发生器，再次被加热，再次产生水蒸气，如此循环，交换热量产生冷气。

二、茂名热电厂空调改造方案设计及经济性分析

茂名热电厂位于广东省茂名市郊区，现有热电联产发电机组共3台（200MW+300MW+600MW），既可向电网供电也可向周边工业企业提供中低压蒸汽。生产车间及工作场所供冷使用多台电力中央空调，由于故障率高且制冷效果差，需进行改造。结合电厂本身具有蒸汽的优势，已逐步改造为蒸汽中央空调。

1.电厂办公楼空调改造方案

电厂办公楼及饭堂总制冷面积约7000平方米，办公楼原使用2台120匹电力水冷式中央空调，饭堂使用电力风冷式分体空调共约200匹。改造方案为：

方案A：使用一台远大BSY75一体化的蒸汽制冷机，制冷量为75万大卡（872KW），通过分水装置满足不同区域的制冷需求，替代办公楼及饭堂合计440匹电空调。蒸汽源来自电厂汽轮机后低压供热母管，排水接入化学除盐水制水入口。本方案优点众多：无噪音、无振动、可安装在地面和屋顶；无需专用机房，运输和搬运方便；耗电量小，运行费用低；工厂化设计安装调试，标准化高，故障率低；缺点主要是占地面积比模块机要大，且初始投资比电制冷机高。

方案B：使用选型为制冷量872KW电力冷水式中央空调，通过分水装置满足不同区域的制冷需求，替代办公楼及饭堂合计440匹电空调。本方案最大的优点是初始投资少，但是缺点也比较多：耗电高、运行费用高；机组设备为不同模块组装，检修维护需要不同厂家协调；水泵和冷却塔有噪音，需要专用机房，对摆放位置要求较高；制冷剂不够环保；总功率大，需改造供电系统。

2.办公楼空调改造经济性比较

改造费用方面，方案A中的设备主要是远大BYS75X一体化蒸汽制冷机，所涉及的费用主要是购置费，大约为178万元。而方案B的设备包括电制冷机、水泵、冷却风机、控制系统，以及电源系统改造，主要费用包括设备购置费70万元，以及电源系统改造及安装费48万元，总额约为118万元。相比较蒸汽制冷机初始投资多60万元。

运行费用方面，办公楼空调按每年运行300天、每天运行12小时计算。方案A的电气总功率为46.6KW，每小时满负荷蒸汽耗量为0.93吨，年运行电费约为：46.6kw×12小时/天×300天/年×0.52元/kwh×0.6（负荷调节系数）=5.23万元；年蒸汽费约为：60元/吨×0.93吨/h×12小时/天×300天/年×0.6（负荷调节系数）=12.05万，合计年运行费用为17.28万元。方案B的制冷机电气功率为192KW，年运行电费约为：192kw×12小时/天×300天/年×0.52元/kwh×0.9（负荷调节系数）=32.35万元，水泵功率为30KW、冷却塔功率7.5KW，年水泵及冷却塔耗电费用约为：（30kw×2台+7.5kw×2台）×12小时/天×300天/年×0.52元/kwh =14.04万元，方案B的合计年运行总费用约为46.39万元。相比较蒸汽中央空调年运行费用节约29.11万元。

综上两项费用比较，使用蒸汽制冷机运行费用年节约29.11万元，其初始多投资费用60万元，可在两年左右收回。而且，蒸汽制冷机的使用寿命为30年，远高于电制冷机的15年使用寿命，加上折旧和维护成本，办公楼空调改造使用蒸汽制冷机的经济性远远高于电制冷机。

3.电厂生产车间空调改造方案

茂名热电厂生产车间使用电力中央水冷空调供冷，原系统为3台324KW制冷机、2台670KW制冷机，总制冷量为2400KW左右，制冷效果及能效不理想。根据现场的实际情况，利用电厂生产中低压蒸汽的优势，对中央空调系统进行改造，使用一台远大BSY200一体化的蒸汽制冷机，替代原分散布置的5台电制冷机，热源使用汽轮机出口低压蒸汽，冷冻水通过分水装置满足不同区域的制冷需求。在空调末端设备和供冷面积不变的情况下，冷负荷确定为200万大卡（2326KW），故选用远大BSY200X一体化蒸汽制冷机。

4.生产车间空调改造经济性分析

生产车间在发电机组附近，蒸汽供热管道接入方便，在不改变空调末端的情况下，中央空调改造费用主要是远大BYS200X一体化蒸汽制冷机购置费，包括安装调试总费用约为360万元。

蒸汽中央空调运行费用包括耗电费和蒸汽费，远大BYS200X一体化蒸汽制冷机（包含水泵，水塔等）电功率为96KW，满负荷蒸汽耗量为2.48吨/小时，由于发电厂生产车间许多电子间和控制室必须全天候恒温，忽略当地冬天少数低温天气，空调必须全年365天每天24小时不间断运行。其全年运行费用为：

电费：96kw×24小时/天×365天/年×0.52元/kwh×0.6（负荷调节系数）=26.24万元，蒸汽费：60元/吨×2.48吨/小时×24小时/天×365天/年×0.6（负荷调节系数）=78.21万元，合计年运行费用约105万元。

改造前的电空调总功率为：制冷机477KW、水泵300KW、冷却塔30KW，年运行电费为：制冷机477kw×24小时/天×365天/年×0.52元/kwh×0.9（负荷调节系数）=195.55万元，水泵、冷却塔（300kw+30kw）×24小时/天×365天/年×0.52元/kwh =150.32万元，合计年运行费用约为345万元。

生产车间中央空调改造为蒸汽空调后的年运行费用节省约240万元，其改造投资360万元可在一年半左右收回，如考虑蒸汽空调使用寿命30年以及维护费只有电空调的20%左右，经济性更加明显。

三、蒸汽中央空调的其他综合优势

由于一体化蒸汽制冷机采用变频调节和自动控制蒸汽量，温度控制和调节性能要比电制冷机好很多，能紧密跟踪外界负荷的变化，自动调节主机耗汽量及水系统循环量，能节约50%左右的电能，由于远大一体化机的节电特性，在实际运行过程中，其实际消耗的电能比传统的电制冷机系统节电70%以上；主机中的蒸汽机属热交换设备，无机械磨损，故障率低，维护简便，维护费用低（仅为电制冷机的20%）；冷媒是溴化锂，属于绿色环保产品。而电制冷机会在外界负荷变化时性能变差，降低负荷时制冷系数COP变低，主机使用高速机械旋转做功，机械磨损严重，故障率高，维护保养繁杂，冷媒氟里昂有毒性，会严重破坏大气臭氧层，使用受限。

结论

综上所述，由于蒸汽中央空调具有环保节电的优势，运行及维护成本低，在发电厂等具有蒸汽热源的场所应用效益十分明显，值得大力推广。在大量用冷而供电压力大的场所使用蒸汽空调更是首选，如上海世博会场馆就全部采用蒸汽中央空调，取得很好的环保节能效果。当前，我国空气环境污染日趋严重，各地方都在大力推广区域性集中供热，热电联产发电机组利用蒸汽空调提供集中供热供冷将是最佳的选择，具有良好的推广价值。

参考文献：

[1]李新梅.小型太阳能溴化锂吸收式制冷系统的优化设计[J]. 能源研究与利用. 2006（04）.

[2]王朝晖.直燃型溴化锂吸收式制冷机组的应用[J]. 冶金动力. 2007（04）.