（上海艾能电力工程有限公司 200023）
摘要：本文针对上海某燃气冷热电分布式能源站内的循环冷却水系统的设计方案进行探讨，在考虑布置的因素下对混合制、单元制及母管制供水系统进行方案比较，建议类似分布式能源站的循环冷却水系统宜采用混合制供水系统。
关键词：燃气冷热电分布式能源站；循环冷却水系统；混合制供水系统
Abstract: This article based on discussing the design scheme of circulating cooling water system in a CCHP in Shanghai and comparing the schemes of the mixed system,the unit system and the header system combined with layout , suggest that circulating cooling water system in a similar CCHP should adopt the mixed system of water supply.
Key words:CCHP;circulating cooling water system; mixed system of water supply
1 概述
我国过去数年来，随着以煤为主的能源结构所造成的环境污染和生态问题日益严重，对国家的可持续发展造成了巨大压力。天然气作为优质、稳定、高效、安全和低污染的清洁能源越来越受到用户的青睐，其它能源难以相比。燃气冷热电分布式能源系统具有优化能源结构、提高能源综合利用效率、经济和环境效益高、供能安全可靠性高、运行管理智能化等优点，受到国家政府的高度重视，最近几年已批准全国地区建设大量分布式能源项目。燃气冷热电分布式能源系统是指以天然气清洁能源为燃料，应用燃气轮机、燃气内燃机、微燃机等各种热动力发电机组和余热利用机组的能量转化设备，为用户提供冷、热、电的各种负荷需求的分布式供能系统。
本文以上海某旅游度假区配套建设的燃气冷热电分布式能源站的循环冷却水系统的设计方案进行探讨。该能源站为用户提供冷热电及压缩空气，本期建设5台额定出力为4.4MW的燃气内燃发电机组，站房内预留远期安装5台内燃发电机组的位置。余热利用设备采用5台3.9MW的烟气热水型溴化锂吸收式冷（热）水机组，分别与内燃机组成单元制布置。供冷调峰设备采用4台（3用1备）6.3MW的电动离心式冷水机组和2台3.2MW的电动离心式冷水机组；供热调峰设备采用2台（1用1备）7.0MW的燃气热水锅炉。蓄能设备采用1座12000m3蓄冷水罐和1座2200m3蓄热水罐。
能源站生产与办公区域由一座联合建筑构成，设计平面尺寸153m（长）×64m（宽），左侧生产区域为单层厂房，建筑高度约9.3m；右侧电控办公区域为四层综合楼，建筑高度约17.3m。厂房室内生产区域左侧布置燃气锅炉房、空压机房和水处理车间，右侧布置燃气内燃发电机房、溴化锂吸收式冷（热）水机组、电动离心式冷水机组、冷却水泵以及冷（热）媒水一次泵组、二次泵组，预留远期内燃机、溴化锂和离心式冷水机组等设备安装位置；循环水系统的冷却塔布置在生产区域的单层厂房屋顶9.0m层，预留远期冷却塔的安装位置。
2 循环冷却水系统的功能
该天然气分布式能源站的循环冷却水系统采用带有机械通风冷却塔的再循环供水系统。循环冷却水系统主要为烟气热水型溴化锂吸收式冷（热）水机组的吸收器和冷凝器提供冷却水，从而保证机组在夏季和其它季节的制冷工况下正常供冷；对于电动离心式冷水机组而言，循环水系统对其冷凝器提供冷却水，以保证机组高效运行。
与传统火电项目相比，该工程具有严格节约用地和环境噪声治理的要求，如何在满足生产工艺要求的情况下，选择安全、可靠、经济、智能的循环冷却水系统是本文要重点探讨的内容。
3 循环冷却水系统的主要形式
本工程一期安装溴化锂吸收式冷（热）水机组和离心式冷水机组总循环冷却水需水量约11000m3/h，冷却塔补给水水源取自拟建站址附近的市政自来水管网。冷却塔采用横流式机械通风冷却塔，布置在屋顶冷却塔集水池池顶。该天然气分布式能源站的循环水系统和电厂相比较，具有以下特点：①用户供冷负荷季节性和日变化波动幅度较大，造成系统冷却水泵和冷却塔开启频繁。②使用冷却水的机组数量较多，型号大小有异且类型不同。③机组名义工况下冷却水进出水温差较小,一般在5~6℃。④设计气象条件为历年平均不保证50h的干球温度和湿球温度，较电厂冷却塔设计条件严苛。⑤项目所在地靠近城市核心区域，用地指标较低，冷却塔布置在厂房屋面层，且应考虑冷却塔风机噪声治理。⑥屋面内燃机烟囱、暖通风机等热源排放点较多，冷却塔进风条件不够理想。
3.1 混合制供水系统
该文混合制供水系统系指循环冷却水泵、冷却水供水管道与单台溴化锂吸收式冷（热）水机组或离心式冷水机组成单元制布置，每台供冷机组冷却水回水管道与机械通风冷却塔采用母管制布置。系统主要流程为：冷却塔（布置在厂房屋顶）→冷却塔集水池→冷却水进水口（布置在厂房屋顶）→重力式自流引水竖管（穿过厂房屋顶进入厂房）→进水集水母管（厂房内）→进水管→循环水泵→溴化锂机组吸收器、冷凝器/离心式冷水机组冷凝器→回水管（厂房内）→回水集水母管（厂房内）→回水集水母管（厂房屋顶）→进塔回水管→冷却塔。系统图详见如下：
1）循环水泵
该项目能源站供冷对象主要为旅游度假区内的娱乐设施、酒店、零售餐饮，考虑到用户端冷负荷季节性和逐日变化较大，要求循环水系统的设计应适应机组启动简单、运行智能、经济合理等需求。该工程循环水泵紧靠零米层溴化锂吸收式冷（热）水机组和离心式冷水机组，分成两排布置在两排供冷机组中间，与对应的机组成单元制布置。首先，该方案不仅最大程度的减少机组供回水管线长度，节约管道采购安装工程费用，且可保证每台机组所需的冷却水量，避免因机组冷凝器阻力不同而出现互相“抢水”的现象，从而使机组更加安全、可靠、稳定地运行。其次，从运行管理的角度出发,该系统方便巡视人员随时查看机组与对应循环水泵现场工作情况，可在就地控制柜上实现及时发现问题和解决问题。最后，循环水泵与机组成单元制布置，使系统DCS控制逻辑简单，集控室远程控制人员可根据用户所需冷负荷大小，灵活操作供冷机组和循环水泵的运行。
2）冷却塔
据能源站最终装机规模，该循环水系统供水规模较大,为提高供水系统的安全和可靠性,考虑在9.0m层屋面设置冷却塔集水池。水池设计水深1.5m,采用现浇钢筋混凝土结构，分三格设置，池底设有连通管及分隔阀门,以实现水池同时连通和单独分格工作。集水池及冷却塔基础土建施工一次完成,预留二期冷却塔安装位置。该工程一期选用15台横流式机械通风冷却塔,单台设计冷却水量750m3/h。冷却塔单排布置在同一中心线上,塔排进风口及出风口设有噪声消声器,集水池周围设置检修走道。
项目溴化锂吸收式冷（热）水机组和离心式冷水机组的冷却水回水管道采用母管制布置,将经过机组冷凝器的高温冷却水送至机械通风冷却塔进行冷却。首先,该方案母管平行于冷却塔塔排,冷却塔进水钢管可就近从冷却水回水母管接引至塔顶配水系统,尽量减小回水管线长度,节约工程投资。与单元制系统相比较,可避免回水管线数量庞大复杂,占据屋面空间大的问题。其次,该系统冷却塔可选用同一型号塔型,避免单元制系统因不同机组所需冷却水量不同而选用较多型号,从而使冷却塔在布置上做到整齐划一,美观大方。最后,该系统冷却塔之间互为备用,可解决单台冷却塔风机故障时整个循环冷却水系统的安全运行问题。能源站可根据全年供冷负荷曲线和每天供冷负荷曲线,结合机组运行情况,确定冷却塔开启台数,实现运维人员对冷却塔的远程集中智能化控制和就地手动灵活性操作。
3.2 单元制供水系统
单元制供水系统系指循环冷却水泵、冷却水供回水管道、冷却塔与单台溴化锂吸收式冷（热）水机组或离心式冷水机组成单元制布置。首先该系统方案供回水管线数量庞大复杂,管道支吊架设置困难,使厂房内动力及控制电缆、暖通风管、消防水管等各种综合管线布置难度增加，不利于节约厂房室内和屋面空间，施工安装费用偏高；且管路穿越屋面开洞数量较多,使屋面面层防水结构工程异常繁琐，不利于能源站长期的安全运行。其次，该系统由于供冷机组种类不同，设备大小型号也有差别，所需循环冷却水水量和进出水温差有异，单元制系统要求冷却塔据机组循环水量进行匹配设计，从而使冷却塔选型大小不同，数量较多，造成屋面冷却塔布置困难，工程造价高而且不够美观。最后，单元制系统虽单台供冷机组运行安全稳定，但机组之间冷却塔和循环冷却水泵均不互为备用，安全性不高，冷却塔事故情况下须切换整套供冷机组。综上所述，笔者认为单元制供水系统更加适用于装机数量较少的天然气分布式能源站，使其系统模块化的先进性和优越性会更加凸显，且在工程实践中得到验证。
3.3 母管制供水系统
母管制供水系统系指溴化锂吸收式冷（热）水机组或离心式冷水机组的冷却水供回水管道均采用母管制布置。该系统方案循环冷却水泵可集中布置，每台水泵出水管于止回阀、电动蝶阀后接入供水母管，冷却水以支管接入各台机组，回水支管接入回水母管后送至冷却塔。当循环水泵与供水机组台数相同时，多台水泵并联系统自身能耗高，运行不够经济；当扩大单台水泵供水水量，减少水泵并联台数时，在冷负荷变化情况下，每台机组实际供给冷却水量与设计数值偏差较大，不能确保供冷机组达到额定供冷任务。另外，母管制与单元制、混合制系统相比，机组冷却水供水支管需安装电动调节阀门，使系统总体造价降低空间不大且控制较为繁琐。
3.4三种供水系统的比较
综上所述，该分布式能源站循环冷却水系统的供水系统形式有上述三种方案，各种系统方案的比较详见下表：
循环冷却水系统的供水系统比较一览表
4、结语
综上所述，对于供冷机组数量多，且种类不同的冷热电燃气分布式能源项目，循环冷却水系统宜采用混合制供水系统，不但具有单元制供水系统稳定、独立、智能运行的优点，又克服了单元制系统管路复杂，投资较高的缺点；同时发挥了母管制管路系统简单的优势，避免供冷机组水量分配不均且后期运维成本较高的不足，使系统做到扬长避短。针对上述分布式能源站中供冷机组的特点，从安全可靠、布置紧凑、运行方便、经济合理等因素综合考虑，笔者认为类似冷热电燃气分布式能源项目的循环冷却水系统宜采用混合制供水系统。
参考文献
[1]DL/T5508-2015，燃气分布式供能站设计规范[S]。
[2]CJJ 145-2010，燃气冷热电三联供工程技术规程[S]。
[3]DG/T J08-115-2008，分布式供能系统工程技术规程[S]。
[4]DL/T5339-2006，火力发电厂水工设计规范[S]。
[5]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M]。
[6]林世平.燃气冷热电分布式能源技术应用手册[M]。
论文作者:王菲磊
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
标签：冷却塔论文; 机组论文; 冷却水论文; 供水系统论文; 系统论文; 回水论文; 分布式论文; 《电力设备》2017年第34期论文;