热泵房冬季施工临时供暖方案探讨

于海洪，石会群，刘继亮

（1.河北省电力勘测设计研究院，河北石家庄 050031；2.张家口市维佳工程设计咨询有限公司，河北张家口 075000）

在火力发电厂生产过程中，蒸汽发电后的乏汽含有大量的余热，需采用冷却水进行冷却以便生产过程的延续，造成发电过程一次能源利用率较低。近年来，吸收式热泵余热回收技术得到广泛关注并在热电厂得到推广应用，实现了良好的社会效益和经济效益。热泵供热项目一般当年开工建设，当年冬季进行调试并投产，否则其调试期须推迟到下一个采暖季进行，严重影响经济效益。在当年调试期内热泵房维护结构一般不完善，热泵设备调试初期需进行抽真空、溶液灌注等工作，耗时较长。在启动初期，热泵升负荷的过程也比较缓慢，热泵房热车间特性无法在调试期起到作用，系统面临防冻、防寒的需求，由于电厂热泵房形体较大，在调试期维护结构尚不完善，一般的热水采暖系统不能满足要求，临时供暖问题十分突出。

对热泵房调试期的供暖，需着重解决如下问题。

1）热泵房为10m高，空间较大，其容积为14 414m3，计算热负荷高达600kW，能耗很大。

2）维护结构不完善，未封闭孔洞较多，大量冷风侵入，极易造成管道冻结，如采用散热器采暖系统，采暖系统也面临冻结危险。

热泵供热项目的驱动蒸汽一般取自汽机房采暖抽汽，因此，热泵房一般比邻汽机房，汽机房为热车间，其室内热空气如能应用于热泵房临时供暖，既可节约大量采暖热能，又能较好地满足热泵房防冻、防寒的需求。

1 汽机房热环境实测

1.1 汽机房概述

某电厂2×300MW机组建于2005年，汽机房总长度157.2m，跨度27m，高度32.88m；每台机设热网首站，热网首站长24m，宽18m，高21.5m；汽机房及热网首站总体积为15.813 2万m3。

除氧间共设有24台屋顶风机用于汽机房夏季排风，根据实测数据，汽机房及除氧间总散热量为2.3MW，计算总排风量约145万m3／h。屋顶风机进风口设有阀板，冬季停止运行后阀板随之关闭。

1.2 汽机房冬季热环境实测

为了解汽机房内温度情况，在汽机房沿高度方向不同位置设置温度计，由于项目所在地12月上旬日出时间在早上7：15至7：30，早上7：00约为一天中室外气温最低点，因此，在12月9日早上7：00和下午15：00各取一次读数，取得汽机房各标高位置的温度如表1、表2所示。

表1 汽机房不同标高温度实测（7：00）Tab.1 Temperature of steam turbine building（7：00）

表2 汽机房不同标高温度实测（15：00）Tab.2 Temperature of steam turbine building（15：00）

由实测值可知，汽机房上部温度较高，早上最冷时屋架下旋温度也高达27℃，具备向热泵房送风达到取暖的温度要求。

2 热泵房送风量的确定

由于热泵房维护结构不完善，防止冷风侵入是临时采暖系统成败的关键，因此，送入热泵房的热空气既要满足热负荷要求，又必须使热泵房保持正压，以便将外部冷空气阻挡在热泵房外［1-2］。

2.1 送风量应满足热负荷要求

根据热泵房热负荷，计算送风量，如式（1）所示：

式中：G为送风量，m3／h；Q为供热量，kW；Δt为送风温差，按热泵房保持5℃，送风温度取汽机房屋架下旋温度27℃，Δt＝22℃；c为空气比热，取1.01kJ／（kg·℃）；ρ为空气容重，取1.1kg／m3。

计算出送风量为106 920m3／h。

2.2 送风量应满足保持热泵房正压要求

为避免室外冷空气侵入，对于处于施工期维护结构不完善的建筑物该正压尤为重要，由于正压送风供暖系统送风量计算无成熟公式可用，本文参考了《暖通空调设计基础分析》［3-4］给出的空调系统正压送风量计算方法，对正压送风供暖系统送风量进行估算［5-6］，计算公式如式（2）所示：

式中：G为送风量，m3／h；E1为流量系数，取0.5；F1为缝隙面积，由于维护结构不完善，取20m2；ΔP为室内外压差，取5Pa；ρ为空气容重，取1.2kg／m3。

计算出送风量为103 923m3／h。

该方法采用缝隙面积和压差计算满足室内正压的送风量，与实际情况较为接近，与满足热负荷的送风量比较后，取两者较大值，为106 920m3／h。

2.3 按经验换气次数核算送风量

对于一般房间，维持室内正压所需的送风量可按房间换气次数2～6次／h取值。本工程热泵房建筑体积为14 414m3，当送风量为106 920m3／h时，相应换气次数为7.4次／h，该送风量可以使热泵房保持一定正压。

2.4 热泵送风对汽机房影响

本工程汽机房总容积为15.813 2万m3，当从汽机房吸风量为106 920m3／h时，折合汽机房换气次数为0.68次／h。对于电厂汽机房这样的高大建筑物，其冷风渗透量一般在2次／h以上，因此，热泵房热风供暖送风量远小于其冷风渗透风量，热泵房热风供暖系统不会对汽机房产生不利影响。

3 工程实施

根据前述分析计算，将汽机房热空气送入热泵房可以满足防冻、防寒要求，达到冬季供暖目的。

本工程汽机房12.60m（运转层），设有带型窗，窗扇尺寸1.5×0.75m，为减少临时设施拆除时的恢复费用，风道穿墙采用穿过带型窗窗扇的方法，可穿管道窗扇共6个，窗扇宽度为0.75m，实测净宽为0.71m，因此，风道尺寸按Φ630选取，共设置6根，最大限度利用可用空间，当总风量为106 920 m3／h时，每根Φ630风道风量为17 820m3／h，风速为15.88m／s。对于临时送风系统来说，该风速在允许范围内。

3.1 风机选择

共选择6台轴流风机，每台风机风量为18 250m3／h，总送风量为109 500m3／h，相应换气次数为7.6次／h，既满足热负荷要求的送风量，又满足热泵房正压要求的送风量。

3.2 风道系统设置

按前述现场情况，热风供暖系统分为2个系统，每个系统配置3台流风机，安装在热泵房6.0m圈梁上，每个系统送风量为54 750m3／h，在12.60m运转层设置1个1 600×630×4 030集风箱，引1根630×1 600风道向上至29.70m（汽机房屋架下旋位置），将汽机房上部热空气引致热泵房，2个系统总送风量达到109 500m3／h。

3.3 风道支撑

采用脚手架支撑，安装方便且便于拆除，也不需在汽机房进行焊接作业。

4 使用效果

在维护结构不完善，窗洞、大门及部分墙体未施工，临时采用帆布遮挡的情况下，热风供暖系统投入使用，室外温度达到-8℃时，室内温度仍保持3℃以上，满足了防冻、防寒要求，基本达到设计预期。同时对汽机房各测温点观察后，汽机房温度无明显变化。

5 经济效益分析

热泵房为热车间，正常运行时，室内不需设置采暖设施，因此，不论采用热水供暖还是采用热风供暖均为施工临时设施［7-8］。

5.1 使用热水采暖系统的费用

按热泵房热负荷600kW，单片散热量150W估算，约需安装散热器4 000片，每片采购价35元，共需14万元；采暖管道、阀门及安装费约15万元；热水采暖系统初投资共需29万元。

按运行2 000h计算，热泵房总供热量为4 320 GJ，按当地热价27元／GJ计算，采暖费共计11.66万元。

5.2 热风供暖系统的费用

每台轴流风机2 600元，6台共计1.56万元；风道系统展开面积约340m2，折合质量为2.3t，材料费约1.6万元；系统安装人工费约2.5万元；系统初投资共需5.66万元。

热风供暖的热源取自汽机房上部的热空气，其运行费只有风机的耗电量：每台风机耗电量2.2 kW，6台耗电量共计13.2kW，按运行2 000h计算，共耗电2.64万kW·h，以每度电0.5元（kW·h）计算，运行费总计1.32万元。

5.3 费用对比

表3为费用对比。

表3 热水、热风供暖费用对比表Tab.3 Cost comparison of hot water heating &hot air heating

6 结 语

从热水及热风2种供暖方式对比来看，利用汽机房热空气的热风供暖系统不论初投资还是运行费，均远低于热水采暖系统，而热水采暖系统在维护结构不完善的情况下，其自身就存在冻结危险，因此，利用汽机房热空气的热风供暖系统在热泵房项目中具有良好的推广价值及应用前景。

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