汤小敏，毛永东
（中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司，湖北 武汉 430072）
引言本文研究对象是南昌某项目，根据项目所处情况，项目开发区有大量蒸汽供应的要求且蒸汽波动较大，同时项目开发区内的民用建筑有夏季供冷冬季供热需要，且用户端对供冷温度有要求。蒸汽管道按用户的设计流量设计，蒸汽波动时会导致流速过小，导致管网的散热情况情况加重，冷凝水损失增加，导致能量损失[1]。溴化锂吸收式制冷时，冷水温度过低时会导致溴化锂结晶，影响设备的正常运行。
本文针对上述情况，提出一种利用富余蒸汽驱动离心式冷水机组及溴化锂吸收式冷水机组用来制取低温水的集中供冷系统方案，梯级利用蒸汽制取低温冷水[2]。
1 项目概况项目所处南昌市某项目开发区，开发区有蒸汽供应要需求，同时有民用的建筑集中供冷供热需求，本章分别对蒸汽负荷及冷热负荷情况进行说明。
1.1 蒸汽负荷根据南昌地区气候条件，将时间分为供暖期、供冷期及过渡期，供暖时间为11 月15 日至2 月15 日，供冷时间一般从6 月15 到10 月31，其余时间为过渡期。
通过对项目开发区14 家工业用户蒸汽用量进行调研，得出不同时间典型日蒸汽逐时耗量，计算得出整个开发区不同时间的工业蒸汽负荷典型日累积负荷如下图1。从图1 中可以看出，项目开发区工业用户供暖期负荷最大可达58.095 t/h，平均热负荷36.78 t/h，最小热负荷21.1 t/h；供冷期负荷最大可达44.4 t/h，平均负荷热负荷24.63 t/h，最小热负荷8.4 t/h；过滤期负荷最大可达51.6 t/h，平均负荷热负荷29.26 t/h，最小热负荷12.1 t/h。
1.2 冷热负荷民用负荷主要考虑开发区的公共建筑、商业建筑、居住建筑等负荷。根据现场调研，项目处于前期阶段，建筑物正在建设或仍处于方案规划阶段，因此选取区域内典型建筑功能类型、根据国家节能规范设定典型气象条件、建筑物使用时间表、内部负荷强度、设备效率等，用HDY-SMAD 能耗分析软件得出典型建筑典型设计日逐时冷热负荷指标，并对所有建筑负荷曲线叠加得出民用负荷，统计结果如下。根据图2 可知，供暖期典型日最大负荷为30.24 MW，供冷期典型日最大负荷为54.29 MW。
2 方案介绍2.1 方案概述为了提高蒸汽管道的利用率，根据区域民用建筑冷热负荷特点及周边工业建筑蒸汽负荷情况，夏季供冷方案如下。
能源站制冷系统，夏季工业用汽谷段采用以蒸汽驱动压缩式离心冷水机组与蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组串联方案来制备4 ℃空调冷水满足未端冷负荷需求，同时供冷余量将蓄冷罐蓄满。
夏季工业用汽峰段，利用蒸汽管网冬夏工业用汽的差额蒸汽量通过蒸汽驱动压缩式离心冷水机组及溴化锂机组串联直接制取4 ℃空调冷水，其余冷负荷则利用电制冷机及蓄冷罐放冷来满足未端需求，能源站侧的冷冻水供回水设计温度为4/13 ℃。
2.2 机组技术原理蒸汽驱动压缩式离心机组通过氟利昂蒸气压缩式制冷循环，蒸气压缩式制冷的工作原理是使制冷剂在压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等热力设备中进行压缩、放热冷凝、节流和吸热蒸发从而实现制冷效果。
与传统的离心式冷水机组不同之处在于，蒸气压缩的驱动能源是蒸汽，具有一定压力和温度的蒸汽推动透平机做功，透平机的功率输出给压缩机。蒸汽型溴化锂吸收式制冷机组制备空调冷水，溴化锂吸收式制冷机主要由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、换热器和循环泵等几部分组成，蒸汽驱动压缩式冷水机组及溴化锂吸收式制冷原理图详见图3。
2.3 夏季制冷系统及配置蒸汽驱动压缩式离心冷水机组+蒸汽型溴化锂机组串联系统，管网至能源站处的1.0 MPa，200 ℃蒸汽被蒸汽驱动压缩式离心冷水机组利用制冷后变为0.4 MPa 蒸汽，背压蒸汽进入蒸汽型溴化锂机组制冷后变成80 ℃冷凝水。而对于冷冻水侧，13 ℃冷冻水回水首先进入蒸汽型溴化锂机组降温到5.5 ℃，然后进入蒸汽驱动压缩式离心冷水机组产生4 ℃冷冻水供用用户使用（如图4 所示）。
能源站空调冷水系统主要包含蒸汽驱动压缩式离心冷水机组、蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组、电制冷离心式冷水机组、冷却塔系统、蓄能系统及空调水管网系统，蓄能系统及空调水输送管网系统均为供暖和供冷共用系统。
装机配置采用“提高已建工业蒸汽管道夏季利用效率”原则。本方案设计制冷量3 540 kW 汽轮机驱动型离心式冷水机组1 台，制冷量5 803 kW 蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组3 台，制冷量6.5 MW 的电制冷离心式冷水机组4 台，制冷量3 MW 的电制冷离心式冷水机组1 台。
蒸汽驱动压缩式离心冷水机组+蒸汽型溴化锂机组串联系统的最大供冷量为20.95 MW，电制冷离心式冷水机组最大供冷量为29 MW，最大蓄冷量为4.91 MW，最大放冷量为4.34 MW，蓄冷罐的有效容积为2 400 m3，蓄冷罐总制冷量25.2 MW。
冷却水供回水温度设定为32 ℃/37 ℃，冷冻水溴机供回水温度设定为5.5 ℃/13 ℃，蒸汽型离心机供回水温度设定为4 ℃/5.5 ℃，用户侧供回水温度4 ℃/13 ℃，蓄冷水罐进出水温度设定为4 ℃/13 ℃。主要工况为夏季工业用汽谷段直接供冷工况，夏季工业用汽谷段直接蓄冷工况，夏季工业用汽峰段直接供冷工况，夏季工业用汽峰段蓄冷水罐放冷工况。
从下页图5 可知，18：00 的负荷值最大为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 用汽高峰段释冷以满足逐时负荷波动的需要。从图中也可以看出，蒸汽供冷时蒸汽驱动压缩式离心冷水机组+蒸汽型溴化锂机组工况比较稳定，设备的利用效率较高。
从下页图6 可知，采用蒸汽驱动压缩式离心冷水机组+蒸汽型溴化锂机组串联系统供冷期总蒸汽耗量有明显提升，00：00—06：00 时间段，供冷期最小蒸汽供汽量从8.9 t/h 提升至25.40 t/h，09：00—16：00的供汽量均达到管网的设计峰值58 t/h，相比夏季仅工业蒸汽工况，管网利用效率明显提升。
对比方案夏季民用供冷由电动离心式水冷冷水机组提供，并配置部分电动离心式水冷冷水机组蓄冷，以充分利用蓄能罐，消减制冷机组装机容量。对比方案与原机组方案不同点：单台制冷量为4.50 MW 的蓄冷用离心式冷水机组1 台，单台制冷量为6.5 MW离心式冷水机组6 台，单台制冷量为3.0 MW 离心式冷水机组2 台，总装机容量49.5 MW。
3 对比分析本文不对冬季蒸汽板换供热系统进行介绍，仅针对夏季民用供冷方案差异部分进行介绍分析，不考虑以上两种方案的相同部分，例如配套蒸汽管网、冬季供热系统、蓄能系统、冷冻水二级管网系统的其他运行管理费用等，仅考虑两种方案不同部分设备初投资及耗电、耗蒸汽等耗能费用方面的差异，对以上两种制冷方案进行对比。根据对比结果，在蒸汽价格在140 元/t 时，蒸汽驱动制冷方案初期投资高，运行费用高，技术性能指标不占优，系统控制运行维护较复杂，但蒸汽驱动制冷系统提高蒸汽管网的利用率，有利用蒸汽管道的长期运行。该方案在蒸汽价格较低时仍是一种可以考虑的供冷方案。
