恒温游泳池传统热源有电锅炉、燃油锅炉和燃气锅炉等, 这些热源会造成严重的环境污染, 运行费用高;近期又推出了太阳能热水系统及热泵系统, 但太阳能热水系统阴天的时候, 运行不稳定, 热泵系统投资成本高、能效高、运行费用低、节能。为恒温游泳池寻找环保经济的热源, 一直是工程设计者探讨的热门领域。某火力发电厂在市区近郊, 距市中心约5km, 电厂采用二次循环供水系统, 凝汽器冷却水通过自然通风冷却塔冷却, 冷却水中的热量直接排入了大气。为了利用此热量, 电厂拟在围墙外修建1座室内恒温游泳池, 利用凝汽器冷却水作为恒温游泳池的供热热源。

　　 电厂装机容量为2×660 MW, 循环水系统采用带自然通风冷却塔的扩大单元制二次循环供水系统。每台机组配循环水泵2台, 常规冷却塔1座, 循环水进、排水管各1根, 自流回水沟1条。其工艺流程为:冷却塔集水池—自流回水沟—循环水泵站—压力供水管—凝汽器—压力回水管—冷却塔—冷却塔集水池。

　　 2台机组共设置4台循环水泵, 夏季1台机组2台循环水泵运行, 春秋季2台机组3台循环水泵运行, 冬季1台机组1台循环水泵运行。电厂各月份冷却水量、凝汽器进出水温情况见表1。

　　 为给恒温游泳池提供热源, 本工程从电厂2台凝汽器出口管引出1根DN250钢管, 将凝汽器冷却水引至恒温游泳池的换热间, 作为供热热源, 通过板式换热器换热后, 凝汽器冷却水再回流至电厂循环水系统, 具体的系统布置见图1。

　　 室内恒温游泳池平面尺寸:长×宽×深=30.0m×12.5m×1.6m。设计耗热量包括游泳池水面蒸发热损失, 水面、池壁、池底、管道、设备等传热损失及补给水加热需要的热量。通过对上述耗热量的分析计算, 可知恒温游泳池一年中各个月份平均耗热量。

　　 恒温游泳池水面蒸发热损失是恒温游泳池的最大的热损失, 本工程恒温游泳池水面蒸发热损失用Q_z表示, 热损失值为266 741kJ/h。游泳池的水表面、池壁、池底、管道、设备等传热损失较小, 用Q_c表示, 根据经验该值可按游泳池水表面蒸发热量损失的20%估算, 热损失值为53 349kJ/h。

　　 恒温游泳池一年中各个月份补充水耗热量差异较大, 具体热量值见表2, 补充水耗热量用Q_b表示。

　　 恒温游泳池一年中各月份的总耗热量Q, 其中Q=Q_z+Q_c+Q_b, 具体的值见表3。

　　 为保持游泳池的恒温, 泳池的供热热源需持续供给热量, 且热量不应小于泳池的总耗热量。恒温游泳池的供热热源为电厂凝汽器冷却水, 通过泳池的循环水将热量传至游泳池, 恒温游泳池循环水各月份温升变化见表4。

　　 通过表3、表4可知, 每年一月份恒温游泳池的耗热量及循环水温升变化均最大, 该月份的耗热量及循环水温升值可作为板式换热器选型依据。板式换热器冷流体为泳池循环水, 热流体为电厂凝汽器冷却水。冷流体进口温度为26℃, 出口温度为27.03℃;热流体的进口温度为28.63℃, 出口温度26.5℃;冷热流体平均温差为1.05℃。

　　 板式换热器换热面积F由式 (1) 计算可得。

　　 从式 (1) 可以看出, 欲选择合理的换热面积, 应有一个较为理想的K值。若K值选择偏大, 换热器面积较小, 造价偏低, 但换热器换热效果可能达不到预期要求;若K值选择偏小, 换热器面积较大, 造价偏高。鉴于上述因素, 本工程K取值选择为3 600W/ (m²·℃) , 对应的热流体流速0.25 m/s, 冷流体流速0.39m/s。考虑到结垢等因素的存在, β取值为0.9。通过式 (1) 计算可知板式换热器面积约为41m²。

　　 结合上述的分析计算及系统的安全稳定运行, 本工程选用2台BR50板式换热器 (1用1备) 。考虑到冷热流体温差较小, 冷热流体流量相等, 板式换热器热流体实际流速为0.46m/s, 冷流体实际流速0.471m/s, 换热器实际K值为3 777 W/ (m²·℃) 。通过式 (2) 可计算出换热器的实际换热量, 热量值为162 600 W。

　　 通过式 (3) 计算换热器热量裕度为24%, 由此可知换热器的换热能力能满足本工程的需要。

　　 冷热流体通过换热器换热后, 冷热流体在流道内均有一定的压力损失, 压力损失值可通过式 (4) 计算得出, ΔP_张为0.33 kgf/cm², ΔP_压为0.32kgf/cm²。

　　 BR50板式换热器冷热流体理论压力损失值ΔP张为0.40kgf/cm², ΔP压为0.38kgf/cm², 通过分析可知, 冷热流体实际压力损失值均小于理论压力损失值。

　　 通过上述分析可知, 本工程设置的BR50板式换热器能满足工程使用要求。

　　 根据本研究, 可以作出如下结论:

　　 (1) 火力发电厂凝汽器冷却水作为恒温游泳池供热热源是一种既环保又经济的热源。

　　 (2) 通过对恒温游泳池耗热量计算可知, 一月份耗热量可作为换热器选型的依据。

　　 (3) 为保证恒温游泳池供热热源的安全稳定, 设置2台BR50换热器 (1用1备) , 单台换热器面积约41m²。通过核算, 板式换热器换热能力及压力损失均能满足使用要求。

　　 (4) 利用火力发电厂凝汽器冷却水作为恒温游泳池供热热源每年可节省运行费用约118.8万元, 初期的固定投资费用为2台BR50换热器及其配套的管道阀门等。