三峽電廠地下電站中央空調(diào)系統(tǒng)主機(jī)節(jié)能改造

柯 松，王廣浩

（三峽水力發(fā)電廠，湖北宜昌 443133）

0 引言

三峽水利樞紐工程是舉世聞名、全世界最大的水利樞紐工程。自建成以來，三峽工程發(fā)揮著巨大的防洪、通航作用，獲得發(fā)電效益。作為世界上最大的水力發(fā)電廠，三峽電廠地處我國(guó)夏熱冬冷地區(qū)，濕熱期長(zhǎng)，為保障廠內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備的可靠運(yùn)行，安裝了大量空調(diào)設(shè)備。全廠包括左岸電站、電源電站、右岸電站和地下電站。各個(gè)電站都有大型中央空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)設(shè)備額定總功率20 500 kW，其中空調(diào)主機(jī)總功率13 863 kW，大型空調(diào)壓縮機(jī)107臺(tái)，總制冷量38 930 kW。深入研究三峽電廠內(nèi)各中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗情況和節(jié)能潛力，提出節(jié)能優(yōu)化改造方案，具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 三峽電廠地下電站中央空調(diào)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 系統(tǒng)概況

三峽電廠地下電站中央空調(diào)系統(tǒng)主機(jī)及空調(diào)機(jī)房布置在地下電站▽120.0 m平臺(tái)，在該處建單層空調(diào)機(jī)房?？照{(diào)機(jī)房室內(nèi)布置2組ZK280組合式空氣處理機(jī)。空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)另設(shè)水泵房、控制室，水泵房?jī)?nèi)布置7臺(tái)臥式離心水泵，控制室內(nèi)布置各類電氣控制盤柜?？照{(diào)主機(jī)布置在空調(diào)機(jī)房下游側(cè)露天平臺(tái)上，共5臺(tái)LSF350M×4型模塊式風(fēng)冷冷水機(jī)組。冷水機(jī)組生產(chǎn)的冷凍水負(fù)責(zé)供給組合式空氣處理機(jī)、地下電站母線支洞吊頂柜式風(fēng)機(jī)盤管、地下電站▽67.0 m高程勵(lì)磁變室吊頂柜式風(fēng)機(jī)盤管及地下電站▽67.0 m高程母線廊道蓄電池室立式風(fēng)機(jī)盤管。

1.2 主機(jī)運(yùn)行情況

三峽電廠地下電站中央空調(diào)主機(jī)為露天布置（圖1），每年5～10月份開機(jī)運(yùn)行，每臺(tái)年均運(yùn)行時(shí)間約1728 h。由于太陽直射、夏季環(huán)境溫度高等原因，導(dǎo)致?lián)Q熱效率較低，夏季實(shí)際測(cè)得制冷系數(shù)為2.5。

2 空調(diào)主機(jī)水噴霧降溫節(jié)能優(yōu)化改造實(shí)施

2.1 噴霧降溫節(jié)能裝置工作原理（圖2）

圖1 空調(diào)主機(jī)布置平面示意圖

圖2 水噴霧降溫節(jié)能裝置工作原理

水噴霧降溫節(jié)能裝置由軟水器、儲(chǔ)水箱、增壓機(jī)構(gòu)、電磁閥、霧化噴頭及供水管網(wǎng)組成，其中軟水器一端與水源相連接，另一端連接儲(chǔ)水箱的入水口，儲(chǔ)水箱的出水口與提高軟化水壓力的增壓機(jī)構(gòu)相連接，該增壓機(jī)構(gòu)經(jīng)電磁閥與置于空調(diào)機(jī)組冷凝器高壓側(cè)的霧化噴頭相連接。當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，處于監(jiān)控狀態(tài)的水噴霧降溫節(jié)能裝置通過電磁閥接收空調(diào)機(jī)組信號(hào)，空調(diào)機(jī)組運(yùn)行，則電磁閥開啟，將已經(jīng)軟水處理的水送至霧化噴頭，向空調(diào)主機(jī)冷凝器噴射直徑＜15 μm的水霧。水霧直接噴灑在冷凝器翅片上進(jìn)行汽化吸熱，使得冷凝器的整體散熱量增大（冷凝器的整體散熱量包括以下兩部分：一部分是通過外界空氣傳導(dǎo)散熱，另一部分是通過霧化的水滴汽化吸熱），降低冷凝器的進(jìn)氣溫度、冷凝壓力，減少壓縮機(jī)能耗，進(jìn)而提升機(jī)組COP（制冷系數(shù)）達(dá)到節(jié)能目的。

需要指出的是，增壓機(jī)構(gòu)是給供水管網(wǎng)提供≥0.3 MPa的系統(tǒng)水壓。經(jīng)測(cè)量，地下電站▽120.0 m平臺(tái)生活用水供水管（水源）出水口壓力為0.6 MPa，故本方案中不需要設(shè)置增壓機(jī)構(gòu)。

2.2 改造措施（圖3）

圖3 改造后空調(diào)主機(jī)平面示意圖

（1）在生活用水取水口處接DN25 mm鍍鋅水管，并安裝DN25 mm閘閥1個(gè)、壓力表1塊，水管另一端接軟水器進(jìn)水口。

（2）軟水器出水口接DN25 mm鍍鋅水管，水管另一端接不銹鋼儲(chǔ)水箱進(jìn)水口，不銹鋼儲(chǔ)水箱出水口處安裝浮球閥，儲(chǔ)水箱底部安裝DN15 mm放空管及放空閥，不銹鋼儲(chǔ)水箱尺寸為1500mm×1200 mm×1200 mm。

（3）不銹鋼儲(chǔ)水箱出水口接DN25 mm鍍鋅水管，水管沿地面水平布置至空調(diào)主機(jī)前方2 m處，再豎直升高距地面3 m，然后按圖3所示沿空調(diào)主機(jī)U形布置。架高段水管每隔3 m設(shè)置管道固定支撐架。

（4）在U形供水環(huán)管上對(duì)應(yīng)冷凝風(fēng)機(jī)的管路部位處加裝DN15 mm水噴霧供水支管、水噴霧噴頭及配套管路附件，每相鄰兩臺(tái)冷凝風(fēng)機(jī)（空調(diào)機(jī)組每相鄰2臺(tái)冷凝風(fēng)機(jī)共用一個(gè)控制信號(hào)，同時(shí)啟停）對(duì)應(yīng)各安裝1個(gè)水噴霧噴頭，5臺(tái)空調(diào)機(jī)組共120個(gè)冷凝風(fēng)機(jī)，共安裝120水噴霧噴頭。

（5）在每個(gè)水噴霧供水支管上安裝一個(gè)球閥和一個(gè)電磁閥。球閥用于管路停水檢修。電磁閥要求與對(duì)應(yīng)的機(jī)組冷凝風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)。當(dāng)冷凝風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，對(duì)應(yīng)的電磁閥打開；當(dāng)冷凝風(fēng)機(jī)停止時(shí)，對(duì)應(yīng)的電磁閥關(guān)閉。球閥、電磁閥、水噴霧噴頭及配套管路附件具體安裝位置見圖4。

（6）水噴霧降溫節(jié)能裝置安裝完成后，對(duì)供水管路進(jìn)行打壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為工作壓力的1.5倍，保持30 min，檢查有無泄漏。

（7）開機(jī)試運(yùn)行，調(diào)整水噴霧噴頭出水孔開度，使出水呈霧狀，并調(diào)整噴頭噴射角，使水霧能覆蓋整個(gè)冷凝器翅片表面。

3 節(jié)能優(yōu)化綜合效益評(píng)估

3.1 與直接使用液態(tài)噴淋水相比較

自來水經(jīng)霧化噴頭產(chǎn)生霧化水滴，微小的水滴被冷卻空氣帶到冷凝器的翅片表面，一旦接觸到熱翅片后，將進(jìn)行汽化吸熱，最終轉(zhuǎn)變成水蒸氣。水所發(fā)生的汽化吸熱過程是物態(tài)的轉(zhuǎn)變過程，在滿足同樣的散熱量條件下，霧化水滴通過物態(tài)相變所耗水量比液態(tài)噴淋水直接噴射在翅片上產(chǎn)生熱傳導(dǎo)所需水量要少很多。舉例計(jì)算：水的比潛熱約為2260 kJ/kg，而液態(tài)噴淋水噴射到翅片后若不發(fā)生相變，溫升最多只有10℃，即每kg噴淋水只能帶走42 kJ的熱量，因此理論上霧化噴淋的耗水量只是直接水噴淋冷卻的1/54。

圖4 單臺(tái)主機(jī)水噴霧降溫節(jié)能裝置安裝圖

3.2 改造前后耗電量比較

改造之前，空調(diào)主機(jī)冷凝器的高壓側(cè)壓力在夏季平均約為1.9～2.0 MPa，預(yù)計(jì)改造之后降低至 1.5～1.6 MPa，下降 0.4 MPa，即冷凝溫度從60℃降至50℃，粗略推算出機(jī)組的節(jié)能率約為20%，提高機(jī)組制冷系數(shù)至3.0。三峽地下電站中央空調(diào)系統(tǒng)近3 a的5～10月份實(shí)測(cè)平均年耗電量為4 075 000 kW·h，按節(jié)能率20%計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)年度節(jié)能量815 000 kW·h。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)算

該方案總投資成本由設(shè)備成本和運(yùn)行成本兩部分組成。設(shè)備成本分為設(shè)備采購(gòu)費(fèi)用和人工安裝費(fèi)用，其中設(shè)備采購(gòu)費(fèi)用大約20 000元，人工安裝費(fèi)用約30 000元，工期20 d。運(yùn)行成本主要由水費(fèi)和設(shè)備維護(hù)費(fèi)用組成。按照每個(gè)噴頭水流量q=0.05 m3/h，每臺(tái)主機(jī)24個(gè)噴頭，年均運(yùn)行時(shí)間1728 h/臺(tái)計(jì)算，年度總耗水量10 368 t。電站內(nèi)生活用水均取自自有水庫(kù)，水費(fèi)0.35元/t，年度用水費(fèi)用3628.8元，設(shè)備每年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用20 000元，總投資73 628.8元。按年度節(jié)電815 000 kW·h，上網(wǎng)電價(jià)0.2元/kW·h計(jì)算，年度節(jié)省電費(fèi)16.3萬元，半年即可收回投資成本。

4 結(jié)語

水噴霧降溫節(jié)能裝置廣泛應(yīng)用于大中型商業(yè)樓宇中央空調(diào)系統(tǒng)主機(jī)，在大型水電站中央空調(diào)系統(tǒng)主機(jī)上應(yīng)用尚屬首次。該節(jié)能優(yōu)化改造方案具有一定的探索研究意義，今后將持續(xù)跟蹤記錄改造后空調(diào)主機(jī)的能耗情況，為將來同類型水電站中央空調(diào)系統(tǒng)主機(jī)的節(jié)能優(yōu)化改造方案提供理論依據(jù)。