廈門柔直工程空調(diào)系統(tǒng)冷凝水回收應(yīng)用于換流閥 冷卻的研究

陳金文 付勝憲 戴支梅

摘? 要：針對廈門柔直換流站內(nèi)組合式空氣處理機(jī)組ZK40、多聯(lián)空調(diào)機(jī)組產(chǎn)生的冷凝水較多，換流閥外冷水的用水量較高這一現(xiàn)狀，研究柔直換流站空調(diào)系統(tǒng)冷凝水再回收裝置，利用該裝置收集的冷凝水，使空調(diào)系統(tǒng)廢棄的冷量和水量用于換流閥外冷設(shè)備制冷，降低了換流閥外冷系統(tǒng)從工業(yè)水池汲取的水量，降低運(yùn)行成本;空調(diào)冷凝水回收再利用，也是踐行節(jié)約水資源、節(jié)能減排的一個(gè)很好的措施，可借鑒應(yīng)用于其他換流站。

關(guān)鍵詞：換流站;空調(diào)系統(tǒng);冷凝水;換流閥冷卻;回收再利用

中圖分類號：TU991.2? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）04-0101-03

Abstract： In view of the situation that the combined air handling unit ZK40 and multi-unit air conditioning unit in Xiamen soft-commutation station generate more condensed water and the water consumption of the cold water outside the converter valve is higher， the condensate of the air conditioning system of the flexible converter station is studied. The recovery device utilizes the condensed water collected by the device to make the amount of cold and water discarded by the air conditioning system for the refrigeration of the external cooling device of the converter valve， reducing the amount of water extracted by the external cooling system of the converter valve from the industrial pool， and reducing the operating cost; the recovery and reuse of condensed water is also a good measure to save water resources， save energy and reduce emissions， and can be used for other converter stations.

Keywords： converter station; air conditioning system; condensate; converter valve cooling; recycling

1 概述

廈門柔直浦園、鷺島換流站內(nèi)設(shè)置了2類的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，一類是用于換流閥所在閥廳的空調(diào)系統(tǒng)，一類是用于站內(nèi)二次設(shè)備室、蓄電池室、閥冷控制設(shè)備室、站控及通訊設(shè)備室、休息室等場所的多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng);其中每一座換流站內(nèi)設(shè)置極Ⅰ、極Ⅱ，每極閥廳均設(shè)置一套獨(dú)立的閥廳空調(diào)系統(tǒng)，含2臺ZK40空氣處理機(jī)組，2臺風(fēng)冷螺桿式冷熱水機(jī)組，用于維持閥廳內(nèi)約20000m3的空間濕度保持在換流閥設(shè)備允許的溫濕度范圍內(nèi)，每一座換流站內(nèi)設(shè)置一套多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)，共有99臺多聯(lián)空調(diào)室內(nèi)機(jī)，21臺多聯(lián)空調(diào)室外機(jī)，用于維持二次設(shè)備室、蓄電池室、閥冷控制設(shè)備室、站控及通訊設(shè)備室、休息室等場所保持在設(shè)計(jì)的溫濕度范圍內(nèi)。

以閥廳空調(diào)系統(tǒng)為例，其冷熱交換均在ZK40空氣處理機(jī)組內(nèi)完成;由于需維持閥廳與外界空氣壓差保持在5-10Pa的微正壓，當(dāng)外界新風(fēng)與閥廳回風(fēng)混合后，空氣濕度較高，在ZK40空氣處理機(jī)組內(nèi)的表冷器進(jìn)行熱交換，因表冷器的壁面溫度低于室外空氣露點(diǎn)溫度，混合風(fēng)所含的水蒸氣在表冷器壁面析出而結(jié)露，當(dāng)露珠增大到一定程度會(huì)滑落到表冷器下方的冷凝水盤，從而形成了冷凝水，其簡易示意圖如圖1所示。

2 存在問題與冷凝水排放現(xiàn)狀分析

空調(diào)冷凝水水量估算：

以閥廳空調(diào)系統(tǒng)為例，在閥廳溫度26℃、濕度57%RH的情況下，對ZK40機(jī)組排出的冷凝水進(jìn)行采集估算，用采集容器進(jìn)行采集估算，一臺運(yùn)行的ZK40空氣處理機(jī)組20秒的冷凝水量為0.35L（冷凝水溫度在16℃左右）;假設(shè)閥廳濕度基本保持在57%RH左右，那么：

單極一天可以產(chǎn)生的冷凝水量為：（0.35L*3）*60分*24時(shí)=1512L（16℃左右，單極）。

單極一個(gè)月可以產(chǎn)生的冷凝水為：（0.35L*3）*60分*24時(shí)*30天=45360L（16℃左右，單極）。

雙極一天可以產(chǎn)生的冷凝水量為：（0.35L*3）*60分*24時(shí)*2=3024L（16℃左右，雙極）。

雙極一個(gè)月可以產(chǎn)生的冷凝水為：（0.35L*3）*60分*24時(shí)*30天*2=90720L（16℃左右，雙極）。

以上所進(jìn)行的估算，還不包含多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的冷凝水，由此可見，換流站內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)可以產(chǎn)生數(shù)量較為可觀的冷凝水。

因未把多聯(lián)機(jī)產(chǎn)生的空調(diào)冷凝水計(jì)量在內(nèi)，可假設(shè)這部分的水量為冷凝水流到外冷水池中因保溫不當(dāng)?shù)睦淞繐p失，當(dāng)換流站內(nèi)單極帶100MW負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，換流閥閥冷的進(jìn)水管溫度26℃，出水管溫度27.2℃，水流量平均為157.7L/S，那么每秒水帶走的熱量為：Q吸=cm（t-t0）=4.2×103J/（kg·℃）×157.7kg×（27.2-26）℃≈0.794×106J，其中c為比熱能;每個(gè)時(shí)刻有200×6個(gè)換流閥子模塊在運(yùn)行，那么一個(gè)換流閥在帶100MW運(yùn)行時(shí)，每秒產(chǎn)生的熱量為Q吸/1200≈0.66×103J的熱量;運(yùn)行24小時(shí)所產(chǎn)生的熱量為0.66×103J×24×60×60≈57×106J的熱量。

通過前面的估算，我們可知，一座換流站每天可產(chǎn)出約1512L的16℃冷凝水，那么這些冷凝水從加熱到100℃到蒸發(fā)所需的熱量為：

Q吸1=cm（t-t0）=4.2×103J/（kg·℃）×1512kg×（100-16）℃≈5.33×108J

計(jì)算1512L的100℃冷凝水到蒸發(fā)所吸收的熱量，由于水在100℃時(shí)，其在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的汽化潛熱是2257.2kJ/kg，因此吸收的熱量為：

Q吸2=1512L*2257.2kJ/kg=3.4128×106kJ≈3.4128×109J

因此在理想條件下，一天產(chǎn)生的1512L，16℃的冷凝水可帶走在極100MW負(fù)荷運(yùn)行時(shí)3.4128×109J/0.057×109J≈59.87個(gè)子模塊所產(chǎn)生的熱量，即能帶走單極閥廳100MW運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生熱量的59.87/1200×100%≈4.989%，由此可推斷，冷凝水用于換流閥的制冷效果良好。

目前站內(nèi)閥廳空調(diào)及其多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的冷凝水作為廢水均通過站內(nèi)的雨水管道往外排放，這也是目前大量工程采用的通用做法。這種做法不僅浪費(fèi)了大量水量及其冷凝水所含的冷量，而且有時(shí)還會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生不良的影響;在今天水資源非常匱乏的情況下，這種做法顯然不合理，而且目前站內(nèi)的換流閥外冷卻系統(tǒng)每天需要耗費(fèi)100噸的水用于對換流閥的冷卻。

空調(diào)冷凝水水質(zhì)酸堿度為中性，與蒸餾水相近，電導(dǎo)率低，滿足閥外冷水池的要求。

目前尚未有利用冷凝水來對閥外冷系統(tǒng)進(jìn)行利用的應(yīng)用，基于此，本文提出利用閥廳及多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的冷凝水來對外冷卻系統(tǒng)進(jìn)行制冷，可提高水資源的利用率，充分利用冷凝水的冷量，在換流站運(yùn)行中貫徹節(jié)能減排的理念并應(yīng)用于實(shí)際。

3 空調(diào)系統(tǒng)冷凝水回收應(yīng)用于換流閥冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

換流站內(nèi)冷凝水回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

如圖2中，1-冷凝水回收系統(tǒng)主管道（含保溫棉）;2-手動(dòng)三通閥;3-冷凝水流量計(jì);4-手動(dòng)球閥;5-冷凝水Y型過濾器;6-緩沖水箱;7-雨水井。

在該冷凝水回收系統(tǒng)中，設(shè)置了三個(gè)出水口，兩個(gè)出水口可把冷凝應(yīng)用于極Ⅰ、極Ⅱ的閥外冷水池，即該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)一套冷凝水回收裝置對極Ⅰ閥外冷水池、極Ⅱ閥外冷水池或極Ⅰ、Ⅱ進(jìn)行供水，另外一個(gè)出水口用于往外排污水，設(shè)計(jì)的閥門2、4用于這四種方式的切換。

在本裝置中，上述冷凝水輸水主管1在設(shè)置了冷凝水流量計(jì)3，以對回收的冷凝水系統(tǒng)回收的冷凝水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，也便于對設(shè)備區(qū)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，通過判斷冷凝水量的大小，也可間接的判斷換流站室內(nèi)設(shè)備區(qū)總體濕度的變化大小。

為了進(jìn)行水質(zhì)過濾，在三通閥的分支管上設(shè)有Y型過濾器5，以對冷凝水進(jìn)行充分過濾，濾除雜質(zhì)，避免管道堵塞，減少進(jìn)入外冷水池的雜質(zhì)。

本裝置中，因閥外冷系統(tǒng)水池及水池上部的冷卻塔檢修時(shí)，需要對冷卻塔進(jìn)風(fēng)口濾網(wǎng)進(jìn)行清洗，這時(shí)，可不必關(guān)閉手動(dòng)球閥4，讓冷凝水繼續(xù)流到緩沖水池內(nèi)，清洗時(shí)可從緩沖水池內(nèi)取水，或在平常物業(yè)地面清洗時(shí)可也利用冷凝水，在起到作為沉淀過濾作用的同時(shí)，也提高了水資源的利用率。

所設(shè)計(jì)裝置的工作過程為：主控樓三樓的極Ⅰ空調(diào)設(shè)備室的極ⅠZK40#1A、極ⅠZK40#2A、三樓極Ⅰ側(cè)多聯(lián)空調(diào)機(jī)組冷凝水管匯流;主控樓三樓的極Ⅱ空調(diào)設(shè)備室的極ⅡZK40#1A、極ⅡZK40#2A、三樓極Ⅱ側(cè)多聯(lián)空調(diào)機(jī)組冷凝水管匯流;二樓極Ⅰ側(cè)多聯(lián)空調(diào)機(jī)組冷凝水管匯流，二樓極Ⅱ側(cè)多聯(lián)空調(diào)機(jī)組冷凝水管匯流;一樓極Ⅰ側(cè)多聯(lián)空調(diào)機(jī)組冷凝水管匯流，一樓極Ⅱ側(cè)多聯(lián)空調(diào)機(jī)組冷凝水管匯流;冷凝水回收系統(tǒng)管道在一樓的走廊頂部通過三通閥2實(shí)現(xiàn)對冷凝水的分流，如極ⅠZK40#1A、極ⅠZK40#2A、極ⅡZK40#1A、極ⅡZK40#2A機(jī)組內(nèi)要進(jìn)行檢修清洗或極Ⅰ、Ⅱ閥外冷水池同時(shí)檢修清洗時(shí)，可通過三通閥2把水流方向調(diào)往雨水井7的方向;接著通過冷凝水流量計(jì)3，流量計(jì)可顯示瞬時(shí)的冷凝水水流量、溫度、累計(jì)收集的冷水流量大小;接著聯(lián)接到兩個(gè)手動(dòng)球閥4上，設(shè)置兩個(gè)二通閥的目的是可切換冷凝水的排向，如換流站極Ⅰ在運(yùn)行且極Ⅱ在停運(yùn)狀態(tài)時(shí)，關(guān)閉極Ⅱ側(cè)的手動(dòng)球閥且打開極Ⅰ側(cè)的手動(dòng)球閥，則水會(huì)從手動(dòng)球閥的上側(cè)溢滿而進(jìn)入極Ⅰ的閥冷水池1，如兩極同時(shí)運(yùn)行，回收的冷凝水回均流到閥冷水池1和閥冷水池2內(nèi);接著聯(lián)接到透明的Y型過濾器5，設(shè)置Y型過濾器一方面在于過冷凝水中含有的雜質(zhì)，另一面通過透明的過濾器5，運(yùn)行巡視人員可通過水流狀況判斷冷凝水管道是否通暢，發(fā)現(xiàn)堵塞時(shí)可及時(shí)處理;接著聯(lián)接到緩沖水池5，緩沖水池采用低進(jìn)水高出水的方式，也可起到一定沉淀過濾作用;最終進(jìn)入閥冷水池1、閥冷水池2內(nèi)。

4 空調(diào)系統(tǒng)冷凝水回收系統(tǒng)應(yīng)用效果分析

冷凝回收裝置樣機(jī)完成研制后，對空調(diào)系統(tǒng)冷凝水回收裝置的應(yīng)用效果進(jìn)行了現(xiàn)場測試。

從2019年11月13日早上現(xiàn)場調(diào)試完畢，對冷凝水收集水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表1所示。

表1 冷凝水回收數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

（1）空調(diào)系統(tǒng)冷凝水回收裝置平均每天約可收集

24H*60min*1.1=1584L，一年保守估計(jì)至少約可收集360*1584=570240L的空調(diào)冷凝水，夏季空氣濕度會(huì)偏高，收集量可能會(huì)更多。

（2）設(shè)計(jì)的三通閥可靈活切換，及時(shí)排出ZK40空氣處理機(jī)組所產(chǎn)生的污水，未發(fā)生堵塞。

（3）空調(diào)系統(tǒng)冷凝水回收裝置實(shí)現(xiàn)了一對多水池的冷凝水供應(yīng)，提高了裝置利用率。

（4）相對于傳統(tǒng)的直排雨水管道，大大提高了冷凝水的利用率，減少了水資源的浪費(fèi)，也在一定程度上降低了站內(nèi)水費(fèi)成本。

（5）空調(diào)系統(tǒng)冷凝水回收裝置運(yùn)行可靠，未發(fā)生過故障。

（6）空調(diào)系統(tǒng)冷凝水回收裝置操作簡單，可進(jìn)行靈活的切換，建造成本低廉，維護(hù)簡單、成本低。

（7）空調(diào)廢棄的冷量，即“隱形”電能，可以得到充分的利用。

5 結(jié)束語

節(jié)約水資源，其重要性不言而喻，充分利用空調(diào)冷凝水在一方面減少了水的廢棄，另一方面就是充分利用空調(diào)“廢棄”的電能用于換流閥的制冷，節(jié)能又減排。當(dāng)今，空調(diào)在各行各業(yè)應(yīng)用非常廣泛，當(dāng)前水資源情況嚴(yán)峻，回收利用空調(diào)冷凝水，無論從環(huán)保方面、資源利用，還是經(jīng)濟(jì)效益，都是非常有利的;在變電站和換流站工程設(shè)計(jì)中，把空調(diào)系統(tǒng)冷凝水回收結(jié)合到工程中去，在技術(shù)上是完全可行的，我們應(yīng)堅(jiān)決貫徹節(jié)能節(jié)水的理念，對我們這個(gè)水資源匱乏的國家來說具有很大的意義。

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