三峽電廠地下電站中央空調系統主機節能改造

柯 松，王廣浩

（三峽水力發電廠，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，三峽工程發揮著巨大的防洪、通航作用，獲得發電效益。作為世界上最大的水力發電廠，三峽電廠地處我國夏熱冬冷地區，濕熱期長，為保障廠內生產設備的可靠運行，安裝了大量空調設備。全廠包括左岸電站、電源電站、右岸電站和地下電站。各個電站都有大型中央空調系統，空調設備額定總功率20 500 kW，其中空調主機總功率13 863 kW，大型空調壓縮機107臺，總制冷量38 930 kW。深入研究三峽電廠內各中央空調系統的能耗情況和節能潛力，提出節能優化改造方案，具有顯著的社會效益和經濟效益。

1 三峽電廠地下電站中央空調系統簡介

1.1 系統概況

三峽電廠地下電站中央空調系統主機及空調機房布置在地下電站▽120.0 m平臺，在該處建單層空調機房。空調機房室內布置2組ZK280組合式空氣處理機。空調機房內另設水泵房、控制室，水泵房內布置7臺臥式離心水泵，控制室內布置各類電氣控制盤柜。空調主機布置在空調機房下游側露天平臺上，共5臺LSF350M×4型模塊式風冷冷水機組。冷水機組生產的冷凍水負責供給組合式空氣處理機、地下電站母線支洞吊頂柜式風機盤管、地下電站▽67.0 m高程勵磁變室吊頂柜式風機盤管及地下電站▽67.0 m高程母線廊道蓄電池室立式風機盤管。

1.2 主機運行情況

三峽電廠地下電站中央空調主機為露天布置（圖1），每年5～10月份開機運行，每臺年均運行時間約1728 h。由于太陽直射、夏季環境溫度高等原因，導致換熱效率較低，夏季實際測得制冷系數為2.5。

2 空調主機水噴霧降溫節能優化改造實施

2.1 噴霧降溫節能裝置工作原理（圖2）

圖1 空調主機布置平面示意圖

圖2 水噴霧降溫節能裝置工作原理

水噴霧降溫節能裝置由軟水器、儲水箱、增壓機構、電磁閥、霧化噴頭及供水管網組成，其中軟水器一端與水源相連接，另一端連接儲水箱的入水口，儲水箱的出水口與提高軟化水壓力的增壓機構相連接，該增壓機構經電磁閥與置于空調機組冷凝器高壓側的霧化噴頭相連接。當空調系統運轉時，處于監控狀態的水噴霧降溫節能裝置通過電磁閥接收空調機組信號，空調機組運行，則電磁閥開啟，將已經軟水處理的水送至霧化噴頭，向空調主機冷凝器噴射直徑＜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），降低冷凝器的進氣溫度、冷凝壓力，減少壓縮機能耗，進而提升機組COP（制冷系數）達到節能目的。

需要指出的是，增壓機構是給供水管網提供≥0.3 MPa的系統水壓。經測量，地下電站▽120.0 m平臺生活用水供水管（水源）出水口壓力為0.6 MPa，故本方案中不需要設置增壓機構。

2.2 改造措施（圖3）

圖3 改造后空調主機平面示意圖

（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、壓力表1塊，水管另一端接軟水器進水口。

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

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

（4）在U形供水環管上對應冷凝風機的管路部位處加裝DN15 mm水噴霧供水支管、水噴霧噴頭及配套管路附件，每相鄰兩臺冷凝風機（空調機組每相鄰2臺冷凝風機共用一個控制信號，同時啟停）對應各安裝1個水噴霧噴頭，5臺空調機組共120個冷凝風機，共安裝120水噴霧噴頭。

（5）在每個水噴霧供水支管上安裝一個球閥和一個電磁閥。球閥用于管路停水檢修。電磁閥要求與對應的機組冷凝風機聯動。當冷凝風機啟動時，對應的電磁閥打開；當冷凝風機停止時，對應的電磁閥關閉。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）水噴霧降溫節能裝置安裝完成后，對供水管路進行打壓試驗，試驗壓力為工作壓力的1.5倍，保持30 min，檢查有無泄漏。

（7）開機試運行，調整水噴霧噴頭出水孔開度，使出水呈霧狀，并調整噴頭噴射角，使水霧能覆蓋整個冷凝器翅片表面。

3 節能優化綜合效益評估

3.1 與直接使用液態噴淋水相比較

自來水經霧化噴頭產生霧化水滴，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，將進行汽化吸熱，最終轉變成水蒸氣。水所發生的汽化吸熱過程是物態的轉變過程，在滿足同樣的散熱量條件下，霧化水滴通過物態相變所耗水量比液態噴淋水直接噴射在翅片上產生熱傳導所需水量要少很多。舉例計算：水的比潛熱約為2260 kJ/kg，而液態噴淋水噴射到翅片后若不發生相變，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 單臺主機水噴霧降溫節能裝置安裝圖

3.2 改造前后耗電量比較

改造之前，空調主機冷凝器的高壓側壓力在夏季平均約為1.9～2.0 MPa，預計改造之后降低至 1.5～1.6 MPa，下降 0.4 MPa，即冷凝溫度從60℃降至50℃，粗略推算出機組的節能率約為20%，提高機組制冷系數至3.0。三峽地下電站中央空調系統近3 a的5～10月份實測平均年耗電量為4 075 000 kW·h，按節能率20%計算，可實現年度節能量815 000 kW·h。

3.3 經濟效益預算

該方案總投資成本由設備成本和運行成本兩部分組成。設備成本分為設備采購費用和人工安裝費用，其中設備采購費用大約20 000元，人工安裝費用約30 000元，工期20 d。運行成本主要由水費和設備維護費用組成。按照每個噴頭水流量q=0.05 m3/h，每臺主機24個噴頭，年均運行時間1728 h/臺計算，年度總耗水量10 368 t。電站內生活用水均取自自有水庫，水費0.35元/t，年度用水費用3628.8元，設備每年運行維護費用20 000元，總投資73 628.8元。按年度節電815 000 kW·h，上網電價0.2元/kW·h計算，年度節省電費16.3萬元，半年即可收回投資成本。

4 結語

水噴霧降溫節能裝置廣泛應用于大中型商業樓宇中央空調系統主機，在大型水電站中央空調系統主機上應用尚屬首次。該節能優化改造方案具有一定的探索研究意義，今后將持續跟蹤記錄改造后空調主機的能耗情況，為將來同類型水電站中央空調系統主機的節能優化改造方案提供理論依據。