三峡电厂地下电站中央空调系统主机节能改造

柯 松，王广浩

（三峡水力发电厂，湖北宜昌 443133）

0 引言

三峡水利枢纽工程是举世闻名、全世界最大的水利枢纽工程。自建成以来，三峡工程发挥着巨大的防洪、通航作用，获得发电效益。作为世界上最大的水力发电厂，三峡电厂地处我国夏热冬冷地区，湿热期长，为保障厂内生产设备的可靠运行，安装了大量空调设备。全厂包括左岸电站、电源电站、右岸电站和地下电站。各个电站都有大型中央空调系统，空调设备额定总功率20 500 kW，其中空调主机总功率13 863 kW，大型空调压缩机107台，总制冷量38 930 kW。深入研究三峡电厂内各中央空调系统的能耗情况和节能潜力，提出节能优化改造方案，具有显著的社会效益和经济效益。

1 三峡电厂地下电站中央空调系统简介

1.1 系统概况

三峡电厂地下电站中央空调系统主机及空调机房布置在地下电站▽120.0 m平台，在该处建单层空调机房。空调机房室内布置2组ZK280组合式空气处理机。空调机房内另设水泵房、控制室，水泵房内布置7台卧式离心水泵，控制室内布置各类电气控制盘柜。空调主机布置在空调机房下游侧露天平台上，共5台LSF350M×4型模块式风冷冷水机组。冷水机组生产的冷冻水负责供给组合式空气处理机、地下电站母线支洞吊顶柜式风机盘管、地下电站▽67.0 m高程励磁变室吊顶柜式风机盘管及地下电站▽67.0 m高程母线廊道蓄电池室立式风机盘管。

1.2 主机运行情况

三峡电厂地下电站中央空调主机为露天布置（图1），每年5～10月份开机运行，每台年均运行时间约1728 h。由于太阳直射、夏季环境温度高等原因，导致换热效率较低，夏季实际测得制冷系数为2.5。

2 空调主机水喷雾降温节能优化改造实施

2.1 喷雾降温节能装置工作原理（图2）

图1 空调主机布置平面示意图

图2 水喷雾降温节能装置工作原理

水喷雾降温节能装置由软水器、储水箱、增压机构、电磁阀、雾化喷头及供水管网组成，其中软水器一端与水源相连接，另一端连接储水箱的入水口，储水箱的出水口与提高软化水压力的增压机构相连接，该增压机构经电磁阀与置于空调机组冷凝器高压侧的雾化喷头相连接。当空调系统运转时，处于监控状态的水喷雾降温节能装置通过电磁阀接收空调机组信号，空调机组运行，则电磁阀开启，将已经软水处理的水送至雾化喷头，向空调主机冷凝器喷射直径＜15 μm的水雾。水雾直接喷洒在冷凝器翅片上进行汽化吸热，使得冷凝器的整体散热量增大（冷凝器的整体散热量包括以下两部分：一部分是通过外界空气传导散热，另一部分是通过雾化的水滴汽化吸热），降低冷凝器的进气温度、冷凝压力，减少压缩机能耗，进而提升机组COP（制冷系数）达到节能目的。

需要指出的是，增压机构是给供水管网提供≥0.3 MPa的系统水压。经测量，地下电站▽120.0 m平台生活用水供水管（水源）出水口压力为0.6 MPa，故本方案中不需要设置增压机构。

2.2 改造措施（图3）

图3 改造后空调主机平面示意图

（1）在生活用水取水口处接DN25 mm镀锌水管，并安装DN25 mm闸阀1个、压力表1块，水管另一端接软水器进水口。

（2）软水器出水口接DN25 mm镀锌水管，水管另一端接不锈钢储水箱进水口，不锈钢储水箱出水口处安装浮球阀，储水箱底部安装DN15 mm放空管及放空阀，不锈钢储水箱尺寸为1500mm×1200 mm×1200 mm。

（3）不锈钢储水箱出水口接DN25 mm镀锌水管，水管沿地面水平布置至空调主机前方2 m处，再竖直升高距地面3 m，然后按图3所示沿空调主机U形布置。架高段水管每隔3 m设置管道固定支撑架。

（4）在U形供水环管上对应冷凝风机的管路部位处加装DN15 mm水喷雾供水支管、水喷雾喷头及配套管路附件，每相邻两台冷凝风机（空调机组每相邻2台冷凝风机共用一个控制信号，同时启停）对应各安装1个水喷雾喷头，5台空调机组共120个冷凝风机，共安装120水喷雾喷头。

（5）在每个水喷雾供水支管上安装一个球阀和一个电磁阀。球阀用于管路停水检修。电磁阀要求与对应的机组冷凝风机联动。当冷凝风机启动时，对应的电磁阀打开；当冷凝风机停止时，对应的电磁阀关闭。球阀、电磁阀、水喷雾喷头及配套管路附件具体安装位置见图4。

（6）水喷雾降温节能装置安装完成后，对供水管路进行打压试验，试验压力为工作压力的1.5倍，保持30 min，检查有无泄漏。

（7）开机试运行，调整水喷雾喷头出水孔开度，使出水呈雾状，并调整喷头喷射角，使水雾能覆盖整个冷凝器翅片表面。

3 节能优化综合效益评估

3.1 与直接使用液态喷淋水相比较

自来水经雾化喷头产生雾化水滴，微小的水滴被冷却空气带到冷凝器的翅片表面，一旦接触到热翅片后，将进行汽化吸热，最终转变成水蒸气。水所发生的汽化吸热过程是物态的转变过程，在满足同样的散热量条件下，雾化水滴通过物态相变所耗水量比液态喷淋水直接喷射在翅片上产生热传导所需水量要少很多。举例计算：水的比潜热约为2260 kJ/kg，而液态喷淋水喷射到翅片后若不发生相变，温升最多只有10℃，即每kg喷淋水只能带走42 kJ的热量，因此理论上雾化喷淋的耗水量只是直接水喷淋冷却的1/54。

图4 单台主机水喷雾降温节能装置安装图

3.2 改造前后耗电量比较

改造之前，空调主机冷凝器的高压侧压力在夏季平均约为1.9～2.0 MPa，预计改造之后降低至 1.5～1.6 MPa，下降 0.4 MPa，即冷凝温度从60℃降至50℃，粗略推算出机组的节能率约为20%，提高机组制冷系数至3.0。三峡地下电站中央空调系统近3 a的5～10月份实测平均年耗电量为4 075 000 kW·h，按节能率20%计算，可实现年度节能量815 000 kW·h。

3.3 经济效益预算

该方案总投资成本由设备成本和运行成本两部分组成。设备成本分为设备采购费用和人工安装费用，其中设备采购费用大约20 000元，人工安装费用约30 000元，工期20 d。运行成本主要由水费和设备维护费用组成。按照每个喷头水流量q=0.05 m3/h，每台主机24个喷头，年均运行时间1728 h/台计算，年度总耗水量10 368 t。电站内生活用水均取自自有水库，水费0.35元/t，年度用水费用3628.8元，设备每年运行维护费用20 000元，总投资73 628.8元。按年度节电815 000 kW·h，上网电价0.2元/kW·h计算，年度节省电费16.3万元，半年即可收回投资成本。

4 结语

水喷雾降温节能装置广泛应用于大中型商业楼宇中央空调系统主机，在大型水电站中央空调系统主机上应用尚属首次。该节能优化改造方案具有一定的探索研究意义，今后将持续跟踪记录改造后空调主机的能耗情况，为将来同类型水电站中央空调系统主机的节能优化改造方案提供理论依据。