厦门柔直工程空调系统冷凝水回收应用于换流阀 冷却的研究

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　　摘  要：针对厦门柔直换流站内组合式空气处理机组ZK40、多联空调机组产生的冷凝水较多，换流阀外冷水的用水量较高这一现状，研究柔直换流站空调系统冷凝水再回收装置，利用该装置收集的冷凝水，使空调系统废弃的冷量和水量用于换流阀外冷设备制冷，降低了换流阀外冷系统从工业水池汲取的水量，降低运行成本;空调冷凝水回收再利用，也是践行节约水资源、节能减排的一个很好的措施，可借鉴应用于其他换流站。
　　关键词：换流站;空调系统;冷凝水;换流阀冷却;回收再利用
　　中图分类号：TU991.2       文献标志码：A         文章编号：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
　　厦门柔直浦园、鹭岛换流站内设置了2类的空调通风系统，一类是用于换流阀所在阀厅的空调系统，一类是用于站内二次设备室、蓄电池室、阀冷控制设备室、站控及通讯设备室、休息室等场所的多联机空调系统;其中每一座换流站内设置极Ⅰ、极Ⅱ，每极阀厅均设置一套独立的阀厅空调系统，含2台ZK40空气处理机组，2台风冷螺杆式冷热水机组，用于维持阀厅内约20000m3的空间湿度保持在换流阀设备允许的温湿度范围内，每一座换流站内设置一套多联机系统，共有99台多联空调室内机，21台多联空调室外机，用于维持二次设备室、蓄电池室、阀冷控制设备室、站控及通讯设备室、休息室等场所保持在设计的温湿度范围内。
　　以阀厅空调系统为例，其冷热交换均在ZK40空气处理机组内完成;由于需维持阀厅与外界空气压差保持在5-10Pa的微正压，当外界新风与阀厅回风混合后，空气湿度较高，在ZK40空气处理机组内的表冷器进行热交换，因表冷器的壁面温度低于室外空气露点温度，混合风所含的水蒸气在表冷器壁面析出而结露，当露珠增大到一定程度会滑落到表冷器下方的冷凝水盘，从而形成了冷凝水，其简易示意图如图1所示。
　　2 存在问题与冷凝水排放现状分析
　　空调冷凝水水量估算：
　　以阀厅空调系统为例，在阀厅温度26℃、湿度57%RH的情况下，对ZK40机组排出的冷凝水进行采集估算，用采集容器进行采集估算，一台运行的ZK40空气处理机组20秒的冷凝水量为0.35L（冷凝水温度在16℃左右）;假设阀厅湿度基本保持在57%RH左右，那么：
　　单极一天可以产生的冷凝水量为：（0.35L*3）*60分*24时=1512L（16℃左右，单极）。
　　单极一个月可以产生的冷凝水为：（0.35L*3）*60分*24时*30天=45360L（16℃左右，单极）。
　　双极一天可以产生的冷凝水量为：（0.35L*3）*60分*24时*2=3024L（16℃左右，双极）。
　　双极一个月可以产生的冷凝水为：（0.35L*3）*60分*24时*30天*2=90720L（16℃左右，双极）。
　　以上所进行的估算，还不包含多联机空调系统的冷凝水，由此可见，换流站内的空调系统可以产生数量较为可观的冷凝水。
　　因未把多联机产生的空调冷凝水计量在内，可假设这部分的水量為冷凝水流到外冷水池中因保温不当的冷量损失，当换流站内单极带100MW负荷运行时，换流阀阀冷的进水管温度26℃，出水管温度27.2℃，水流量平均为157.7L/S，那么每秒水带走的热量为：Q吸=cm（t-t0）=4.2×103J/（kg·℃）×157.7kg×（27.2-26）℃≈0.794×106J，其中c为比热能;每个时刻有200×6个换流阀子模块在运行，那么一个换流阀在带100MW运行时，每秒产生的热量为Q吸/1200≈0.66×103J的热量;运行24小时所产生的热量为0.66×103J×24×60×60≈57×106J的热量。 　　通过前面的估算，我们可知，一座换流站每天可产出约1512L的16℃冷凝水，那么这些冷凝水从加热到100℃到蒸发所需的热量为：
　　Q吸1=cm（t-t0）=4.2×103J/（kg·℃）×1512kg×（100-16）℃≈5.33×108J
　　计算1512L的100℃冷凝水到蒸发所吸收的热量，由于水在100℃时，其在标准大气压下水的汽化潜热是2257.2kJ/kg，因此吸收的热量为：
　　Q吸2=1512L*2257.2kJ/kg=3.4128×106kJ≈3.4128×109J
　　因此在理想条件下，一天产生的1512L，16℃的冷凝水可带走在极100MW负荷运行时3.4128×109J/0.057×109J≈59.87个子模块所产生的热量，即能带走单极阀厅100MW运行时所产生热量的59.87/1200×100%≈4.989%，由此可推断，冷凝水用于换流阀的制冷效果良好。
　　目前站内阀厅空调及其多联机空调系统的冷凝水作为废水均通过站内的雨水管道往外排放，这也是目前大量工程采用的通用做法。这种做法不仅浪费了大量水量及其冷凝水所含的冷量，而且有时还会对环境产生不良的影响;在今天水资源非常匮乏的情况下，这种做法显然不合理，而且目前站内的换流阀外冷却系统每天需要耗费100吨的水用于对换流阀的冷却。
　　空调冷凝水水质酸碱度为中性，与蒸馏水相近，电导率低，满足阀外冷水池的要求。
　　目前尚未有利用冷凝水来对阀外冷系统进行利用的应用，基于此，本文提出利用阀厅及多联机空调系统的冷凝水来对外冷却系统进行制冷，可提高水资源的利用率，充分利用冷凝水的冷量，在换流站运行中贯彻节能减排的理念并应用于实际。
　　3 空调系统冷凝水回收应用于换流阀冷却系统的设计
　　换流站内冷凝水回收系统的设计。
　　如图2中，1-冷凝水回收系统主管道（含保温棉）;2-手动三通阀;3-冷凝水流量计;4-手动球阀;5-冷凝水Y型过滤器;6-缓冲水箱;7-雨水井。
　　在该冷凝水回收系统中，设置了三个出水口，两个出水口可把冷凝应用于极Ⅰ、极Ⅱ的阀外冷水池，即该系统可以实现一套冷凝水回收装置对极Ⅰ阀外冷水池、极Ⅱ阀外冷水池或极Ⅰ、Ⅱ进行供水，另外一个出水口用于往外排污水，设计的阀门2、4用于这四种方式的切换。
　　在本装置中，上述冷凝水输水主管1在设置了冷凝水流量计3，以对回收的冷凝水系统回收的冷凝水量进行统计，也便于对设备区的运行状态进行分析，通过判断冷凝水量的大小，也可间接的判断换流站室内设备区总体湿度的变化大小。
　　为了进行水质过滤，在三通阀的分支管上设有Y型过滤器5，以对冷凝水进行充分过滤，滤除杂质，避免管道堵塞，减少进入外冷水池的杂质。
　　本装置中，因阀外冷系统水池及水池上部的冷却塔检修时，需要对冷却塔进风口滤网进行清洗，这时，可不必关闭手动球阀4，让冷凝水继续流到缓冲水池内，清洗时可从缓冲水池内取水，或在平常物业地面清洗时可也利用冷凝水，在起到作为沉淀过滤作用的同时，也提高了水资源的利用率。
　　所设计装置的工作过程为：主控楼三楼的极Ⅰ空调设备室的极ⅠZK40#1A、极ⅠZK40#2A、三楼极Ⅰ侧多联空调机组冷凝水管汇流;主控楼三楼的极Ⅱ空调设备室的极ⅡZK40#1A、极ⅡZK40#2A、三楼极Ⅱ侧多联空调机组冷凝水管汇流;二楼极Ⅰ侧多联空调机组冷凝水管汇流，二楼极Ⅱ侧多联空调机组冷凝水管汇流;一楼极Ⅰ侧多联空调机组冷凝水管汇流，一楼极Ⅱ侧多联空调机组冷凝水管汇流;冷凝水回收系统管道在一楼的走廊顶部通过三通阀2实现对冷凝水的分流，如极ⅠZK40#1A、极ⅠZK40#2A、极ⅡZK40#1A、极ⅡZK40#2A机组内要进行检修清洗或极Ⅰ、Ⅱ阀外冷水池同时检修清洗时，可通过三通阀2把水流方向调往雨水井7的方向;接着通过冷凝水流量计3，流量计可显示瞬时的冷凝水水流量、温度、累计收集的冷水流量大小;接着联接到两个手动球阀4上，设置两个二通阀的目的是可切换冷凝水的排向，如换流站极Ⅰ在运行且极Ⅱ在停运状态时，关闭极Ⅱ侧的手动球阀且打开极Ⅰ侧的手动球阀，则水会从手动球阀的上侧溢满而进入极Ⅰ的阀冷水池1，如两极同时运行，回收的冷凝水回均流到阀冷水池1和阀冷水池2内;接着联接到透明的Y型过滤器5，设置Y型过滤器一方面在于过冷凝水中含有的杂质，另一面通过透明的过滤器5，运行巡视人员可通过水流状况判断冷凝水管道是否通畅，发现堵塞时可及时处理;接着联接到缓冲水池5，缓冲水池采用低进水高出水的方式，也可起到一定沉淀过滤作用;最终进入阀冷水池1、阀冷水池2内。
　　4 空调系统冷凝水回收系统应用效果分析
　　冷凝回收装置样机完成研制后，对空调系统冷凝水回收装置的应用效果进行了现场测试。
　　从2019年11月13日早上现场调试完毕，对冷凝水收集水量进行统计，如表1所示。
　　表1 冷凝水回收数量统计表
　　（1）空调系统冷凝水回收装置平均每天约可收集
　　24H*60min*1.1=1584L，一年保守估计至少约可收集360*1584=570240L的空调冷凝水，夏季空气湿度会偏高，收集量可能会更多。
　　（2）设计的三通阀可灵活切换，及时排出ZK40空气处理机组所产生的污水，未发生堵塞。
　　（3）空调系统冷凝水回收装置实现了一对多水池的冷凝水供应，提高了装置利用率。
　　（4）相对于传统的直排雨水管道，大大提高了冷凝水的利用率，减少了水资源的浪费，也在一定程度上降低了站内水费成本。
　　（5）空调系统冷凝水回收装置运行可靠，未发生过故障。
　　（6）空调系统冷凝水回收装置操作简单，可进行灵活的切换，建造成本低廉，维护简单、成本低。
　　（7）空调废弃的冷量，即“隐形”电能，可以得到充分的利用。
　　5 结束语
　　节约水资源，其重要性不言而喻，充分利用空调冷凝水在一方面减少了水的废弃，另一方面就是充分利用空调“废弃”的电能用于换流阀的制冷，节能又减排。当今，空调在各行各业应用非常广泛，当前水资源情况严峻，回收利用空调冷凝水，无论从环保方面、资源利用，还是经济效益，都是非常有利的;在变电站和换流站工程设计中，把空调系统冷凝水回收结合到工程中去，在技术上是完全可行的，我们应坚决贯彻节能节水的理念，对我们这个水资源匮乏的国家来说具有很大的意义。
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