摘要:拌和制冷系統是水利工程拌制溫控混凝土的關鍵，其具有與季節環境反差特性，決定制冷系統高能耗及偏低的環境親和性。通過創新改造制冷系統局部工藝及構造，回收制冷系統中眾多冷凝器運行伴生的溫水用于系統的蒸發器表面沖霜，回收氣力輸冰的預冷空氣實現循環再利用。在降低制冷系統能耗、提高運行工效的同時，緩解系統產生的廢棄物對周邊生態環境的影響。

關鍵詞:水利工程;制冷系統;拌和;蒸發器;氣力輸送

廣西大藤峽水利樞紐工程位于珠江流域西江水系的黔江河段末端，是紅水河梯級規劃中最末一個梯級電站。工程主要任務為防洪、航運、發電、補淡壓咸、灌溉等綜合利用。樞紐建筑物主要包括泄水、發電、通航、擋水、灌溉取水及過魚建筑物等。擋水建筑物由黔江主壩、黔江副壩、南木江副壩組成。大藤峽船閘工程混凝土總量約240 萬m3 ，原規劃混凝土澆筑強度高峰月在2017 年8 月，月澆筑預冷混凝土量為9 ．35 萬m3 。系統設計能力:預冷混凝土高峰期澆筑強度為290m3/h(出機口溫度11 ℃)。工程實施期間，提高了混凝土溫控標準:原規劃預冷混凝土出機口溫度為11 ℃，月澆筑強度為9 ．35 萬m3/月;實施期間要求預冷混凝土出機口溫度為7 ℃，月澆筑強度達到12 ．3 萬m3/月?；炷翜乜貥藴矢訃揽粒A冷混凝土澆筑強度提高約30%，給拌和制冷系統帶來嚴峻挑戰。為滿足混凝土出機口溫度和月澆筑高峰強度的要求，擬擴充拌和制冷系統容量。改造內容主要包括:骨料輸送系統改造、一次風冷料倉擴建、制冷系統改造、拌和樓儲料罐改造、電氣系統改造、拌和樓的隔熱改造、運輸車輛保溫改進、倉面噴霧措施改進、船閘混凝土二期通水冷水機組增加，以及其他相關配套設施改造。

1 拌和制冷系統局部工藝改造

預冷混凝土的重點是風冷骨料，骨料二次風冷是拌制出機口溫度小于或等于7 ℃的預冷混凝土的關鍵［1 ］。混凝土骨料預冷措施包括預冷綜合措施、常規一次風冷預冷骨料技術、二次風冷骨料技術。拌制出機口溫度小于或等于7 ℃的混凝土主要預冷措施是采用“兩次風冷骨料及加冰”技術預冷混凝土［2 ］，即在地面骨料倉內第一次用冷風風冷粗骨料，在拌和樓料倉內第二次通風風冷粗骨料，最后以片冰代替水拌和混凝土;拌制出機口溫度小于或等于7 ℃的預冷混凝土需在拌和過程中添加片冰。拌和制冷系統優選制冰設備即可保證片冰的生產能力，但片冰輸送供應存在亟待解決的問題。輸送片冰目前廣泛采用氣力輸送方式;氣力輸冰，其輸送距離長、輸送設備安裝方便，但碎冰堵塞是制約氣力輸冰的關鍵。氣力輸冰堵塞主要體現在輸冰管路堵塞、冰稱及冰稱前的螺旋位置堵塞、臨時儲存碎冰的冰倉內堵塞。解決氣力輸冰管路堵塞問題，需保持碎冰干燥的同時采用冷空氣作為輸冰載體，避免片冰溫升造成冰堵;解決冰倉及螺旋機構堵塞問題，可采取移動儲冰代替固定儲冰，用立體取冰代替分層取冰避免冰庫底部強固結冰，改變冰倉輸冰方式可解決冰倉堵塞難題。拌和制冷系統設有大量的蒸發器設施，制冷系統運行時為了提高蒸發器的熱傳導效率，每天須定時對蒸發器進行沖洗，去除蒸發管表面的結霜。蒸發器沖霜一般選擇常溫水，但沖霜時水量需求大，若按照最大沖霜水量配置需建造超出常規拌和系統用水量4 ～7 倍的供水系統，將造成拌和供水系統過于冗余。解決蒸發器常溫水沖霜的問題，可收集制冷系統冷凝器運行伴生的溫水作為沖霜水，溫水沖霜工效高，可降低對制冷系統干擾。

2 蒸發器化霜提高運行工效

拌和制冷系統的冷風、冷水及片冰，通常由制冷系統中的蒸發器(吸收熱量)和冷凝器(釋放熱量)往復運轉生產制備。制冷劑由氣態轉變為液態，是一個冷凝釋放熱量過程;由液態轉變為氣態，是一個蒸發吸收熱量過程［3 ］。運用制冷劑相態變化與吸收(釋放)熱量相關性，在制冷系統的冷凝器運行時，制冷劑蒸汽介質降溫液化，對外釋放熱量，釋放熱量被外部循環水吸收;蒸發器中液態制冷劑介質吸收熱量升溫汽化，吸收需被降溫對象的熱量。為提高拌和制冷系統中蒸發器的熱傳導效率，每天須定時對蒸發器用水進行沖洗，去除蒸發管表面的結霜。

2 ．1 蒸發器結霜處理

制冷系統設置大量蒸發器(冷凝器)吸收或釋放熱量生產冷風、冷水及冰。蒸發器沖霜通常選用常溫水，要求的瞬時水量大，一般是常規拌和系統平均用水量的5 ～8 倍。若按照最大沖霜水量配置，將建造冗余度較大的供水系統，造成固定成本浪費;若按照拌和系統平均用水量配置，沖霜水量將不足，會延長沖霜時間，擠占制冷系統的有效工作時間。

2 ．2 回收冷凝器溫水沖霜

制冷系統冷凝器運行時蒸汽在其內部釋放熱量降溫而液化，熱量傳給冷凝器外部循環水;水吸收釋放的熱量，可獲取制冷系統副產品―――溫水;回收并臨時存儲溫水，將溫水作為蒸發器定時沖霜、化霜介質。制冷系統冷凝器產生的溫水作為各蒸發器定時沖霜介質，解決了在傳統常溫水沖霜方式下的工效低、工作時間長、水資源浪費嚴重的問題。回收制冷系統冷凝器溫水沖霜主要包括補水系統、內循環水系統、外循環水系統、沖霜系統，其中外循環水系統主要由沖霜水池和外循環泵組成，沖霜系統主要由沖霜水泵、污水靜水池、控制閘閥組成。回收冷凝器溫水沖霜工藝見圖1 ?；厥諘捍嬷评湎到y冷凝器運行伴生品―――溫水，在需對蒸發器的蒸發管表面結霜沖洗時，可抽取溫水進行沖霜作業。利用制冷系統副產品―――溫水作為沖霜介質，提高化霜、沖霜工效，降低水資源消耗，確保蒸發器熱傳導工效的同時，避免制冷系統副產品(溫水)無功排放，降低制冷系統對周邊環境的影響。

3 控制氣力輸冰能耗

3 ．1 氣力輸冰

氣力輸送碎冰方式目前采用較為廣泛。氣力輸冰輸送距離長，輸送設備安裝方便，但碎冰堵塞是制約氣力輸冰的關鍵。氣力輸冰的機理:從冰庫中輸出經深冷處理的片冰與低壓高速氣流混合，形成冰、氣兩相流，通過管路送到用冰點［4 ］。用冰點內冰氣分離，片冰依靠重力墜落進入小冰倉臨時存儲，而預冷空氣排入大氣。為保證輸冰連續性，避免片冰溫升造成冰堵，需嚴格控制輸冰氣體溫度。氣力輸冰的主要問題是堵管［5 ］，造成輸冰停止，影響輸冰的連續性和效率。冰是一種透明的六方晶體，在常壓下冰的熔點為0 ℃，熔點隨著壓力的增高而降低;冰的溫度越低，其導熱性能越好;冰的溫度越低，其抗壓強度越高。根據冰的物理特性，氣力輸冰時由于摩擦、機械動力等多種原因造成片冰溫度的升高，進而凝結成團堵塞管道;或者片冰逐步黏附在管壁上，使得輸冰停滯。輸冰的氣體溫度高，冰凝結成團，在氣力輸送過程中易破碎，使得表面傳熱面積增加，進一步加劇片冰溫度升高;片冰吸熱熔化增加黏附性。要解決氣力輸冰過程中冰堵、結團等問題，需控制或降低輸冰氣體的溫升。輸氣溫度低，片冰的溫度就低，其抗壓強度就越高，片冰外形易保持完整，在輸送管道內碎冰可保持懸浮狀態。片冰在輸送過程中通過管道時產生的摩擦力和附著力小，氣力輸冰效率越高。

3 ．2 回收氣力輸冰的預冷空氣

氣力輸冰系統采用的是開放式輸氣系統，造成輸冰預冷空氣自由溢散浪費，輸冰能耗高。改造氣力輸冰系統，不改變氣力輸冰工藝原理，只將原排入大氣的預冷空氣回收，送回羅茨風機車間，降低車間環境溫度，從而降低風機氣源溫度?；厥諝饬敱念A冷空氣流程見圖2 。氣力輸冰中的預冷空氣回收系統，包括輸送系統和氣源回收系統。輸送系統包括密封輸送管道以及設置在密封輸送管道上的關風機;密封輸送管道的輸入端與動力氣源連接，輸出端與卸料倉連接。卸料倉上設有氣源回收系統，回收管道一端與卸料倉連接，另一端與動力氣源工作間連接;動力氣源設置在隔熱保溫的獨立工作間內。輸冰預冷空氣通過氣源回收系統實現循環再利用，在降低輸冰能耗的同時提高輸冰效率。

4 拌和制冷系統節能降耗改造工程應用

大藤峽船閘項目拌和制冷系統于2017 年正式投入使用。2017 年澆筑混凝土約71 萬m3 ，其中:溫控混凝土月澆筑量為58 ．5 萬m3;12 月的日最高澆筑混凝土量達6463m3 ，月澆筑混凝土量突破13 萬m3 。2018 年澆筑混凝土約126 ．2 萬m3 ，其中:溫控混凝土約117 ．1 萬m3;月最高澆筑強度13 ．2 萬m3/月，平均月澆筑強度超過10 萬m3/月。改造后的氣力輸冰系統，在外界溫度30 ℃條件下，可以在氨冷卻器出口獲得6 ℃的預冷空氣。與改造前的氣力輸冰系統比較，冷風溫度降低了近50%。輸冰阻力減少，工效提高;堵管現象減少;也避免了預冷空氣排放對環境的影響。氣力輸冰預冷空氣回收再利用提高了輸冰效率、降低輸冰能耗，與改造前的氣力輸冰系統相比，每立方米預冷混凝土成本降低約1 ．5 元。拌和系統平均用水量150m3/h，制冷系統冷凝器需980m3/h常溫水沖霜，化霜時間為0 ．5h。改造冷凝器沖霜工藝，回收制冷系統蒸發器伴生的溫水用于冷凝器沖霜，溫水沖霜時間短、工效高，拌和系統平均用水量即能滿足沖霜用水的需求。

5 結論

制冷系統局部創新改造，回收制冷系統冷凝器運行伴生的溫水，用于蒸發器定時沖霜、化霜，減少水資源損耗，解決使用常溫水沖霜工效低、化霜不徹底、沖霜作業時間長的難題，同時避免溫水無功損耗。回收氣力輸冰的預冷空氣，避免輸冰冷空氣自由溢散，將輸冰的預冷空氣作為循環氣源，降低氣力輸冰能耗，解決氣力輸冰易堵管、結團及能耗過高等難題，緩解制冷系統排放物對周邊生態環境的影響，與周邊環境更加親和。拌和制冷系統局部節能降耗創新改造在廣西大藤峽船閘工程成功應用，取得較好的節能環保效益，后續將進一步開展拌和制冷系統節能改造，促進制冷系統節能、低碳、高效運行，同時與周邊環境更和諧。

［1 ］龍慧文，李紅麗，張駿．混凝土骨料二次風冷技術［J］．湖北水力發電，2007(4):16 －18 ．

［2 ］龍慧文，羅清．兩次風冷骨料新技術在三峽工程中的應用［J］．水利水電快報，2001 ，22(15):6 －8 ．

［3 ］唐富強．蒸發冷凝器的工作原理及其在合成氨冷凍系統中的應用［J］．企業技術開發，2014 ，33(23):58 －59 ．

［4 ］劉友元，吳燕明．冰庫及氣力輸冰系統在生產預冷混凝土中的應用［J］．建筑機械，2001(2):34 －36 ．

［5 ］何建波，淺談氣力輸送系統堵管處理［J］．工業C，2015(14):87 －88 ．