熱力發電廠循環水系統優化設計探討

李偉彬

（河北國華滄東發電有限責任公司,河北 滄州 061113）

1 引言

循環水系統是火力發電廠的重要組成部分，循環水系統及其設備運行的安全、經濟、可靠性將對整個電廠的安全、經濟運行起著至關重要的影響。

2 大型火力發電機組循環水系統現狀

目前國內投運的600MW火力發電機組相配套的循環水系統，根據冷卻水源的狀況不同大致可分為開式和閉式兩種形式。比較突出的優點體現在以下幾方面：

（1）采用技術先進的設備，提高了運行可靠性。循環水泵采用國際先進技術水平的進口設備，型式：立軸、固定轉速、固定葉片、單級混流泵, 由立式感應電動機驅動。設備具有長周期運行能力，不需要定期輪換、檢修，而且大大降低了檢修與運行維護費用。

（2） 由于沒有設置備用循環水泵，從而簡化了系統，減少了占地面積，大幅度降低了循環水系統的一次性投資。

（3）循環水泵出口門采用了能夠快速關閉的液動蝶閥，在循環水泵故障時，能夠快速關閉出口門，有效地阻止循環水泵倒轉的時間和速度，提高了系統運行的安全、可靠性。

（4）采用擴大單元制循環水系統，使運行方式更加靈活，能夠有效地提高系統運行的經濟性。例如：國華滄電一期工程2х600MW機組循環水系統采用的就是比較典型的擴大單元制循環水系統，即：單機單管配雙泵，在兩臺機組的兩條循環水母管之間加一條串聯兩個電動蝶閥的聯絡管。該系統在夏季采用單元制運行方式，即將聯絡管電動蝶閥關閉，每臺機組由各自的兩臺循環水泵單獨供水；春、秋季節及寒冬季節根據水溫和凝汽器真空情況，采用擴大單元制運行方式，即開啟聯絡管道的電動蝶閥，兩臺機組由三臺循環水泵供水，停止一臺循環水泵做備用。這樣的運行方式，在兩臺機組同時運行時可節約1臺循環水泵電機的能耗。

（5）采用循環水串聯通過的雙倍壓凝汽器。優點是減少循環水量，降低平均排汽壓力，提高機組經濟性。

上述循環水系統盡管采用了比較先進的設備，系統的優化設計方面和從前比也有了較大的進步，整體組成比較簡單，運行經濟性、可靠性方面也有了較大的改進。但是在實際運行中發現，該系統還是存在一些需要解決的難題，和國外先進的技術相比還存在一些需要改進的地方，常見的問題有以下幾方面：

1） 循環水泵出口蝶閥液壓系統控制電磁閥一旦失電，將會造成循環水泵出口液壓蝶閥誤關，嚴重的后果會直接造成汽輪機循環水中斷，機組低真空保護低動作停機；

2）循環水泵出口液壓蝶閥控制油站的升壓油泵停止運行，將會導致控制油壓下降，循環水泵出口門關閉，同樣會造成循環水中斷停機事故；

3）對于擴大單元制的循環水系統，當兩臺機組3臺循環水泵運行時，如果發生任意一臺運行的循環水泵事故跳閘，有可能會導致兩臺機組同時低真空保護動作跳閘，造成全廠對外停電的重大事故；

4）對于同一臺機組來說，也同樣存在著一臺循環水泵跳閘出口蝶閥不能夠立即關閉，發生循環水泵倒轉，可能會引起機組減負荷或低真空保護動作停機的事故。

5）循環水泵在啟動前，需要向系統注滿水方可啟動，啟動時間相對較長。

3 循環水系統優化設計方案探討

（1）循環水系統采用單元制,使系統簡化，有利于在循環水系統設備故障時，防止事故擴大；

（2）每臺機組配備2臺50%容量的循環水泵，不設置備用的循環水泵，節省一次性投資費用；

（3）泵出口設置能夠快速關閉的液動蝶閥，以防止故障停止的循環水泵長時間快速倒轉問題；

（4）根據實際情況，采取單臺循環水泵對應單獨的循環水供水管道，防止事故泵影響運行泵，使事故擴大；

（5）循環水系統向公用系統供水分別由兩條出口壓力供水管供到供水母管，供水閥門采用能夠快速關閉的蝶閥（蝶閥的動作與循環水泵電機開關聯動）并串聯逆止閥，防止任意一臺循環水泵跳閘時，公用冷卻水系統的水倒流，造成公用系統事故；

（6）循環水泵電機采用變頻率電機，在環境溫度較高季節采用高速運行；當環境溫度較低時，采用低速運行方式，可節約相當可觀的常用電能。例如：國華綏中發電有限責任公司引進的俄羅斯800MW機組，所采用的開式運行循環水系統。每臺機組配備兩臺雙速循環水泵，運行方式如下表：

季節 春季 夏季 秋季 冬季運行方式 一臺高速一臺低速 兩臺高速 一臺高速一臺低速一臺高速一臺低速電耗 6500kw-8000kw 8000kw 6500kw-8000kw 5000kw-6500kw節電率( %) 0—18.75 0 0—18.75 18.75—37.5

（7）對于開式循環水系統，由于循環水泵出口壓力較低，停泵時倒轉的時間較短，最高倒轉速度比閉式泵低。所以，開式循環水系統的循環水泵應該具有允許倒轉的功能可不設出口蝶閥。這種系統設計方案，一方面可節省部分投資費用，另外還可以節省大量的檢修及運行維護費用。

（8）在開式循環水的排水口安裝合適功率的水輪發電機組，2臺600MW機組配備的4臺循環水泵排水口可安裝2臺約600KW的水輪發電機組。利用循環水排水能頭發電，即可帶來可觀的節能降損效益。例如：國華綏中發電有限責任公司2臺800MW機組在循環水排水口安裝2臺800KW的水輪發電機組，在兩臺機組運行時，水輪發電機出力經常保持在600kW以上，不但具有明顯的節能效果，更重要的是能夠有效地降低循環水排水能頭和水溫，起到減少對環境的噪聲污染和溫度對海洋環境的副作用。

4 結束語

循環水系統的組成和運行方式對于熱力發電廠的安全和經濟性的影響是不容忽視的，目前由于我國機組容量大小差異、形式差異較大，循環水系統的組成和運行方式也是各不相同，在安全性、經濟性改進方面還有很大的潛力可挖。對于已投產的機組可根據實際情況進行改造，本文提出了經過實踐驗證的改進建議，供設計部門和投資決策部門參考。