海濱火電機(jī)組與內(nèi)陸火電機(jī)組冷卻水系統(tǒng)對(duì)比與分析

李　麟，陸　杰，黃建錢，焦世榮

(1. 上海電力建設(shè)啟動(dòng)調(diào)整試驗(yàn)所，上海　200031；2. 神華神東電力重慶萬州港電有限公司，重慶　404027；3. 神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司，福建 泉州　362000)

?

海濱火電機(jī)組與內(nèi)陸火電機(jī)組冷卻水系統(tǒng)對(duì)比與分析

李麟1，陸杰1，黃建錢2，焦世榮3

(1. 上海電力建設(shè)啟動(dòng)調(diào)整試驗(yàn)所，上海200031；2. 神華神東電力重慶萬州港電有限公司，重慶404027；3. 神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司，福建 泉州362000)

摘要：循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在火力發(fā)電廠中起著維持凝汽器真空度、保證輔機(jī)部件安全運(yùn)轉(zhuǎn)的重要作用。以新建的2×1 000 MW神福鴻山電廠和神東萬州電廠為原型對(duì)海濱火電機(jī)組與內(nèi)陸火電機(jī)組的冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致的對(duì)比，討論了以海水為循環(huán)水源的海濱電廠和以淡水為循環(huán)水源的內(nèi)陸電廠在循環(huán)水系統(tǒng)、開式水系統(tǒng)、閉式水系統(tǒng)以及相關(guān)設(shè)備方面的差異，并結(jié)合這些差異分析了各自的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：1 000 MW機(jī)組；冷卻水系統(tǒng)；內(nèi)陸電廠；海濱電廠

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在火電工程中有著十分重要的地位[1]。近年來，隨著大型燃煤機(jī)組能耗的不斷降低、新型脫硫脫硝技術(shù)的成熟運(yùn)用，大規(guī)模燃煤機(jī)組獲得了快速的發(fā)展。燃煤機(jī)組根據(jù)冷卻水的不同，主要可以分為以淡水為冷卻水源的內(nèi)陸機(jī)組以及以海水作為冷卻水源的海濱機(jī)組。

內(nèi)陸機(jī)組與海濱機(jī)組在設(shè)計(jì)、建設(shè)、安裝以及調(diào)試過程中有著很多的不同。其中最大的差異在于冷卻水系統(tǒng)的不同，在這方面，有諸多工程師進(jìn)行了論述[2-5]。本文選取采用海水作為循環(huán)冷卻水源的神福鴻山電廠以及采用淡水為冷卻水源的神東萬州電廠為例，對(duì)大功率的海濱電廠以及內(nèi)陸電廠在冷卻水系統(tǒng)的差異進(jìn)行對(duì)比分析，旨在為后續(xù)的研究提供參考。

1電廠冷卻水系統(tǒng)

電廠的冷卻水系統(tǒng)主要分為循環(huán)水系統(tǒng)、開式水系統(tǒng)以及閉式水系統(tǒng)。循環(huán)水系統(tǒng)作為電廠向外界散熱的介質(zhì)以完成電廠與環(huán)境間的熱量交換，開式水為循環(huán)水經(jīng)進(jìn)一步過濾得到，閉式水通常為經(jīng)過化學(xué)處理后的除鹽水[6]。

出于設(shè)備保護(hù)的考慮，電廠通常采用品質(zhì)更好的閉式水作為重要輔機(jī)的冷卻用水。但由于開式水溫度更低，在其品質(zhì)足夠好的前提下，對(duì)于設(shè)備換熱來說，開式水有著更好的冷卻效果[2-4]。因此，在電廠冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，常根據(jù)廠址情況與循環(huán)水水質(zhì)條件對(duì)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行差異性設(shè)計(jì)，以提高電站系統(tǒng)的性能效率。

2冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及對(duì)比

神福鴻山電廠和神東萬州電廠均為2×1 000 MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，其分別由與華北電力設(shè)計(jì)院與西南電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)。神福鴻山電廠水源為臺(tái)灣海峽海水，神東萬州電廠冷卻水為三峽庫(kù)區(qū)地表淡水。兩者的水源雖有著不同的特性，但是通過過濾與加藥等的處理，水質(zhì)均達(dá)到技術(shù)規(guī)程的要求[7]。圖1、圖2分別為神福鴻山電廠與神東萬州電廠的冷卻水系統(tǒng)示意圖。

圖1　神福鴻山電廠冷卻水系統(tǒng)示意圖

圖2　神東萬州電廠冷卻水系統(tǒng)示意圖

由圖1和圖2可以看出，兩者在冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、輔機(jī)設(shè)備的選擇這方面有著明顯的不同，以下就循環(huán)水系統(tǒng)、開式水系統(tǒng)、閉式水系統(tǒng)等三個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比分析。

2.1循環(huán)水系統(tǒng)

鴻山電廠循環(huán)水系統(tǒng)采用單元制直流供水系統(tǒng)，如圖3所示。海水由閘門前池進(jìn)入循泵吸水池，經(jīng)過濾、加藥處理后進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)對(duì)主機(jī)以及引風(fēng)機(jī)小機(jī)凝汽器進(jìn)行冷卻，此外支路經(jīng)開式水過濾器后向進(jìn)入開式水系統(tǒng)冷卻開式水用戶，最終匯入循環(huán)水回水母管經(jīng)由虹吸井排入大海。

圖3　神福鴻山電廠循環(huán)水吸水口實(shí)景

神東萬州電廠循環(huán)水系統(tǒng)為帶逆流式自然通風(fēng)冷卻塔的擴(kuò)大單元制供水系統(tǒng)。神東萬州循環(huán)水源泵船實(shí)景如圖4所示。淡水最初經(jīng)泵船進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)，循環(huán)水一部分對(duì)主機(jī)以及給水泵小機(jī)凝汽器進(jìn)行冷卻，另一部分經(jīng)過電動(dòng)濾水器進(jìn)入開式水系統(tǒng)，最終匯入循環(huán)水回水母管，進(jìn)入高位集水冷卻塔冷卻后進(jìn)入循泵吸水池進(jìn)行再循環(huán)。

圖4　神東萬州循環(huán)水源泵船實(shí)景

兩者在循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上有著諸多的不同，其主要體現(xiàn)在如表1所示。

表1　鴻山電廠與萬州電廠循泵設(shè)置參數(shù)對(duì)比

鴻山與萬州電廠循泵均為立式混流泵：鴻山循環(huán)水為海水，設(shè)計(jì)溫度為20～33℃；萬州循環(huán)水為淡水，設(shè)計(jì)水溫為5～35℃。鴻山循環(huán)水通過循泵前旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)、凝汽器前二次濾網(wǎng)進(jìn)行過濾。萬州循環(huán)水則通過泵船吸口處進(jìn)行水質(zhì)過濾。

在循環(huán)水用戶方面，鴻山電廠主要有配備了二次濾網(wǎng)和膠球清洗裝置的主機(jī)凝汽器及引風(fēng)機(jī)小機(jī)凝汽器、小機(jī)真空泵熱交換器；萬州電廠主要有配備了配置膠球清洗裝置的主機(jī)凝汽器及給水泵汽輪機(jī)凝汽器。

2.2開式水系統(tǒng)

由于鴻山電廠循環(huán)水為具有一定腐蝕性的海水，其在開式水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上盡量減少了開式水用戶[2，3，7]。萬州電廠的開式水水質(zhì)較好，其開式水系統(tǒng)設(shè)計(jì)得更加復(fù)雜，如表2所示。

表2　鴻山電廠與萬州電廠開式水系統(tǒng)對(duì)比

鴻山電廠開式水水質(zhì)由開式水濾網(wǎng)保證，主要用戶只有閉式水換熱器以及主機(jī)真空泵換熱器。萬州電廠開式水清潔度由電動(dòng)濾水器保證，主要用戶有閉式水熱交換器、大機(jī)、小機(jī)冷油器，大機(jī)、小機(jī)真空泵換熱器，電泵油冷器，氫冷器，凝泵電機(jī)以及定冷水冷卻器。

2.3閉式水系統(tǒng)

鴻山電廠和萬州電廠的閉式水系統(tǒng)水源均為經(jīng)過化學(xué)處理的除鹽水，兩者對(duì)比如表3所示。

表3　鴻山電廠與萬州電廠開式水系統(tǒng)對(duì)比

鴻山電廠閉式水系統(tǒng)水質(zhì)由閉式泵入口濾網(wǎng)保證，主要用戶有密封油真空泵、氫氣干燥裝置冷卻器，氫冷器，主機(jī)油冷器，磨煤機(jī)及各類風(fēng)機(jī)油冷器，煙氣換熱器最小流量泵密封冷卻用水，空預(yù)器軸承以及爐水循環(huán)泵。

萬州電廠閉式水系統(tǒng)的清潔度由閉式水泵前濾網(wǎng)保證。其用戶主要有凝泵軸承、氫氣干燥器、密封油真空泵，低加疏水泵，電泵前置泵機(jī)械密封，電泵，汽泵前置泵密封，磨煤機(jī)及各類風(fēng)機(jī)油站、空預(yù)器油站、空預(yù)器火災(zāi)探頭、密封風(fēng)機(jī)軸承箱，軸承油站。

3冷卻水方案分析

(1)在電廠熱力性能方面，鴻山電廠由于采取溫度隨環(huán)境影響較小的海水作為冷卻水，在高溫天氣下有著更好的穩(wěn)定性，相對(duì)于萬州電廠有著更為穩(wěn)定的冷卻水源。萬州電廠循環(huán)水系統(tǒng)雖然可適時(shí)地進(jìn)行循環(huán)水換水，但在高溫天氣下，其循環(huán)水溫度容易隨著循環(huán)的進(jìn)行而溫度升高。相對(duì)來說，鴻山電廠冷卻水系統(tǒng)在夏季更有利于凝汽器部分形成穩(wěn)定的真空度，有助于機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)在環(huán)境友好性方面，萬州采用淡水循環(huán)的方式，對(duì)外部環(huán)境影響相對(duì)較小；而鴻山電廠采用海水循環(huán)水的冷卻方式，由于其是開放式循環(huán)水系統(tǒng)，循環(huán)水回水經(jīng)沉淀等處理后排往大海，對(duì)環(huán)境有著一定的影響。

(3)在冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，鴻山電廠的循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，管道有防腐涂層，凝汽器管束以及閉式水換熱器管束采用鈦管，相關(guān)設(shè)備部件也采用了如316L類的防腐蝕材料。但在輔機(jī)設(shè)備的配置方面，鴻山電廠由于開式水用戶少、采用管式換熱器等原因未設(shè)置開式泵等設(shè)備，因此減少了工程成本并且節(jié)約了能耗。

表4為兩電廠閉式水熱交換器對(duì)比表格，可以看出，兩者在閉式水換熱器方面有著很大的差異：鴻山電廠采用的是壓降更小的管式換熱器，通過采用耐腐蝕材料，換熱器管側(cè)通海水、殼側(cè)通閉式水的改進(jìn)設(shè)計(jì)來降低海水對(duì)換熱器的腐蝕。萬州電廠由于開式水水質(zhì)更好、不易結(jié)垢，其采用了換熱效率更高的板式換熱器，但是由于板式換熱器壓降較大、需要開式水泵為開式水增壓以滿足換熱效果，這也增加了工程成本。

表4　鴻山電廠與萬州電廠閉式水換熱器對(duì)比

最后在啟動(dòng)調(diào)試與維護(hù)方面，萬州電廠冷卻水系統(tǒng)的調(diào)試與維護(hù)過程中操作自由性更大。考慮在海水對(duì)管道的腐蝕性，鴻山電廠在啟動(dòng)調(diào)試與檢修維護(hù)階段，在查漏以及相關(guān)管道維護(hù)等方面需要更多的考慮。

4結(jié)語

采用海水直排的神福鴻山電廠與采用高位冷卻塔結(jié)構(gòu)的神東萬州電廠的冷卻水系統(tǒng)各有優(yōu)勢(shì)。鴻山電廠在冷卻水系統(tǒng)輔機(jī)裝備方面有著一定的經(jīng)濟(jì)性，另外由于海水溫度有著較好的穩(wěn)定性，其冷卻水系統(tǒng)溫度相對(duì)有著更好的穩(wěn)定性，有利于凝汽器取得更穩(wěn)定的冷凝效果。而萬州電廠在環(huán)境友好性方面有著更為優(yōu)秀的表現(xiàn)，由于循環(huán)水系統(tǒng)為淡水水源，其在輔機(jī)設(shè)備及管道設(shè)計(jì)方面更加簡(jiǎn)潔，并且在啟動(dòng)調(diào)試與日常維護(hù)中操作更加方便。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展與改革委員會(huì).火力發(fā)電工程建設(shè)預(yù)算編制[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[2]周銀芳. 火電廠冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J]. 中國(guó)電力教育, 2011(24)：108-110，121.

[3]趙丹. 淺析電廠冷卻水設(shè)置方案的優(yōu)化[J]. 中國(guó)城市經(jīng)濟(jì), 2012(2)：226.

[4]馬新紅，劉斌. 淺析主輔機(jī)設(shè)備冷卻水設(shè)置方案的比選[J]. 城市建設(shè)理論研究(電子版), 2014(8)：78-80.

[5]馬俊杰，周萍. 熱電廠輔助冷卻水系統(tǒng)方案比較[J]. 新疆電力技術(shù), 2010(2):82-83.

[6]葉濤.熱力發(fā)電廠[M] .北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[7]中國(guó)電力建設(shè)工程咨詢公司，DL5000-2000，火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社，2001.

(本文編輯：嚴(yán)加)

Comparative Analysis of the Cooling Water System in Seaside Power Plant and Inland Power Plant

LI Lin1, LU Jie1, HUANG Jian-qian2，JIAO Shi-rong3

(1. Shanghai Power Construction Startup & Testing Institute，Shanghai 200031，China;2. Shenhua Shendong Power Chongqing Wanzhou Power Co., Ltd., Chongqing 104027, China;3. Shenhua Funeng Power generation Co., Ltd., Quanzhou 362000, China)

Abstract:Power plant cooling water system plays an important role in maintaining condenser vacuum and securing auxiliary components operation. Based on the newly-built 2×1000MW Shenfu Hongshan power plant and Shendong Wanzhou power plant, this paper gives a detailed comparative analysis of the cooling water system in seaside power plant with seawater as circulating water and inland power plant with fresh water. It studies the differences and advantages in the closed and opened water system, and their related equipments.

Key words:1000MW units; cooling water system; inland plant; coastal plant

DOI：10.11973/dlyny201602018

作者簡(jiǎn)介：李麟(1988)，男，碩士，工程師，從事電站性能及節(jié)能技術(shù)。

中圖分類號(hào)：TM621.8

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-1256(2016)02-0234-04

收稿日期：2016-02-13