關于神華國神準東電廠輔機冷卻水系統優化設計的論述

秦明亮

摘 要：輔機冷卻水系統是電廠重要的系統之一，關系到電廠的安全和經濟運行。本論述針對輔機冷卻水系統的運行方式是全年采用機械通風冷卻塔濕式冷卻方案還是冬季輔機機械通風冷卻塔停運輔機冷卻系統切換到主機間冷系統（即半干半濕方案）進行優化設計的論證分析。首先通過對主廠房內輔機冷卻系統冬季進行切換是采用大閉式還是開式系統進行研究，確定輔機系統按半干半濕方案運行時主廠房內宜采用大閉式系統，在此前提下，通過對輔機冷卻水系統采用濕式冷卻方案（主廠房內采用開式系統）和半干半濕方案（主廠房內采用大閉式系統）從系統的配置、運行、節水等方面進行優化和比較。

關鍵詞：電廠；性能；循環；負荷；調節方式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.050

1 概述

本電廠建設規模為2×660MW超超臨界、間接空冷機組，廠址位于新疆準東煤電煤化工產業帶奇臺縣五彩灣工業園區大井礦區。

廠址區屬準噶爾盆地東南緣，古爾班通古特沙漠東緣，暖溫帶大陸性干旱氣候特點顯著。其氣候特點是冬季寒冷，夏季酷熱，冷暖變化劇烈，降水稀少，氣候干燥，風沙多，日照強。

2 半干半濕方案切換方式的確定

2.1 輔機冷卻水采用開閉式系統的選擇要求

《大中型火力發電廠設計規范》（GB50660-2011）第12.7.3 條，對輔機冷卻水系統的設計要求。本工程主要水源采用地表水，根據水質分析，宜采用以開式循環冷卻水為主的輔機冷卻系統。考慮將來的輔機冷卻水水質受環境的影響有變差的可能，對輔機冷卻水水質要求較高的設備（例如各種轉動設備的機械軸承）采用除鹽水冷卻，配置一個小閉式循環冷卻水系統。

2.2 主廠房輔機冷卻水系統運行方式

主機采用的間接冷卻塔在冬季運行時，有足夠輔機冷卻的備用面積，可以考慮冬季停運輔機冷卻系統，輔機切換至主機間冷系統來冷卻。

采用開式循環和閉式相結合的輔機冷卻水系統配置時，開式水采用的機械通風冷卻塔為開式冷卻塔，且該地區塵土較大，開式冷卻水中懸浮物增加再所難免。由于開式冷卻水與主機循環水水質不一樣，若在運行中切換，存在開式冷卻水進入至主機凝汽器和間冷塔散熱器的風險，導致凝汽器和間冷塔換熱管束的腐蝕。若在寒冷時期停機切換，不僅需要開式冷卻水系統排空，而且需要大量的除鹽水沖洗開式冷卻水系統，即便這樣也很難保證開式冷卻水系統的設備及管道達到除鹽水運行的環境。若為了切換運行，再給輔機機械冷卻塔備用一套干冷塔及相關管路，顯然得不償失。因此不能利用間冷塔冷卻水作為主廠房開式冷卻水的切換制運行方案。若是為了配合輔機冷卻水系統切換運行，主廠房內輔機須全部采用閉式水系統，問題迎刃而解。

機組各輔機設備均采用閉式冷卻水冷卻，在寒冷時期，可將輔機閉式冷卻水系統統一切入主機間冷閉式冷卻水系統，輔機閉式水和主機間冷循環水均為除鹽水，不存在水質污染等方面的問題，不需要排空、沖洗管路，僅進行閥門切換的操作。因此，在寒冷時期，將輔機冷卻水系統切入主機間冷系統的運行方式具有可行性。

3 輔機冷卻水系統運行方案配置

機組的輔機冷卻水系統運行方式按照主廠房內采用開式系統的全年機械通風冷卻塔濕式冷卻方案（方案一）和主廠房內采用閉式系統的半干半濕方案（方案二）兩種冷卻方案進行優化和比較。

3.1 方案一：機械通風冷卻塔濕式冷卻方案

本方案為常規方案，輔機冷卻水系統順水流布置為進水前池→輔機冷卻水泵→冷卻水壓力進水管→主廠房閉式換熱器→冷卻水壓力回水管→機力冷卻塔→濾網→前池。

濕式冷卻方式時全廠輔機冷卻水量為4540m3/h，其中包含本期空壓機冷卻用水120 m3/h。

3.1.1 主廠房外輔機冷卻水系統配置

（1）機械通風濕式冷卻塔。

型式：逆流式機械通風冷卻塔；進水水溫：39℃；出水水溫：≤33℃；冷卻水量：1850m3/h；淋水面積：144m2；平面尺寸：12.0m×12.0m；水池深度：2m；冷卻塔風筒材料：玻璃鋼；風機直徑：Ф7000mm；電機功率：55kw（變頻電機）；軸功率：47KW；數量：3段。

（2）輔機冷卻水泵。

型式：單級雙吸臥式離心泵；流量：2300m3/h；揚程：40m；電動機功率：400kW；軸功率：340 kW；電壓：6000v；數量：3臺（兩運一備）。

（3）輔機冷卻水管道。

輔機冷卻系統采用擴大單元制，每臺機組各設1根DN800的輔機冷卻水供水管及回水管。

3.1.2 主廠房內輔機冷卻水系統配置

主廠房內輔機冷卻水系統采用大開式、小閉式循環冷卻水系統。

開式冷卻水設一根冷卻水進水母管和一根排水母管，設置一臺電動旋轉濾網，為主機冷油器、給水泵汽輪機冷油器、機械真空泵冷卻器和閉式循環冷卻水熱交換器提供冷卻水，冷卻水水源工業水。主廠房內單臺機開式輔機冷卻水量約2210t/h。

閉式循環冷卻水系統，對汽機、鍋爐各輔機提供冷卻水。閉式循環冷卻水系統采用除鹽水作為補水水源，設1臺10m3閉式水膨脹水箱。 系統共設2臺100%容量互為備用的閉式循環冷卻水泵，閉式水熱交換器采用兩臺65%板式換熱器。閉式循環冷卻水系統總水量約為1750 m3/h。

3.2 方案二：主廠房內采用閉式系統的半干半濕方案

如前述，本方案的運行方式：（1）寒冷時期，主機間冷塔出水溫度≤33℃，滿足輔機冷卻水水溫要求。濕式機械通風冷卻塔及廠區輔機冷卻水泵房內的輔機水泵停運，主廠房內輔機設備及除灰空壓機冷卻水均由主機間冷塔出水提供。（2）除寒冷時期外，主廠房內大閉式循環冷卻水系統與機械通風冷卻塔的輔機冷卻水通過主廠房內的板式換熱器進行熱交換。主廠房內大閉式系統采用除鹽水作為冷卻水源。全廠空壓機冷卻水也由主廠房內大閉式系統除鹽水提供。

此方案兩臺機需主廠房外機力塔或主機間冷系統提供的總冷卻水量約4720 m3/h，其中包含全廠空壓機所需冷卻水量120 m3/h。

3.2.1 輔機冷卻水系統配置

3.2.1.1 主廠房外輔機冷卻水系統配置

（1）機械通風濕冷塔。

型式：逆流式機械通風冷卻塔；進水水溫：39℃；出水水溫：≤33℃；冷卻水量：1900m3/h；淋水面積：156.25m2；平面尺寸：12.5m×12.5m；水池深度：2m；冷卻塔風筒材料：玻璃鋼；風機直徑：Ф7000mm；電機功率：75kw（變頻電機）；軸功率：50KW；數量：3段。

（2）輔機冷卻水泵。

型式：單級雙吸臥式離心泵；流量：2250m3/h；揚程：43m；電動機功率：450kW；軸功率：370kw；電壓：6000v；數量：3臺（兩運一備）。

（3）廠外輔機冷卻水管道：同方案一。

3.2.1.2 主廠房內輔機冷卻水系統配置

主廠房內輔機冷卻水系統采用閉式循環冷卻水系統，對汽機、鍋爐各輔機提供冷卻水。閉式循環冷卻水系統采用除鹽水作為補水水源。每臺機組設1臺10m3閉式水膨脹水箱，設2臺100%容量互為備用的閉式循環冷卻水泵，閉式水熱交換器采用兩臺65%板式換熱器。閉式循環冷卻水系統總水量初步估算約為2330m3/h 。

4 經濟比較

4.1 初投資比較

4.2 運行比較

4.2.1 耗電

4.2.2 耗水

由以上數據可見，方案二全年耗電費用155.52萬元；方案一輔機冷卻水系統運行全年耗電費用為155.26萬元。兩個方案的耗電費用相差0.26萬元。方案二全年耗水費用75萬元/年；方案一輔機冷卻水系統運行全年耗水費用為108.6萬元/年。方案二較方案一耗水費用節約33.6萬元/年。

4.2.3 年運維費用比較

由上表數據可見，方案一與方案二系統相比較，初投資節省25.4萬元，年運行費用多33.34萬元，年總費用多29.64萬元。

5 結論

通過對兩種方案經濟技術比較，方案二初投資較方案一略高為25.4萬元，年耗電費用相當，但是方案二；每年總費用比方案一節約29.64萬元，若按照使用壽命20年計算，節約運維成本約592.8萬元；方案二比方案一每年節水7.47萬噸，節水效果顯著；在環境氣溫較低時，按方案二系統設計對間冷塔防凍工作有幫助。

因此，神華國神準東電廠工程輔機冷卻水系統運行方式采用冬季輔機機械通風冷卻塔停運輔機冷卻系統切換到主機間冷系統即半干半濕方案，無論從經濟性，還是節能減排均是可行的。即降低了運營成本，并在節能減排方面效果顯著。

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