海水直流冷卻機組開式循環水系統優化

蘇 偉，苗井泉

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013）

0 引言

隨著電力技術發展，節能降耗措施不斷優化。主機技術經過近年來的發展優化，已經取得了長足的進步，而輔助系統的節能降耗仍存在較大的優化空間。輔機冷卻水系統作為電廠輔助系統的重要組成部分，其中水量大，能耗高，在滿足機組冷卻要求的前提下對系統進行優化，對于提高機組經濟性具有重要意義［1］。

1 開式循環冷卻水系統

1.1 常規開式循環冷卻水系統

電廠冷卻水系統主要是向電廠各換熱器及設備提供必要的冷卻水，以保證機組的安全運行。冷卻水系統主要由開式循環冷卻水系統和閉式循環冷卻水系統組成。常規開式冷卻水系統自循環水進水管取水，經過電動濾水器過濾后，通過水泵升壓，送至各冷卻用戶，回水至循環水回水管［2］。

開式冷卻水系統對水質要求不高，但對溫度要求較高，冷卻水量大的設備，一般采用開式水冷卻，如閉式水換熱器、真空泵、主機冷油器、發電機氫氣冷卻器等。由于冷卻設備較多，壓損較大，需要設置開式水泵對冷卻水進行升壓，來保證設備能夠得到足夠的冷卻水冷卻。

1.2 海水直流冷卻機組開式循環冷卻水系統

在海水直流冷卻機組中，主機循環水為海水，開式水系統介質與主機循環水相同，若大部分設備仍采用開式水作為冷卻介質，會提高對各設備換熱器材質的要求，從而導致增加工程造價，造成不必要的浪費。因此在海水直流冷卻機組中，一般采用“大閉式冷卻水”系統，即大部分的設備用閉式循環冷卻水來冷卻，只有閉式水換熱器和真空泵用開式水冷卻。

與常規機組開式循環冷卻水系統相比，海水直流冷卻機組的開式水系統用戶少，流動阻力低，可以在常規開式水系統的基礎上進行優化［3］。

2 開式循環冷卻水系統水力計算

2.1 水力計算模型的算法

開式循環冷卻水系統有多個并聯用戶，采用人工計算不僅過程煩瑣，而且很難保證計算結果的準確性。因此對于多個用戶并聯的系統管網，需要借助計算機手段對整個管網進行精確的水力分析和流量分配。利用AFT-Fathom軟件［4］，采用“目標—變量”算法，將凝汽器所需的冷卻水量作為目標值，以開式循環冷卻水系統的水量為變量，計算當凝汽器的冷卻水量為額定流量時，流經各個開式循環冷卻水用戶的水量。

2.2 水力計算模型的建立

開式循環冷卻水系統計算模型的建立過程為：1）選取系統中各用戶及管件連接件，連接成系統；2）對系統中各元件進行定義，如管長、內外徑、粗糙度、阻力系數、閥門開閉等；3）根據設定的目標和算法，選擇合適的變量進行模擬；4）輸出模擬結果并進行總結。AFT-Fathom建立的模型如圖1所示。

圖1 開式循環冷卻水系統模型

2.3 水力計算邊界條件

換熱器模型的定義方式，分別為常數K定義、換熱器內部管道數據定義、變量K定義、廠家數據模擬曲線定義。本文模型中均根據廠家提供的水阻曲線來定義各換熱器模型的壓損曲線。各換熱器的水阻曲線見圖2~4。

圖2 凝汽器阻力曲線

圖3 閉式水換熱器阻力曲線

圖4 真空泵換熱器阻力曲線

管路模型中，需要定義管路的尺寸、長度、絕對粗糙度，并定義管件的類型和數量。在對閥門進行定義時需要根據閥門特性定義閥門的局部阻力系數。局部阻力系數既可以定義為常數，也可以根據廠家提供的數據繪制曲線，本模型定義的局部阻力系數為常數［5］。

2.4 水力計算結果

根據GB 50764—2012《電廠動力管道設計規范》對管道流速的要求，本系統流速范圍取0.5～1.5 m／s，開式循環冷卻水的設計流量為 2 696 t／h，開式循環冷卻水系統母管規格見表1。

表1 開式循環水系統母管規格

圖5 真空泵冷卻水量變化曲線

圖6 閉式水換熱器冷卻水量變化曲線

根據以上3種規格母管對開式循環冷卻水系統的水量進行了分配計算，計算結果如圖5~6所示。

由圖5~6可以看出，隨開式循環冷卻水管徑增大，各設備的冷卻水量均之增加，各管徑對應的冷卻水量均能滿足設備需求。因此選取開式循環冷卻水系統母管規格為Φ920 mm×10 mm，不設開式水升壓泵。

3 節能降耗分析

經過AFT軟件計算，本工程開式循環冷卻水系統可取消開式水升壓泵。取消開式泵后，既可降低初投資，又降低了廠用電，減少了運行費用，起到了節能降耗的作用。

常規百萬機組的開式水升壓泵揚程約0.1 MPa，功率約110 kW。按機組年利用小時數5 500 h計算，經過優化，兩臺機一年可節省運行費用121萬元，節約初投資40萬元，節能降耗意義顯著。

4 結語

本工程開式循環冷卻水系統取消了開式水升壓泵，通過計算能夠滿足各開式循環冷卻水用戶的冷卻水流量要求；簡化了開式水系統，在保證可靠性的基礎上，減少了該系統的投資和運行費用。通過優化，本工程兩臺機組可減少初投資40萬元，減少年運行費用121萬元，具有良好的節能降耗作用，對海水直流冷卻機組的開式循環冷卻水系統設計具有一定的指導意義。

［1］楊光明.600 MW超臨界機組開式冷卻水系統優化節能改造［J］.能源與環境，2012（4）：25-26.

［2］高志勇，黃家運，安雪松.火力發電廠開式水系統優化［J］.神華科技，2012（2）：60-62.

［3］杜東明，高洪濤.350 MW開式冷卻汽輪機循環水的優化運行［J］.汽輪機技術，2007，49（1）：54-56，59.

［4］楊文澤，騫宏偉，張亞鵬.電站開式循環冷卻水泵選型計算分析［J］.能源研究與管理，2012 （3）：84-86，99.

［5］中國電力企業聯合會.電廠動力管道設計規范：GB 50764—2012［S］.北京：中國計劃出版社，2012.