1 000 MW氫冷機組閉式水溫控制分析

儲文祥，張 弛

（皖能銅陵發電有限公司，安徽 銅陵 244000）

0 引言

閉式水系統的主要作用是為發電機氫冷器（以下簡稱氫冷器）、定冷水冷卻器等重要輔助設備提供冷卻水源及軸封用水，閉式水系統的安全穩定運行直接影響著系統的安全性及設備的可靠性[1]。

1 6號機組閉式水系統運行現狀

皖能銅陵發電有限公司6號機組采用上海汽輪發電機有限公司生產的汽輪發電機組，發電機采用水氫氫冷卻方式，氫冷器冷卻水源為閉式水。本機組配備有2臺單臺流量為1 650 m3/h的閉式冷卻水泵，在6號機組C級檢修中進行過高低速改造，正常情況下1用1備。閉式水的補充水源為來自水質較好的化學除鹽水箱，閉式水冷卻器采用兩組大型板式冷卻器，冷卻水源由取自循環水經過旋轉濾網過濾的開式水進行冷卻。6號機組閉式水用戶設備用水量見表1。

表1 6號機組閉式水用戶設備用水量

由表1可知，閉式水的主要用戶為發電機氫冷器、定冷水冷卻器、凝泵電機冷卻水等，其中2組氫冷器總用水量為725 m3/h，占閉式水用戶總流量50%，占閉式冷卻水泵總流量的43.9%，閉式水的溫度將直接影響發電機進口冷氫的溫度。正常運行時將氫冷器溫度設定值設在39℃，定冷水溫度設在43℃。若氫溫太低會造成氫氣結露，結露時水珠滴在發電機定、轉子繞組上面，會加劇發電機絕緣電阻降低，發生短路、擊穿事故造成發電機損壞，發電機運行氫壓下入口冷氫溫度下限值為露點溫度。根據有關規定，當發電機內最低溫度為5℃時，運行氫壓下允許的濕度高限用露點溫度-5℃表示。當發電機內最低溫度不低于10℃時，運行氫壓下允許濕度高限用露點溫度0℃表示[2]。若發電機內部氫溫過高，會加速發電機絕緣材料老化，減少絕緣材料壽命；氫氣溫度過高還會降低發電機內部重要部件的冷卻效果，嚴重時會造成部件燒毀。在不同季節及時調整閉式水冷卻器運行方式控制閉式水溫度，對閉式水用戶參數調整特別是氫冷器有重要意義。

2 閉式水冷卻器運行方式及調整效果

隨著季節更替，循環水進水溫度及閉式水回水溫度的明顯變化共同影響著閉式水進水溫度。為了有效控制閉式水溫度，依據不同季節采取了如圖1所示的3種閉式水冷卻器運行方式。

圖1 6號機組閉式水冷卻器運行方式原理圖

閉式水冷卻器所采用的板式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種換熱器[3]。各種板面之間形成薄矩形通道，冷、熱流介質分別流過通道，通過板面進行熱量交換。可以通過開啟、關閉閉式水冷卻器閉式水側或開式水側進出口電動蝶閥，分別改變A、B閉式水冷卻器出口閉式水溫度，最終影響經過兩組冷卻器后混流的溫度即閉式水入口水溫。

a） 運行方式一。A、B閉式水冷卻器開、閉式水兩側蝶均處于全開位，在夏季，循環水溫最高可達44℃，取自循環水入口的開式水溫度也處于較高狀態，并且夏季屬于用電高峰期，機組負荷一直處于較高水平，閉式水用戶散熱量較大，引起閉式水回水溫度的升高，此時只有將2臺閉式水冷卻器共同投入使用，才能滿足閉式水溫度要求，并且能夠增加通流面積，減少開式水側流動阻力，降低閉式泵能耗。同時，開啟兩組閉式水冷卻器進回水蝶閥，也能夠有效地對開式水沖刷。開式水水質基本與循環水相同（見表2），只是開式水pH值、Ca2+、硬度、濃縮倍率等處于較高水平。水中的pH值、Ca2+是影響結垢的最主要因素之一，有機膠體在堿性溶液中比在酸性溶液中更易析出；微生物黏泥在堿性溶液中也更難以清除；氯的殺菌作用在堿性溶液中會明顯下降，導致冷卻器受熱面容易形成生物污垢。同時，冷卻水中的重碳酸鹽在堿性溶液中溶解度下降，當水溫高達一定值時，重碳酸鈣受熱分解而產生CaCO3沉淀，形成結晶污垢[4]。

表2 6號機組冬季循環水水質參數

b）運行方式二。主要應用于極寒天氣，將A閉式水冷卻器開式水側通過進出口電動蝶閥關閉，閉式水走兩組閉冷器，這時候A組閉式水冷卻器出水為熱水，B組閉式水冷卻器出水為冷水，經過混合保證閉式水進水溫度在極寒天氣也不會降到很低，進一步保證氫溫不會太低。經過運行證明這種運行方式能夠在開式水母管溫度低至2℃時維持氫溫在38℃。使用這種運行方式雖然能在冬季提高氫溫，但氫冷器冷卻水調閥開度依舊很小，為了避免氫冷器冷卻水調閥全關造成閉式泵憋泵，必須將氫冷器調閥開度低限設在10%開度。由于冬季微生物活性較低，微生物生成的黏質物絮凝化，形成絮凝物量也較少，并且由于循環水溫度較低，水中溶解的CO2含量增加，pH值會稍微降低，加上長時間停用開式水側，所以需定期開啟開式水側蝶閥對開式水側進行沖洗。

c）運行方式三。將A閉式水冷卻器閉式水側隔離，開式水側開啟，通常應用在過渡時期。經過實踐證明運行方式三的冷卻效果比運行方式二的冷卻效果更好，在最近3月份切換中，使用運行方式二閉式進水溫度達27℃時切換到運行方式三閉式水進水溫度下降到23℃，開式泵電流由283 A下降至231 A，每天降低821 kW·h廠用電，開式泵能耗大幅降低。使用運行方式三能夠平滑地在運行方式一和運行方式二中過渡，并且對兩組冷卻器開式水側進行沖刷，有效降低了換熱面結垢。

3 結束語

皖能銅陵發電有限公司6號機組通過調整閉式水冷卻器開式水側及閉式水側進出口電動蝶閥開關狀態，實現對閉式水溫在炎熱、極寒天氣時的有效控制，在極端天氣時能將發電機冷氫溫度調整在正常參數范圍內，保障機組發電機的安穩運行。