安慶電廠發(fā)電機(jī)與勵(lì)磁機(jī)冷卻用水系統(tǒng)改造

吳志祥，齊 進(jìn)，寧 志，李樹(shù)學(xué)

（1.上海電力學(xué)院，上海市，200090；2.安慶電廠，安徽省安慶市，246008）

0 引言

安慶皖江發(fā)電公司發(fā)電機(jī)與勵(lì)磁機(jī)均為上海汽輪機(jī)廠產(chǎn)品，采用開(kāi)式水冷卻，即從凝汽器A、B進(jìn)口循環(huán)管上各引出1根φ500mm水管至開(kāi)式水二次濾網(wǎng)，冷卻用水經(jīng)開(kāi)式泵升壓后，送到發(fā)電機(jī)氫冷器與勵(lì)磁機(jī)空冷器，大、小機(jī)冷油器，密封油冷油器，定冷水冷卻器等設(shè)備中，然后經(jīng)循環(huán)水出口管同回水一起排入長(zhǎng)江。在冷卻水實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，開(kāi)式水二次濾網(wǎng)并不能有效地過(guò)濾掉微小的泥沙，因此，各開(kāi)式水冷卻器磨損與泥沙堵塞的現(xiàn)象比較嚴(yán)重。為保障機(jī)組運(yùn)行安全，必須對(duì)發(fā)電機(jī)與勵(lì)磁機(jī)冷卻用水系統(tǒng)進(jìn)行改造。

1 問(wèn)題分析

安慶電廠開(kāi)式水系統(tǒng)如圖1所示。由于發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)采用含有一定量泥沙的開(kāi)式水冷卻，開(kāi)式水中的泥沙對(duì)現(xiàn)有的銅管氫冷器會(huì)有一定的磨損。另外，采用開(kāi)式水冷卻，如果發(fā)電機(jī)內(nèi)部的氫壓（不小于285 kPa）大于氫冷器處的開(kāi)式水水壓（約200 kPa），就會(huì)造成大量氫泄漏，因此，需要補(bǔ)氫來(lái)維持機(jī)組運(yùn)行；若異常運(yùn)行條件下氫壓低于開(kāi)式水水壓，發(fā)電機(jī)就有可能進(jìn)水，那結(jié)果就更危險(xiǎn)。

在開(kāi)式水運(yùn)行條件下，由于氫冷器與空冷器同在運(yùn)轉(zhuǎn)層，并位于整個(gè)開(kāi)式水系統(tǒng)末端，所以很容易出現(xiàn)泥沙堵塞情況。2007年8月2日就出現(xiàn)過(guò)勵(lì)端A1組氫冷器堵塞現(xiàn)象，由于無(wú)法在線清理，氫冷器一旦堵塞嚴(yán)重，就會(huì)影響機(jī)組負(fù)荷。因此，開(kāi)式水系統(tǒng)不利于機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。

綜上所述，安慶電廠的氫冷器與空冷器由于其位置與作用的特殊性，在目前的開(kāi)式水源條件下存在一定的安全隱患，所以有必要對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑靵?lái)提高其安全性與可靠性。

2 改造方案

在開(kāi)式水系統(tǒng)改造過(guò)程中，共有3種方案可供選擇。方案1：采用生活消防水作為發(fā)電機(jī)氫冷器與勵(lì)磁機(jī)空冷器冷卻用水；方案2：不改變開(kāi)式水系統(tǒng)水源，將氫冷器與空冷器銅管由普通的銅管更換成鎳白銅管；方案3：采用汽機(jī)房?jī)?nèi)閉式水作為發(fā)電機(jī)氫冷器與勵(lì)磁機(jī)空冷器冷卻用水。以下對(duì)這3種改造方案進(jìn)行介紹及評(píng)價(jià)。

2.1 方案1簡(jiǎn)介及評(píng)價(jià)

依據(jù)《消防法》的有關(guān)規(guī)定，高壓消防水管網(wǎng)只作為消防設(shè)備，不能挪作他用，所以能作為冷卻水源的只能是低壓生活消防水源。

方案1采用5臺(tái)生活消防泵（每臺(tái)泵額定容量為108m3/h）向氫冷器與空冷器供水，由于現(xiàn)有的管網(wǎng)只能向生活消防水網(wǎng)供水（保持0.4MPa的壓力），沒(méi)有回水管來(lái)回收生活消防水。因此，如果采用這種水源，就需要重新架設(shè)從汽機(jī)房至生活消防水池的回水管，而且要增加換熱器。如果不回收這部分生活消防水（1臺(tái)機(jī)530m3/h，2臺(tái)機(jī)1 060m3/h），生活消防水在與氫冷器與空冷器換熱后直接排入凝汽器循環(huán)水出口管處，這時(shí)需要鋪設(shè)生活消防水進(jìn)入氫冷器與空冷器的管道及回水管道，而且加藥成本過(guò)于昂貴。

實(shí)際上，無(wú)論是回收還是不回收生活消防水，1臺(tái)機(jī)的氫冷器與空冷器需要的水量分別為440m3/h，90m3/h；而1臺(tái)生活消防水泵的額定容量是108m3/h，5臺(tái)泵的理想容量即為540m3/h，僅能提供1臺(tái)機(jī)組氫冷器與空冷器所需要的水量，且所需增設(shè)的管路過(guò)長(zhǎng)，給機(jī)組運(yùn)行帶來(lái)了極大的不可靠性。

綜上所述，改用生活消防水作為冷卻水源的方案其投資費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用較高，實(shí)施也面臨較大的困難，所以不建議采納。

2.2 方案2簡(jiǎn)介及評(píng)價(jià)

參考1、2號(hào)機(jī)組大、小機(jī)冷油器成功改型的經(jīng)驗(yàn)，可以將氫冷器與空冷器由目前的普通銅管更換成耐磨的鎳白銅管。鎳白銅管耐磨性接近不銹鋼，而且傳熱性更好，可從根本上預(yù)防泄漏，提高機(jī)組的安全性。另外，為了防止氫冷器等設(shè)備堵塞，可在各氫冷器與空冷器進(jìn)、出口處加裝反沖洗管路，定期切換反沖洗閥門清潔氫冷器與空冷器。此方案投資較高，主要集中在氫冷器與空冷器改型與反沖洗管閥的一次投資。鎳銅30白銅管型氫冷器價(jià)格約為18萬(wàn)元/臺(tái)，鎳銅30白銅管型空冷器價(jià)格約為5萬(wàn)元/臺(tái)，1臺(tái)機(jī)組全部更換需要花費(fèi)約82萬(wàn)元，且以后大、小修中的人工清理與材料的費(fèi)用也相當(dāng)可觀，所以不建議采納。

2.3 方案3簡(jiǎn)介及評(píng)價(jià)

方案3有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可供參考，投資是一次性的，不存在加藥成本，其主要的工程量集中在汽機(jī)房?jī)?nèi)部，沒(méi)有后續(xù)的清理成本，所以工程量較方案1要小。但這種方案同時(shí)需要關(guān)注閉式水幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的水溫情況，避免出現(xiàn)冷卻效果不足，如汽泵機(jī)械密封與循環(huán)液冷卻水溫，前置泵軸承、電泵工作油冷卻器與潤(rùn)滑油冷卻器等部位在目前現(xiàn)有的條件下冷卻效果就不太好。另外，采用此方案后，還可以同步進(jìn)行閉式水系統(tǒng)的節(jié)能改造。

（1）氫冷器出口冷卻水廢熱用于集控樓冬季供暖。在冬季，實(shí)際僅需要30℃左右的熱水為集控樓供暖。發(fā)電機(jī)氫冷器開(kāi)式冷卻水出口水溫比較穩(wěn)定，年平均值大約為31.6℃，與集控樓空調(diào)供暖水溫要求相匹配?？梢杂脧U熱來(lái)替代現(xiàn)有的輔汽加熱，輔汽主汽源來(lái)自主機(jī)第5級(jí)抽汽，按等效熱降節(jié)能計(jì)算法則，根據(jù)廠家提供的300MW時(shí)熱平衡圖，主機(jī)第5級(jí)抽汽即除氧器抽汽的等效熱降值為713.4 kJ/kg，汽輪發(fā)電機(jī)組相對(duì)電效率約為0.89，廢熱利用后電功率相應(yīng)增加176 kW，以每月30天、電價(jià)0.398元/（kW·h）計(jì)算，4個(gè)月供熱周期中可增加收入約20萬(wàn)元。

（2）氫冷器出口冷卻水廢熱用于補(bǔ)給水加熱。發(fā)電機(jī)勵(lì)端氫冷器開(kāi)式冷卻水出口水溫比較穩(wěn)定，年平均值大約為31.6℃，補(bǔ)充水水溫年平均值為18.3℃，平均溫差為13.3℃。第1年11月到第2年5月這7個(gè)月的平均溫差為18.8℃。當(dāng)氫冷器冷卻水源由開(kāi)式水改為閉式水時(shí)，平均溫差會(huì)相對(duì)提高5℃左右，這時(shí)閉式水回水溫度已高于凝汽器出口溫度4.1℃，具備了可利用的價(jià)值。將機(jī)組的補(bǔ)充水引入凝泵入口混合加熱，這時(shí)不用考慮傳熱端差、散熱等因素，補(bǔ)充水溫升按4.1℃、補(bǔ)充水率按5％計(jì)算，則氫冷器出口冷卻水廢熱回收量為232.1 kW。按等效熱降節(jié)能計(jì)算法則，新蒸汽等效熱降增加16.1 kW；汽輪發(fā)電機(jī)組相對(duì)電效率約為0.89，廢熱利用后電功率增加14.3 kW；以每月30天、電價(jià)0.398元/（kW·h）計(jì)算，12個(gè)月中可增加收入4.9萬(wàn)元。

綜合比較分析得出：方案3采用品質(zhì)較好的閉式水作為冷卻用水，投資較少，又能配套進(jìn)行節(jié)能改造，其綜合經(jīng)濟(jì)效益最好，建議采用此改造方案。

3 閉式水系統(tǒng)改造方案

南通電廠采用的是全部閉式水方案。馬鞍山電廠1號(hào)機(jī)組與2號(hào)機(jī)組采用的是部分閉式水方案，后來(lái)進(jìn)行了技術(shù)改造；3號(hào)機(jī)組與4號(hào)機(jī)組也采用了全部閉式水方案。安慶電廠若采用閉式水改造，有2種方案：一是將所有開(kāi)式水用戶全部改成閉式水用戶，更換現(xiàn)有的閉冷器，將所有的冷卻器清理工作集中在閉冷器上，從而比較徹底解決目前安慶電廠1號(hào)機(jī)組與2號(hào)機(jī)組開(kāi)式水用戶的問(wèn)題；二是只將發(fā)電機(jī)氫冷器、勵(lì)磁機(jī)空冷器的冷卻用水改成閉式水，在現(xiàn)有的閉式水系統(tǒng)上適當(dāng)增加容量，只在小范圍內(nèi)增加閉式泵容量與閉冷器容量，從而滿足運(yùn)行需要。以下就對(duì)這2種方案進(jìn)行討論。

3.1 全部閉式水系統(tǒng)改造方案

3.1.1 技術(shù)參數(shù)

若全部改成閉式水用戶，下面問(wèn)題要重新考慮：

（1）整個(gè)閉式水系統(tǒng)流量不低于1 543.36m3/h（南通電廠300MW機(jī)組閉式水系統(tǒng)流量不低于1 543.36m3/h，萬(wàn)能達(dá)公司閉式水系統(tǒng)流量不低于1 872m3/h）。

（2）閉冷器換熱面積不低于800m2（南通電廠采用3臺(tái)M 30-FM阿法拉伐板式換熱器，每臺(tái)換熱器面積為396.7m2，萬(wàn)能達(dá)公司3號(hào)機(jī)組采用2臺(tái)管殼式換熱器，面積為1 028m2）。

（3）技改后的閉式水出水母管直徑由200mm擴(kuò)大到500mm，回水管擴(kuò)大至600mm才能滿足增加流量的要求。對(duì)各個(gè)用戶的管道直徑進(jìn)行重新校核，若不需要改動(dòng)可保持原管徑。

（4）安慶電廠閉式水箱補(bǔ)水管道規(guī)格為φ57mm× 3mm，與南通電廠一樣，可以滿足流量要求。

（5）安慶電廠閉式水箱容積為11.4m3，南通電廠為20m3。安慶電廠閉式水箱內(nèi)只有少量補(bǔ)水，所以閉式水箱容積建議可不增加。

3.1.2 開(kāi)式泵的設(shè)置

參考南通電廠經(jīng)驗(yàn)，該廠設(shè)置2臺(tái)全容量的閉式泵后，還設(shè)置了1臺(tái)流量為2 846m3/h的開(kāi)式泵，由于其閉冷器是板式換熱器，為避免開(kāi)式水壓力將板式換熱器打壞，在實(shí)際運(yùn)行中冷卻水是走開(kāi)式泵的旁路，沒(méi)經(jīng)開(kāi)式泵升壓。因此，只要凝汽器循環(huán)水進(jìn)、出口管壓差滿足新閉冷器的壓降要求，取消開(kāi)式泵是可行的。

3.1.3 閉冷器的選擇

閉冷器一方面要考慮到有足夠的換熱面積，這個(gè)面積板式換熱器為800m2，管式換熱器為1 000m2，另一方面還要考慮閉冷器要消耗多少殼程壓降。板式換熱器雖然占地面積小，但流動(dòng)阻力太大，所以在取消開(kāi)式泵的條件下是不宜采用的，采用殼式換熱器相對(duì)合理?？紤]到循環(huán)水中的泥沙較多，新閉式水冷卻器宜采用不銹鋼冷卻器。

3.1.4 現(xiàn)有開(kāi)式泵在新系統(tǒng)中能否作閉式泵的問(wèn)題

這種方案閉式水最低流量為1 543.36m3/h，所以現(xiàn)有3臺(tái)閉式泵滿足不了容量要求，需要更換，現(xiàn)有開(kāi)式泵技術(shù)參數(shù)如表1。

若按泵效率75％計(jì)算，開(kāi)式泵的實(shí)際電機(jī)電流為17.4A，電機(jī)電壓為6 kV，功率因子為0.85，實(shí)際流量為888.165m3/h。所以技改后，泵葉輪需要增大尺寸，以滿足流量的要求。

表1 開(kāi)式泵技術(shù)參數(shù)Tab.1 Open type pump technicaldata

3.1.5 新閉式水系統(tǒng)注水問(wèn)題

因?yàn)樘砑恿藲淅淦?、空冷器、大機(jī)冷油器等大型冷卻器用戶，新閉式水系統(tǒng)一個(gè)重要的變化就是整個(gè)閉式水系統(tǒng)容積大大增加了，考慮到冷爐上水泵現(xiàn)在基本閑置不用，可在冷爐上水泵出口管上引1根φ100mm的管道，直接在0m層向閉式水進(jìn)水管注水，這樣既可以解決新閉式水系統(tǒng)啟動(dòng)前的快速注水問(wèn)題，又可充分利用現(xiàn)有設(shè)備。

3.1.6 開(kāi)式水濾網(wǎng)

從減少流動(dòng)阻力的角度來(lái)看，去掉開(kāi)式水濾網(wǎng)，將循環(huán)冷卻水直接連到新閉冷器進(jìn)口，可以有效減少流動(dòng)阻力，提高新閉冷器的換熱效果，而且即使出現(xiàn)臟污，新閉冷器1用1備，也可在線隔離清理?，F(xiàn)備用開(kāi)式泵入口壓力只有35 kPa，若去掉開(kāi)式水濾網(wǎng)，還可提高新閉冷器入口壓力5～10 kPa，對(duì)保證新閉冷器工作安全具有重要意義。

3.1.7 管道及原開(kāi)式水用戶清洗

原開(kāi)式水用戶的冷卻器與各閥門管件可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行清洗，但各管道與少量新增管道應(yīng)運(yùn)到有清洗經(jīng)驗(yàn)的廠家進(jìn)行清洗，方可重新組裝。

在組裝后開(kāi)機(jī)前，還應(yīng)安排一定的時(shí)間進(jìn)行新閉式水系統(tǒng)的沖洗，直至水質(zhì)合格。

3.1.8 給水泵循環(huán)液冷卻器與機(jī)械密封冷卻用水

為保證整個(gè)技改的順利成功，還須注意給水泵循環(huán)液冷卻器與機(jī)械密封冷卻用水的問(wèn)題。實(shí)際上，給水泵循環(huán)液溫度降不下來(lái)是現(xiàn)有閉式水系統(tǒng)的一個(gè)主要瓶頸，所以經(jīng)過(guò)上述技改，應(yīng)考慮將3臺(tái)給水泵循環(huán)冷卻器冷卻面積放大，至少將該處冷卻水量（閉式水量）增加到滿足系統(tǒng)要求。

3.2 部分閉式水系統(tǒng)改造方案

該方案只在現(xiàn)有的閉式水系統(tǒng)盡可能小的范圍內(nèi)進(jìn)行改動(dòng)，因此，只需要將現(xiàn)有閉式水系統(tǒng)流量增加530m3/h。安慶電廠采用的是KSB公司生產(chǎn)的閉式泵（型號(hào)為OMEGA125-365B，電機(jī)功率為37 kW），最大流量270m3/h，實(shí)際運(yùn)行中電流52.4A、電源電壓380 V，若進(jìn)行流量校核，按電機(jī)效率0.89，泵的效率0.75，功率因子0.85，揚(yáng)程24.5m計(jì)算，考慮1.1倍的裕量，新閉式水流量為775.703m3/h。

3.2.1 閉式泵的選擇

參考馬鞍山萬(wàn)能達(dá)公司選型，選擇的閉式泵性能參數(shù)如表2。若采用該型號(hào)的泵，電機(jī)功率要增加到90 kW，只要購(gòu)置2臺(tái)大流量的泵，3臺(tái)閉式泵只改2臺(tái)，留1臺(tái)作為夏天流量不足時(shí)的備用。

表2 閉式泵性能參數(shù)Tab.2 Close type pump performance parameter

3.2.2 閉式母管的選擇

新閉式泵入口直徑為300mm，所以新閉式水母管進(jìn)水母管應(yīng)比300mm大，可采用φ325mm×5mm管，閉式水出水母管可采用φ310mm×5mm管，以滿足新閉式水系統(tǒng)流量的要求。

3.2.3 閉冷器的選擇

新閉式水系統(tǒng)流量增加到了原來(lái)的4倍，而且母管通徑也大大增加了，原有的板式換熱器已不能滿足換熱要求，所以必須重新選擇新的閉冷器?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)空間的限制（這里流動(dòng)阻力不是主要因素），宜采用新的板式換熱器，參考南通電廠數(shù)據(jù)，可采用2臺(tái)100％容量閉冷器，1用1備。

3.2.4 現(xiàn)有開(kāi)式泵在新系統(tǒng)中容量能否滿足的問(wèn)題

采用部分閉式水系統(tǒng)方案，將開(kāi)式泵至氫冷器與空冷器的冷卻流量轉(zhuǎn)移到新閉冷器，系統(tǒng)流量不僅不能減少，而且因?yàn)樵黾恿藫Q熱環(huán)節(jié)，流量要相應(yīng)增加，即開(kāi)式泵電機(jī)功率要提高。

3.2.5 新閉式水系統(tǒng)注水問(wèn)題

參考3.1.5節(jié)，也可考慮用冷爐上水泵向新閉式水系統(tǒng)注水。

3.3 2種方案費(fèi)用與效益的比較

全部閉式水方案需要新增2臺(tái)閉冷器，新閉式泵改造等總費(fèi)用約為172萬(wàn)元。該方案一方面體現(xiàn)在取消了3臺(tái)小閉式泵，減少正常運(yùn)行的廠用電消耗，一年可節(jié)省10.03萬(wàn)元左右；另一方面體現(xiàn)在避免可能的非停，一次非停造成的損失約為256萬(wàn)元。

部分閉式水方案需要增加2臺(tái)板式換熱器等，總費(fèi)用約為71萬(wàn)元。與全部閉式水方案相比，雖然節(jié)省101萬(wàn)元左右，但閉式泵的功率大大增加了，所以向外少供電造成的損失每年為30.9萬(wàn)元左右。

綜上所述，方案2實(shí)際帶來(lái)的結(jié)果是耗能保安全，與方案1比較，只要2～3年就將節(jié)省的101萬(wàn)抵消掉，并沒(méi)有從根本上解決現(xiàn)有開(kāi)式水用戶的問(wèn)題。只要方案1中具備取消開(kāi)式泵的條件，那么完全可能進(jìn)行全部閉式水用戶的方案，一方面從根本上解決現(xiàn)有開(kāi)式水用戶工作安全可靠的問(wèn)題，另一方面還可實(shí)現(xiàn)節(jié)能保安全的雙重目標(biāo)，具有較大的實(shí)際價(jià)值。

4 結(jié)論

針對(duì)安慶電廠采用開(kāi)式水冷卻發(fā)電機(jī)氫冷器與勵(lì)磁機(jī)空冷器的情況，建議將所有冷卻器改用閉式水冷卻，發(fā)電機(jī)回水溫度約為31.6℃，可以余熱利用，既提高了安全性，又實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性。

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