恰木薩水電站機組循環(huán)供水系統(tǒng)設(shè)計

安 剛

(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 概 述

1.1 電站概況

恰木薩水電站是新疆葉爾羌河下游河道規(guī)劃梯級開發(fā)中的第2級電站，為引水式電站。工程主要由攔河引水樞紐、發(fā)電引水系統(tǒng)、壓力前池、壓力管道、電站地面廠房等組成，屬中型Ⅲ等工程。

電站裝設(shè)4臺50 MW混流立式水輪發(fā)電機組,水頭范圍為59.2～69.99 m，多年平均年發(fā)電量為6.2億kW·h，年利用小時數(shù)為3 054 h。

1.2 機組主要參數(shù)

水輪機型號為HLTF150A—LJ—345，額定水頭63.5 m，額定轉(zhuǎn)速166.7 r/min，吸出高度-3.05 m，額定流量87.68 m3/s。

水輪發(fā)電機型號為SF50—36/7500，單臺機組冷卻水用量424 m3/h。

1.3 氣象

年平均氣溫10.2 ℃，極端最高氣溫39.6 ℃，極端最低氣溫-24 ℃，多年平均水溫8.76 ℃，歷年最高水溫25.2 ℃，歷年最低水溫0 ℃。

1.4 泥沙特性

多年平均懸移質(zhì)輸沙率(閘址處)264.58 kg/s，多年平均懸移質(zhì)含沙量(閘址處)1.29 kg/m3，多年平均懸移質(zhì)輸沙量(閘址處)834.95×104 t。

(1)恰木薩閘址河道懸移質(zhì)泥沙礦物組成形式

單礦物：斜長石 5%，鉀長石 2%，石英 30%，普通輝石 2%。

火山巖：英安巖 5%。

變質(zhì)巖：石英片巖 5%。

沉積巖：微晶灰?guī)r 51%。

(2)泥沙顆粒級配

根據(jù)卡群水文站1975年實測懸移質(zhì)顆粒級配資料分析：懸移質(zhì)泥沙主要由粉土和沙組成，其中0.007～0.05 mm的粗粉土占51.3%；0.05～0.5 mm的中、細(xì)沙占48.4%；0.5～1 mm粗沙僅占0.3%。懸移質(zhì)泥沙干密度為1.30 t/m3(見表1)。

表1 恰木薩水電站預(yù)想汛期含沙量

2 機組技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計

2.1 機組技術(shù)供水方式的確定

根據(jù)《水力發(fā)電廠水力機械輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》(DL/T 5066—2010)第4.1.8節(jié)，水頭(壓)在60～180 m時，宜采用自流減壓方式。本電站天然河道汛期泥沙含量較高，泥沙對機組各部冷卻器會產(chǎn)生磨損和堵塞，故無法完全采用自流減壓方式。經(jīng)綜合分析，電站技術(shù)供水方式采用循環(huán)供水和自流減壓混合供水。汛期采用循環(huán)供水，非汛期采用自流減壓為主、循環(huán)供水為輔。

2.2 機組循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

(1)系統(tǒng)組成

組成部件：循環(huán)水池、循環(huán)水泵、機組循環(huán)冷卻水裝置、技術(shù)供水管網(wǎng)、閥門、自動控制柜等。

(2)供水對象及運行方式

供水對象：水輪發(fā)電機組各部冷卻器(上導(dǎo)、空冷、下導(dǎo)推力、水導(dǎo))。

循環(huán)冷卻水循環(huán)方式：循環(huán)水池→循環(huán)水泵→機組循環(huán)冷卻水裝置→機組各部冷卻器→循環(huán)水池。

發(fā)電設(shè)備在運行過程中，循環(huán)水通過循環(huán)水泵送到布置在尾水中的循環(huán)冷卻水裝置，利用冷卻器外部流動的河水通過循環(huán)冷卻器進(jìn)行熱交換。使循環(huán)水水溫降低到滿足機組冷卻水水溫的要求，然后送至機組，冷卻水通過運行的機組帶走機組熱量，又排回循環(huán)水池。

(3)循環(huán)冷卻供水系統(tǒng)參數(shù)選擇

根據(jù)主機廠提供的機組用水量參數(shù)，考慮循環(huán)水的損失和蒸發(fā)量，單臺循環(huán)冷卻器設(shè)計流量450 m3/s；每臺機組循環(huán)冷卻水裝置采用兩組并聯(lián)立式布置；機組各冷卻器進(jìn)水溫度按25 ℃設(shè)計，出水溫度按28 ℃設(shè)計；循環(huán)冷卻器設(shè)計壓力1.0 MPa，試驗壓力1.5 MPa；機組冷卻水進(jìn)口壓力0.2～0.5 MPa；循環(huán)冷卻器水頭損失8 m；循環(huán)冷卻器本體材料采用304不銹鋼(本體不刷漆，避免影響熱交換效率)；循環(huán)冷卻器進(jìn)出口管徑DN200(管路及配件均采用不銹鋼材料)。

(4)循環(huán)水池有效容積計算

根據(jù)4臺機組布置方式，循環(huán)水池設(shè)置在主廠房下游尾水平臺下部，設(shè)置4個互相聯(lián)通的循環(huán)水池(兩池之間設(shè)置2根DN300聯(lián)通管)，單個循環(huán)水池長13.1 m×寬5.1 m×高5.4 m。循環(huán)水池有效容積為補水水位至停泵水位之間的容積，大于機組各部冷卻水總用量的20%。循環(huán)水池設(shè)置停泵水位、補水水位、停補水位、報警水位4個節(jié)點控制，并配置補水管、溢流管、排空管、液位信號和水溫測量等裝置。

(5)循環(huán)水泵的選擇

為了增加循環(huán)供水的可靠性，采用單元供水方式，每臺機對應(yīng)2臺循環(huán)水泵(一用一備，相互切換)，水泵采用長軸深井泵。循環(huán)水泵參數(shù)Q=450 m3/h,H=55 m,N=110 kW，水泵參數(shù)滿足循環(huán)冷卻器流量和壓力的要求。

(6)設(shè)備布置

根據(jù)廠房水工的布置情況，循環(huán)水泵布置在主廠房下游尾水平臺下部水泵室。循環(huán)冷卻器布置在尾水管出口端上部混凝土板上，混凝土板及兩側(cè)立柱預(yù)留鋼板，用以固定循環(huán)冷卻器。為防止電站全部機組在冬季停機狀況下尾水表面結(jié)冰，造成循環(huán)冷卻器凍裂，循環(huán)冷卻器頂部應(yīng)低于最低尾水位1 m以下(見圖1)。

圖1機組循環(huán)冷卻水裝置三維效果示意

3 運行中注意的事項

3.1 循環(huán)水池維護

循環(huán)水池首次充水時，必須清除建筑垃圾，并進(jìn)行清洗，保證循環(huán)水的水質(zhì)。運行一定時間，循環(huán)水池會產(chǎn)生泥沙、水生物、水質(zhì)發(fā)臭等現(xiàn)象，應(yīng)對水池定期進(jìn)行排空清洗。

3.2 與自流減壓系統(tǒng)的切換

當(dāng)非汛期泥沙含量少、循環(huán)系統(tǒng)故障檢修和定期維護時，機組技術(shù)供水由循環(huán)系統(tǒng)切換至自流減壓系統(tǒng)。運行和檢修規(guī)程中應(yīng)嚴(yán)格規(guī)定機組技術(shù)供排水管路閥門的切換操作方式，并懸掛“禁止操作”的標(biāo)示牌。

3.3 循環(huán)冷卻器放空

當(dāng)循環(huán)冷卻器需要放空時，關(guān)閉循環(huán)冷卻器進(jìn)出口閥門，打開防冰運行管上的閥門，通過接電站壓縮空氣管道向系統(tǒng)內(nèi)通壓縮空氣，把循環(huán)冷卻器中的循環(huán)水壓到檢修集水井中，排空循環(huán)冷卻器。

3.4 補水水源及水質(zhì)要求

補水水源采用兩路供水：一是采用生活水車運輸補水，水源取自地下水；二是采用機組壓力鋼管進(jìn)口引水，水源取自經(jīng)處理過的河水。

電站定期對水質(zhì)進(jìn)行檢測，保證pH值在6.5～8.5范圍內(nèi)。

4 結(jié) 語

通過國內(nèi)多座電站實際運行效果來看，循環(huán)供水技術(shù)解決了多泥沙對機組技術(shù)供水系統(tǒng)的影響，提高了電站的發(fā)電量，保證了電站安全穩(wěn)定運行。

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