1 000 MW氫冷機(jī)組閉式水溫控制分析

儲(chǔ)文祥，張 弛

（皖能銅陵發(fā)電有限公司，安徽 銅陵 244000）

0 引言

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

1 6號(hào)機(jī)組閉式水系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀

皖能銅陵發(fā)電有限公司6號(hào)機(jī)組采用上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司生產(chǎn)的汽輪發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)采用水氫氫冷卻方式，氫冷器冷卻水源為閉式水。本機(jī)組配備有2臺(tái)單臺(tái)流量為1 650 m3/h的閉式冷卻水泵，在6號(hào)機(jī)組C級(jí)檢修中進(jìn)行過(guò)高低速改造，正常情況下1用1備。閉式水的補(bǔ)充水源為來(lái)自水質(zhì)較好的化學(xué)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(huán)水經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)過(guò)濾的開(kāi)式水進(jìn)行冷卻。6號(hào)機(jī)組閉式水用戶設(shè)備用水量見(jiàn)表1。

表1 6號(hào)機(jī)組閉式水用戶設(shè)備用水量

由表1可知，閉式水的主要用戶為發(fā)電機(jī)氫冷器、定冷水冷卻器、凝泵電機(jī)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(fā)電機(jī)進(jìn)口冷氫的溫度。正常運(yùn)行時(shí)將氫冷器溫度設(shè)定值設(shè)在39℃，定冷水溫度設(shè)在43℃。若氫溫太低會(huì)造成氫氣結(jié)露，結(jié)露時(shí)水珠滴在發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子繞組上面，會(huì)加劇發(fā)電機(jī)絕緣電阻降低，發(fā)生短路、擊穿事故造成發(fā)電機(jī)損壞，發(fā)電機(jī)運(yùn)行氫壓下入口冷氫溫度下限值為露點(diǎn)溫度。根據(jù)有關(guān)規(guī)定，當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)最低溫度為5℃時(shí)，運(yùn)行氫壓下允許的濕度高限用露點(diǎn)溫度-5℃表示。當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)最低溫度不低于10℃時(shí)，運(yùn)行氫壓下允許濕度高限用露點(diǎn)溫度0℃表示[2]。若發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫溫過(guò)高，會(huì)加速發(fā)電機(jī)絕緣材料老化，減少絕緣材料壽命；氫氣溫度過(guò)高還會(huì)降低發(fā)電機(jī)內(nèi)部重要部件的冷卻效果，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成部件燒毀。在不同季節(jié)及時(shí)調(diào)整閉式水冷卻器運(yùn)行方式控制閉式水溫度，對(duì)閉式水用戶參數(shù)調(diào)整特別是氫冷器有重要意義。

2 閉式水冷卻器運(yùn)行方式及調(diào)整效果

隨著季節(jié)更替，循環(huán)水進(jìn)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(jìn)水溫度。為了有效控制閉式水溫度，依據(jù)不同季節(jié)采取了如圖1所示的3種閉式水冷卻器運(yùn)行方式。

圖1 6號(hào)機(jī)組閉式水冷卻器運(yùn)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(zhì)分別流過(guò)通道，通過(guò)板面進(jìn)行熱量交換?？梢酝ㄟ^(guò)開(kāi)啟、關(guān)閉閉式水冷卻器閉式水側(cè)或開(kāi)式水側(cè)進(jìn)出口電動(dòng)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(jīng)過(guò)兩組冷卻器后混流的溫度即閉式水入口水溫。

a） 運(yùn)行方式一。A、B閉式水冷卻器開(kāi)、閉式水兩側(cè)蝶均處于全開(kāi)位，在夏季，循環(huán)水溫最高可達(dá)44℃，取自循環(huán)水入口的開(kāi)式水溫度也處于較高狀態(tài)，并且夏季屬于用電高峰期，機(jī)組負(fù)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(shí)只有將2臺(tái)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(kāi)式水側(cè)流動(dòng)阻力，降低閉式泵能耗。同時(shí)，開(kāi)啟兩組閉式水冷卻器進(jìn)回水蝶閥，也能夠有效地對(duì)開(kāi)式水沖刷。開(kāi)式水水質(zhì)基本與循環(huán)水相同（見(jiàn)表2），只是開(kāi)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(jié)垢的最主要因素之一，有機(jī)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(huì)明顯下降，導(dǎo)致冷卻器受熱面容易形成生物污垢。同時(shí)，冷卻水中的重碳酸鹽在堿性溶液中溶解度下降，當(dāng)水溫高達(dá)一定值時(shí)，重碳酸鈣受熱分解而產(chǎn)生CaCO3沉淀，形成結(jié)晶污垢[4]。

表2 6號(hào)機(jī)組冬季循環(huán)水水質(zhì)參數(shù)

b）運(yùn)行方式二。主要應(yīng)用于極寒天氣，將A閉式水冷卻器開(kāi)式水側(cè)通過(guò)進(jìn)出口電動(dòng)蝶閥關(guān)閉，閉式水走兩組閉冷器，這時(shí)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(jīng)過(guò)混合保證閉式水進(jìn)水溫度在極寒天氣也不會(huì)降到很低，進(jìn)一步保證氫溫不會(huì)太低。經(jīng)過(guò)運(yùn)行證明這種運(yùn)行方式能夠在開(kāi)式水母管溫度低至2℃時(shí)維持氫溫在38℃。使用這種運(yùn)行方式雖然能在冬季提高氫溫，但氫冷器冷卻水調(diào)閥開(kāi)度依舊很小，為了避免氫冷器冷卻水調(diào)閥全關(guān)造成閉式泵憋泵，必須將氫冷器調(diào)閥開(kāi)度低限設(shè)在10%開(kāi)度。由于冬季微生物活性較低，微生物生成的黏質(zhì)物絮凝化，形成絮凝物量也較少，并且由于循環(huán)水溫度較低，水中溶解的CO2含量增加，pH值會(huì)稍微降低，加上長(zhǎng)時(shí)間停用開(kāi)式水側(cè)，所以需定期開(kāi)啟開(kāi)式水側(cè)蝶閥對(duì)開(kāi)式水側(cè)進(jìn)行沖洗。

c）運(yùn)行方式三。將A閉式水冷卻器閉式水側(cè)隔離，開(kāi)式水側(cè)開(kāi)啟，通常應(yīng)用在過(guò)渡時(shí)期。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明運(yùn)行方式三的冷卻效果比運(yùn)行方式二的冷卻效果更好，在最近3月份切換中，使用運(yùn)行方式二閉式進(jìn)水溫度達(dá)27℃時(shí)切換到運(yùn)行方式三閉式水進(jìn)水溫度下降到23℃，開(kāi)式泵電流由283 A下降至231 A，每天降低821 kW·h廠用電，開(kāi)式泵能耗大幅降低。使用運(yùn)行方式三能夠平滑地在運(yùn)行方式一和運(yùn)行方式二中過(guò)渡，并且對(duì)兩組冷卻器開(kāi)式水側(cè)進(jìn)行沖刷，有效降低了換熱面結(jié)垢。

3 結(jié)束語(yǔ)

皖能銅陵發(fā)電有限公司6號(hào)機(jī)組通過(guò)調(diào)整閉式水冷卻器開(kāi)式水側(cè)及閉式水側(cè)進(jìn)出口電動(dòng)蝶閥開(kāi)關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)閉式水溫在炎熱、極寒天氣時(shí)的有效控制，在極端天氣時(shí)能將發(fā)電機(jī)冷氫溫度調(diào)整在正常參數(shù)范圍內(nèi)，保障機(jī)組發(fā)電機(jī)的安穩(wěn)運(yùn)行。