循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)備高位布置探討

張華仙

（中國能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030001）

0 引言

某電廠安裝2 臺(tái)300 MW 抽汽、凝汽式空冷供熱機(jī)組，配置2 臺(tái)1 164 t/h 亞臨界參數(shù)煤粉鍋爐。2 臺(tái)機(jī)組分別于2009 年12 月、2010 年1 月投入商業(yè)運(yùn)行。2012 年7 月，該電廠對(duì)1 號(hào)機(jī)組進(jìn)行了乏汽供熱改造，增設(shè)了2 臺(tái)表面式凝汽器。機(jī)組在冬季采暖期間運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)排出的乏汽全部進(jìn)入增設(shè)的表面式凝汽器，對(duì)熱網(wǎng)循環(huán)水進(jìn)行加熱。

為了降低機(jī)組煤耗，增加發(fā)電量，該電廠對(duì)1 號(hào)機(jī)組的直接空冷系統(tǒng)進(jìn)行尖峰冷卻改造。即在夏季高溫時(shí)段，利用1 號(hào)機(jī)組供熱改造時(shí)增設(shè)的表面式凝汽器、排汽管道等，通過再增設(shè)機(jī)械通風(fēng)冷卻塔等對(duì)汽輪機(jī)排出的一部分乏汽進(jìn)行冷卻，從而提高機(jī)組度夏能力，降低發(fā)電煤耗，保障機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

1 改造內(nèi)容

本次對(duì)1 號(hào)機(jī)組空冷系統(tǒng)進(jìn)行尖峰冷卻改造，利用了1 號(hào)機(jī)組供熱改造時(shí)增設(shè)的表面式凝汽器、排汽管道等系統(tǒng)，通過再增設(shè)機(jī)械通風(fēng)冷卻塔、循環(huán)水泵、循環(huán)水管道等，對(duì)汽輪機(jī)排出的一部分乏汽進(jìn)行尖峰冷卻，以達(dá)到降低汽輪機(jī)排汽壓力的目的。

本次對(duì)空冷系統(tǒng)進(jìn)行尖峰冷卻改造，實(shí)際上是增加了一套濕式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。常規(guī)的濕冷系統(tǒng)由凝汽器、循環(huán)水泵、循環(huán)水泵吸水池、冷卻塔、冷卻塔集水池組成，詳情見圖1。

圖1 常規(guī)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)圖

濕冷系統(tǒng)的冷卻裝置一般有自然通風(fēng)冷卻塔或機(jī)械通風(fēng)冷卻塔2 種，本次改造受到場(chǎng)地條件的限制，采用了機(jī)械通風(fēng)冷卻塔。結(jié)合已有的空冷系統(tǒng)及乏汽供熱系統(tǒng)，本次尖峰冷卻系統(tǒng)的改造流程見圖2。

圖2 尖峰冷卻系統(tǒng)圖/乏汽供熱系統(tǒng)圖

2 改造容量及設(shè)備

空冷尖峰冷卻系統(tǒng)改造容量主要受電廠建設(shè)用場(chǎng)地條件的限制，同時(shí)需要考慮電廠目前的實(shí)際運(yùn)行情況，以及熱網(wǎng)循環(huán)水管路系統(tǒng)及表面式凝汽器管路系統(tǒng)等情況。本次改造經(jīng)綜合分析并通過計(jì)算后，確定尖峰冷卻系統(tǒng)循環(huán)水量按6 000 m3/h 考慮，對(duì)應(yīng)的冷卻汽輪機(jī)排汽量約150 t/h。

當(dāng)排汽量150 t/h，冷卻幅度15 ℃（循環(huán)冷卻水溫度由33 ℃升至48 ℃，溫升15 ℃） 時(shí)，循環(huán)冷卻水量6 000 m3/h。

根據(jù)循環(huán)冷卻水量，循環(huán)水冷卻系統(tǒng)配置了1 臺(tái)循環(huán)水泵、3 格機(jī)力通風(fēng)冷卻塔和1 條循環(huán)水供水管道。

循環(huán)水泵選臥式離心泵，流量為6 000 m3/h，揚(yáng)程為25 m，布置在已有的熱網(wǎng)站內(nèi)。

機(jī)力通風(fēng)冷卻塔選用3 格結(jié)構(gòu)，每格冷卻塔淋水面積13×13 m2，淋水密度11.8 m3/（m2·h）。風(fēng)機(jī)采用d8 000 mm 玻璃鋼軸流風(fēng)機(jī)，設(shè)計(jì)風(fēng)量130×104m3/h。

3 系統(tǒng)布置

該電廠建設(shè)時(shí)，為了充分利用場(chǎng)地，地下設(shè)施以直埋為主。同時(shí)，由于前期已經(jīng)進(jìn)行了供熱改造，使廠區(qū)地下設(shè)施布置比較復(fù)雜。本次尖峰冷卻系統(tǒng)改造的地上、地下設(shè)施布置較為困難。

根據(jù)該電廠基本情況，本次改造增設(shè)的機(jī)力通風(fēng)冷卻塔布置在現(xiàn)有的蒸發(fā)冷卻器西側(cè)，架空布置。尖峰冷卻系統(tǒng)表面式凝汽器利用現(xiàn)有的熱網(wǎng)改造所增設(shè)的表面式凝汽器（位于直接空冷平臺(tái)下方），新增的1 臺(tái)循環(huán)水泵布置在現(xiàn)有的熱網(wǎng)站內(nèi)，新增設(shè)的循環(huán)水管道接至現(xiàn)有熱網(wǎng)循環(huán)水進(jìn)出凝汽器的熱網(wǎng)循環(huán)水管道上，采用架空與地埋相結(jié)合的敷設(shè)方式。

3.1 機(jī)力通風(fēng)冷卻塔布置

本次改造增設(shè)的機(jī)力通風(fēng)冷卻塔架構(gòu)采用框架結(jié)構(gòu)，橫向共4 跨，柱距3.25 m，寬度共13 m；縱向12 跨，柱距3.25 m，12 跨共39 m 長；每4個(gè)柱距13 m 支撐1 臺(tái)風(fēng)機(jī)。冷卻塔按3 個(gè)13 m×13 m 的單元一字排開，共3 個(gè)單元。

冷卻塔布置在現(xiàn)有的蒸發(fā)冷卻器西側(cè)、生活污水處理設(shè)施的東側(cè)。由于周圍建筑物對(duì)冷卻塔進(jìn)風(fēng)有影響，因此冷卻塔采用架空布置，冷卻塔安裝在集水池頂部。由于冷卻塔一側(cè)的生活污水處理間高6.3 m，因此將冷卻塔集水池頂標(biāo)高定為6.55 m，高出生活污水處理間0.25 m。同時(shí)，冷卻塔集水池頂即冷卻塔進(jìn)風(fēng)口底距冷卻塔填料托架底面高度為3.13 m，滿足了冷卻塔進(jìn)風(fēng)的要求。

3.2 集水池布置

常規(guī)的濕冷系統(tǒng)冷卻塔水池為地下或半地下設(shè)置。但是，由于在冷卻塔架構(gòu)范圍內(nèi)有部分管道需要改線，有2 條電纜溝道需要保留，致使集水池不能以地下或半地下形式設(shè)置，而是采用架構(gòu)將水池托起，形成高位布置。冷卻塔集水池底標(biāo)高為4.4 m。

3.3 吸水池布置

一般循環(huán)水泵吸水池隨循環(huán)水泵均為地下布置。本次改造，不增設(shè)循環(huán)水泵房，循環(huán)水泵布置在現(xiàn)有的熱網(wǎng)站內(nèi)，而熱網(wǎng)站外沒有布置循環(huán)水泵吸水池的位置。因此，循環(huán)水泵的吸水池與冷卻塔的集水池共用一個(gè)平臺(tái)，布置在集水池的南端，即機(jī)力通風(fēng)冷卻塔的平臺(tái)向南多布置出一跨的間距，用于支撐循環(huán)水泵的吸水池。

3.4 循環(huán)水泵的布置

通常選用具有較大允許吸上真空高度的水泵，盡量使泵房布置成地面式，以節(jié)約投資和方便運(yùn)行管理；如水泵采用吸水水位較低或水泵允許吸上真空高度較小以及需采用自灌式啟動(dòng)的水泵時(shí)，泵房常布置成半地下式或地下式。

在電廠中，一般循環(huán)水泵采用地下布置。本次改造，一方面由于循環(huán)水泵布置在現(xiàn)有的熱網(wǎng)站內(nèi)，而熱網(wǎng)站的熱網(wǎng)循環(huán)水泵均為地上布置。因此，本次改造新增的循環(huán)水泵也采用地上布置。另一方面，由于循環(huán)水泵吸水池采用高位布置，使得循環(huán)水泵進(jìn)水為正壓進(jìn)水，也為循環(huán)水泵采用地上布置創(chuàng)造了條件。

由于循環(huán)水泵吸水池為高位布置，因此在水泵啟動(dòng)、停運(yùn)時(shí)將會(huì)產(chǎn)生水錘力。在改造設(shè)計(jì)階段，對(duì)水泵在不同的啟、停工況下進(jìn)行了水錘力的計(jì)算。經(jīng)過計(jì)算，最大水錘力為5 263.64 N，滿足水泵及管道的承壓能力。

4 系統(tǒng)運(yùn)行效果

該電廠空冷尖峰冷卻系統(tǒng)改造于2015 年投運(yùn)，整個(gè)尖峰冷卻系統(tǒng)/循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，在水泵啟動(dòng)、停運(yùn)時(shí)，沒有發(fā)生水錘力對(duì)水泵的危害。在夏季運(yùn)行工況，當(dāng)投入空冷尖峰冷卻系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，機(jī)組排汽壓力有明顯的降低，汽輪機(jī)運(yùn)行排汽壓力可由改造前的32 kPa降至23 kPa，降低約9 kPa，從而降低了發(fā)電煤耗，達(dá)到了預(yù)期的效果。同時(shí)，在冬季采暖期，尖峰冷卻系統(tǒng)停運(yùn)后，對(duì)現(xiàn)有的供熱系統(tǒng)沒有任何影響。

5 結(jié)論

該電廠利用現(xiàn)有的供熱系統(tǒng)部分設(shè)備和管道，進(jìn)行空冷尖峰冷卻系統(tǒng)改造，即增設(shè)了一套循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，通過對(duì)汽輪機(jī)排出的一部分乏汽進(jìn)行冷卻，提高了機(jī)組的度夏能力，降低了發(fā)電煤耗，保障了機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

該電廠尖峰冷卻系統(tǒng)的部分設(shè)施及設(shè)備利用了現(xiàn)有供熱系統(tǒng)的部分設(shè)施及設(shè)備，使這些設(shè)施和設(shè)備得到了充分、有效的使用，增加了電廠設(shè)備的利用率。部分設(shè)施及設(shè)備采用高位布置，根據(jù)現(xiàn)有場(chǎng)地進(jìn)行合理的布置，可以降低由于水池高位布置引起的水錘力對(duì)水泵及管道產(chǎn)生的不良影響，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。同時(shí)，部分設(shè)施及設(shè)備采用高位布置，減少了占地面積，減少了地下設(shè)施的拆除工作，對(duì)電廠改造和場(chǎng)地較為緊張的新建電廠有一定的借鑒作用。