海水直流冷卻機組開式循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化

蘇 偉，苗井泉

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013）

0 引言

隨著電力技術(shù)發(fā)展，節(jié)能降耗措施不斷優(yōu)化。主機技術(shù)經(jīng)過近年來的發(fā)展優(yōu)化，已經(jīng)取得了長足的進步，而輔助系統(tǒng)的節(jié)能降耗仍存在較大的優(yōu)化空間。輔機冷卻水系統(tǒng)作為電廠輔助系統(tǒng)的重要組成部分，其中水量大，能耗高，在滿足機組冷卻要求的前提下對系統(tǒng)進行優(yōu)化，對于提高機組經(jīng)濟性具有重要意義［1］。

1 開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

1.1 常規(guī)開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

電廠冷卻水系統(tǒng)主要是向電廠各換熱器及設備提供必要的冷卻水，以保證機組的安全運行。冷卻水系統(tǒng)主要由開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)組成。常規(guī)開式冷卻水系統(tǒng)自循環(huán)水進水管取水，經(jīng)過電動濾水器過濾后，通過水泵升壓，送至各冷卻用戶，回水至循環(huán)水回水管［2］。

開式冷卻水系統(tǒng)對水質(zhì)要求不高，但對溫度要求較高，冷卻水量大的設備，一般采用開式水冷卻，如閉式水換熱器、真空泵、主機冷油器、發(fā)電機氫氣冷卻器等。由于冷卻設備較多，壓損較大，需要設置開式水泵對冷卻水進行升壓，來保證設備能夠得到足夠的冷卻水冷卻。

1.2 海水直流冷卻機組開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

在海水直流冷卻機組中，主機循環(huán)水為海水，開式水系統(tǒng)介質(zhì)與主機循環(huán)水相同，若大部分設備仍采用開式水作為冷卻介質(zhì)，會提高對各設備換熱器材質(zhì)的要求，從而導致增加工程造價，造成不必要的浪費。因此在海水直流冷卻機組中，一般采用“大閉式冷卻水”系統(tǒng)，即大部分的設備用閉式循環(huán)冷卻水來冷卻，只有閉式水換熱器和真空泵用開式水冷卻。

與常規(guī)機組開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)相比，海水直流冷卻機組的開式水系統(tǒng)用戶少，流動阻力低，可以在常規(guī)開式水系統(tǒng)的基礎上進行優(yōu)化［3］。

2 開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水力計算

2.1 水力計算模型的算法

開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)有多個并聯(lián)用戶，采用人工計算不僅過程煩瑣，而且很難保證計算結(jié)果的準確性。因此對于多個用戶并聯(lián)的系統(tǒng)管網(wǎng)，需要借助計算機手段對整個管網(wǎng)進行精確的水力分析和流量分配。利用AFT-Fathom軟件［4］，采用“目標—變量”算法，將凝汽器所需的冷卻水量作為目標值，以開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水量為變量，計算當凝汽器的冷卻水量為額定流量時，流經(jīng)各個開式循環(huán)冷卻水用戶的水量。

2.2 水力計算模型的建立

開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)計算模型的建立過程為：1）選取系統(tǒng)中各用戶及管件連接件，連接成系統(tǒng)；2）對系統(tǒng)中各元件進行定義，如管長、內(nèi)外徑、粗糙度、阻力系數(shù)、閥門開閉等；3）根據(jù)設定的目標和算法，選擇合適的變量進行模擬；4）輸出模擬結(jié)果并進行總結(jié)。AFT-Fathom建立的模型如圖1所示。

圖1 開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)模型

2.3 水力計算邊界條件

換熱器模型的定義方式，分別為常數(shù)K定義、換熱器內(nèi)部管道數(shù)據(jù)定義、變量K定義、廠家數(shù)據(jù)模擬曲線定義。本文模型中均根據(jù)廠家提供的水阻曲線來定義各換熱器模型的壓損曲線。各換熱器的水阻曲線見圖2~4。

圖2 凝汽器阻力曲線

圖3 閉式水換熱器阻力曲線

圖4 真空泵換熱器阻力曲線

管路模型中，需要定義管路的尺寸、長度、絕對粗糙度，并定義管件的類型和數(shù)量。在對閥門進行定義時需要根據(jù)閥門特性定義閥門的局部阻力系數(shù)。局部阻力系數(shù)既可以定義為常數(shù)，也可以根據(jù)廠家提供的數(shù)據(jù)繪制曲線，本模型定義的局部阻力系數(shù)為常數(shù)［5］。

2.4 水力計算結(jié)果

根據(jù)GB 50764—2012《電廠動力管道設計規(guī)范》對管道流速的要求，本系統(tǒng)流速范圍取0.5～1.5 m／s，開式循環(huán)冷卻水的設計流量為 2 696 t／h，開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)母管規(guī)格見表1。

表1 開式循環(huán)水系統(tǒng)母管規(guī)格

圖5 真空泵冷卻水量變化曲線

圖6 閉式水換熱器冷卻水量變化曲線

根據(jù)以上3種規(guī)格母管對開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水量進行了分配計算，計算結(jié)果如圖5~6所示。

由圖5~6可以看出，隨開式循環(huán)冷卻水管徑增大，各設備的冷卻水量均之增加，各管徑對應的冷卻水量均能滿足設備需求。因此選取開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)母管規(guī)格為Φ920 mm×10 mm，不設開式水升壓泵。

3 節(jié)能降耗分析

經(jīng)過AFT軟件計算，本工程開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)可取消開式水升壓泵。取消開式泵后，既可降低初投資，又降低了廠用電，減少了運行費用，起到了節(jié)能降耗的作用。

常規(guī)百萬機組的開式水升壓泵揚程約0.1 MPa，功率約110 kW。按機組年利用小時數(shù)5 500 h計算，經(jīng)過優(yōu)化，兩臺機一年可節(jié)省運行費用121萬元，節(jié)約初投資40萬元，節(jié)能降耗意義顯著。

4 結(jié)語

本工程開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)取消了開式水升壓泵，通過計算能夠滿足各開式循環(huán)冷卻水用戶的冷卻水流量要求；簡化了開式水系統(tǒng)，在保證可靠性的基礎上，減少了該系統(tǒng)的投資和運行費用。通過優(yōu)化，本工程兩臺機組可減少初投資40萬元，減少年運行費用121萬元，具有良好的節(jié)能降耗作用，對海水直流冷卻機組的開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設計具有一定的指導意義。

［1］楊光明.600 MW超臨界機組開式冷卻水系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能改造［J］.能源與環(huán)境，2012（4）：25-26.

［2］高志勇，黃家運，安雪松.火力發(fā)電廠開式水系統(tǒng)優(yōu)化［J］.神華科技，2012（2）：60-62.

［3］杜東明，高洪濤.350 MW開式冷卻汽輪機循環(huán)水的優(yōu)化運行［J］.汽輪機技術(shù)，2007，49（1）：54-56，59.

［4］楊文澤，騫宏偉，張亞鵬.電站開式循環(huán)冷卻水泵選型計算分析［J］.能源研究與管理，2012 （3）：84-86，99.

［5］中國電力企業(yè)聯(lián)合會.電廠動力管道設計規(guī)范：GB 50764—2012［S］.北京：中國計劃出版社，2012.