(黑龍江辰能新能源開(kāi)發(fā)股份有限責(zé)任公司，哈爾濱 150090)

0 引 言

2004年8月2日21∶22首次發(fā)現(xiàn)一期循環(huán)水的進(jìn)水溫度快速上升的異常情況，導(dǎo)致#1/#2機(jī)凝汽器排汽溫度迅速抬升，迫使機(jī)組降出力運(yùn)行。隨著二期工程四臺(tái)機(jī)組逐臺(tái)投入運(yùn)行，該問(wèn)題的影響逐漸顯現(xiàn)：循環(huán)水溫度快速上升發(fā)生的持續(xù)時(shí)間、上升幅度均呈現(xiàn)顯著擴(kuò)大之勢(shì)。今年機(jī)組又?jǐn)?shù)次受到該問(wèn)題影響，7月18日海水最高溫度達(dá)到38.5 ℃。兩臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷分別降到190 MW和180 MW。

1 二期工程投產(chǎn)前循環(huán)水進(jìn)水溫度變化的規(guī)律和原因分析

1.1 二期工程投產(chǎn)前循環(huán)水進(jìn)水溫度變化的規(guī)律

根據(jù)對(duì)PI數(shù)據(jù)庫(kù)中2000年到目前的歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年至今全年的循環(huán)水平均溫度呈上升趨勢(shì)，2005年全年平均的循環(huán)水溫度比2000年上升了0.943 ℃，而且這一上升趨勢(shì)在二期工程投產(chǎn)后呈明顯加快趨勢(shì)。全年循環(huán)水溫度見(jiàn)表1。

根據(jù)觀察循環(huán)水進(jìn)水溫度的變化具有一下規(guī)律：

(1)循環(huán)水排水溫度對(duì)進(jìn)水溫度的影響，自一期工程投產(chǎn)后就應(yīng)存在。只是一開(kāi)始影響比較微弱。當(dāng)循環(huán)水進(jìn)水溫度逐漸緩慢升高及其隨潮流變化的趨勢(shì)，在二期工程投產(chǎn)后，在炎熱天氣影響到機(jī)組負(fù)荷后，才逐漸被重視。

表1 全年循環(huán)水溫度

注:第一行是工程設(shè)計(jì)時(shí)，由氣象部門(mén)提供的數(shù)據(jù)。

(2)循環(huán)水進(jìn)水溫度隨潮位發(fā)生變化的趨勢(shì)，隨年份的推延更加明顯，呈現(xiàn)每天二次在低潮位的時(shí)間段發(fā)生進(jìn)水溫度明顯上升的現(xiàn)象。

(3)循環(huán)水溫度快速上升發(fā)生的持續(xù)時(shí)間、上升幅度，隨年份的推延均呈現(xiàn)逐步擴(kuò)大之勢(shì)，2000年在低潮位時(shí)循環(huán)水溫度基本沒(méi)有上升情況，現(xiàn)在循環(huán)水溫度快速上升幅度最大達(dá)到4 ℃左右，持續(xù)時(shí)間可達(dá)4～6 h。在天文低潮或氣溫異常的特殊情況下，將會(huì)出現(xiàn)機(jī)組被迫降出力情況。如循環(huán)水溫度持續(xù)偏高，還會(huì)導(dǎo)致閉式水溫度及各設(shè)備的正常冷卻，威脅機(jī)組安全運(yùn)行。本次A級(jí)檢修后原本偏高的1號(hào)機(jī)組2號(hào)軸承溫度的安全裕量，更是捉襟見(jiàn)肘，略有擾動(dòng)，可能會(huì)影響機(jī)組安全運(yùn)行。

(4)對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響，已從以前極個(gè)別較短的時(shí)間段，轉(zhuǎn)變?yōu)槿瓿掷m(xù)性影響。

1.2 循環(huán)水溫度升高的原因分析

在一期工程投產(chǎn)前，該區(qū)域海灘應(yīng)是平坦的，水深度逐漸向遠(yuǎn)處加深。當(dāng)一期工程投產(chǎn)后，該海灣中增加了4 m3/h(冬季)～8萬(wàn)m3/h(夏季)的流量排出，而進(jìn)水口有相同的流量在消失，這樣就在該海區(qū)內(nèi)增加了一個(gè)定向流場(chǎng)。因海灘較淺，自排水口漫流出后，對(duì)海灘底部有一定沖刷作用，因各處流速不同，主流部分沖刷作較強(qiáng)，流速慢的部分沖刷作弱， 或是沒(méi)有沖刷作。在向西的海流的作用下偏向西面流動(dòng)，進(jìn)入取水口區(qū)域，與來(lái)自深海的冷水相混合，影響循環(huán)水進(jìn)水溫度。而被沖刷出的砂石在潮汐的作用下，淤積到水流平緩處，抬高了海灘底部。經(jīng)長(zhǎng)年日積月累，主流場(chǎng)部分越?jīng)_越深，二側(cè)越淤越高，使溫排水越集中向主流道。這樣一來(lái)就導(dǎo)致循環(huán)水進(jìn)水溫度就逐年升高。與此同時(shí)，近幾年當(dāng)政府組織在處于錢(qián)塘江下游(本廠東側(cè))的獨(dú)山地區(qū)，進(jìn)行碼頭開(kāi)發(fā)和圍墾，對(duì)原屬一期排水的出水通道，產(chǎn)生一定的淤積，增加了該方向的排水阻力，迫使一期排水向取水口流動(dòng)。在這雙重因素的作用下，導(dǎo)致二期工程投產(chǎn)前循環(huán)水溫逐年升高，如圖1所示。

圖1 二期工程投產(chǎn)前循環(huán)水溫升高變化示意圖

另外，受潮汐的影響，高潮位時(shí)，來(lái)自海洋深處的冷水占主導(dǎo)，平均水溫受影響較小。低潮位時(shí)，來(lái)自排水口的溫?zé)嵴贾鲗?dǎo)，平均水溫受影響較大。一年四季影響的程度也不一樣。

2 二期工程投產(chǎn)后循環(huán)水溫度升高情況及原因分析

2.1 循環(huán)水溫度變化情況

因二期機(jī)組循環(huán)水排水與一期循環(huán)水取水口位置較近，加劇了一期循環(huán)水溫度升高的趨勢(shì)。下面是2005年～2007年間8月1～12日的#1機(jī)組海水溫度等相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表2。

表2

從2004年7月二期機(jī)組的依次投產(chǎn)，海水溫度逐年增加趨勢(shì)有所加快，2008年海水溫度上升幅度為1.3 ℃。最高海水溫度也存在逐年升高趨勢(shì)。

2.2 海水溫度超過(guò)夏季設(shè)計(jì)溫度時(shí)對(duì)機(jī)組的影響

根據(jù)汽輪機(jī)夏季的設(shè)計(jì)工況，在海水溫度在33 ℃或背壓為11.8 kPa時(shí)，一般控制機(jī)組排汽溫度在50 ℃以下，機(jī)組可發(fā)額定功率300 MW。海水溫度高于33 ℃時(shí)，對(duì)機(jī)組將受限制。如：2007年8月10日海水最高溫度達(dá)到37.7 ℃，兩臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷均降到230 MW。下面是2號(hào)機(jī)組當(dāng)天15∶23的運(yùn)行數(shù)據(jù)，見(jiàn)表3。

表3

2008年7月18日海水最高溫度達(dá)到38.5 ℃。兩臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷分別降到190 MW和180 MW。

2.3 原因分析

當(dāng)二期工程投產(chǎn)后，該海灣中又增加了15萬(wàn)m3/h(冬季)～30萬(wàn)m3/h(夏季)的流量排出，加上一期的排水，溫?zé)崴壤黠@增大，而一期取水口消失的水量仍維持原來(lái)狀況，這樣該海區(qū)又增加了一個(gè)定向流場(chǎng)。根據(jù)相同的道理，產(chǎn)生了一個(gè)新的溫排水流道。與原來(lái)一期的溫排水流道，共同影響一期的取水溫度加劇了循環(huán)水進(jìn)水溫度升高的趨勢(shì)，如圖2所示。

圖2 二期工程投產(chǎn)后循環(huán)水溫升高變化示意圖

3 導(dǎo)致循環(huán)水溫度升高的主要原因

根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中能量守恒定律，在暫不考慮三期工程的情況下，一二期機(jī)組年發(fā)電200億度左右，年耗標(biāo)準(zhǔn)煤660萬(wàn)t左右，根據(jù)發(fā)電效率估算，除了向電網(wǎng)供電消耗的熱能，以及排煙和散熱向大氣排放熱能外，有一半以上的熱能排向海洋，每天將有1萬(wàn)t左右的標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)出的熱量，經(jīng)循環(huán)水排水帶出，百分之百地用于加熱六里灣的海水，這是導(dǎo)致循環(huán)水溫度上升的根本原因。

在二期工程投產(chǎn)前，循環(huán)水溫度上升的現(xiàn)象極少，這是因?yàn)檠h(huán)水溫度上升的變化比較緩慢。隨著時(shí)間的推移，加上各種因素，如最低潮位、高負(fù)荷、環(huán)境溫度高、海洋性氣候、獨(dú)特的地理位置等合并在一起，影響到機(jī)組的出力或安全時(shí)，使該問(wèn)題的解決顯得更加緊迫。

4 循環(huán)水溫度升高對(duì)機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性的影響

現(xiàn)在全年中，每天二次的低潮位時(shí)基本都會(huì)發(fā)生循環(huán)水溫度上升的情況，在天文低潮或氣溫異常的特殊情況下，將會(huì)出現(xiàn)機(jī)組被迫降出力情況，2005年夏天曾出現(xiàn)過(guò)幾次。

循環(huán)水進(jìn)水溫度的升高，不僅影響迎峰度夏期間機(jī)組的安全性和可調(diào)性，限制機(jī)組的高峰出力，還將在全年內(nèi)對(duì)一期機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性造成較大影響。按循環(huán)水溫度比2000年上升了2.7 ℃計(jì)算，一期供電煤耗可增加2 g/kWh。每年多耗標(biāo)煤約8 600 t。而且這一損失將隨循環(huán)水進(jìn)水溫度進(jìn)一步增加。如今后影響到二、三期機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，這一影響將會(huì)更大。

5 消除循環(huán)水溫排水對(duì)取水溫度影響的初步設(shè)想

5.1 臨時(shí)方案

在一、二期取水口和排水口之間，建一擋水堤，使取排水之間起到初步隔離作用：如圖3所示：循環(huán)水取排水擋水隔離墻示意圖。

圖3 臨時(shí)方案

(1)使一、二期排水口排出的回水，延擋水堤導(dǎo)向漫流入海。

(2)使來(lái)自深水區(qū)的冷水自然流到一、二期取水口，

(3)擋水堤的初步要求：

①擋水堤結(jié)構(gòu)

擋水堤請(qǐng)水利專(zhuān)家根據(jù)水利工程設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)，建議采用常用的人工護(hù)面塊體(四腳錐體、四腳空心方塊、扭工字塊體、扭王字塊體)、石籠、大塊石等，形成檔水堤主體，防止臺(tái)風(fēng)季節(jié)大浪沖跨擋水堤。再用小塊石適當(dāng)填實(shí)空隙，形成擋水面。壩頂高于低潮位時(shí)的水面1～2 m，可低正常水位。堤壩不一定建成堅(jiān)固的實(shí)體，以降低工程的成本。在這區(qū)域的堤

壩的密度可以適當(dāng)增加，以在目前的排水和取水區(qū)間的中間地帶，形成有效的擋水面，盡量減少溫排水對(duì)堤壩的穿透，迫使流向右側(cè)，形成新的自然流道。

②擋水堤內(nèi)流道疏峻

對(duì)擋水堤內(nèi)的流道進(jìn)行適當(dāng)疏峻，清除大塊石塊、擋水物體等，有助于自然流道的形成。

③可能出現(xiàn)的問(wèn)題有：

a.在擋水堤外側(cè)和碼頭內(nèi)側(cè)可能產(chǎn)生淤積，需定期清淤。

b.一二期溫?zé)崤潘锌赡軐?duì)二期取水溫度有輕微影響，時(shí)間一長(zhǎng)可能會(huì)逐步顯現(xiàn)。特別是三期工程投產(chǎn)后，影響會(huì)增加。

5.2 建立專(zhuān)用排水通道

5.2.1 專(zhuān)用排水通道方案

在一～三期取水口內(nèi)側(cè)，沿著于海岸平行位置建一永久性圍堤，形成專(zhuān)用排水通道，使取排水徹底隔離。使一～三期排水口排出的回水，沿海岸方向與海潮方向平行順流到下游處漫流入海。使來(lái)自深水區(qū)的冷水自然流到一～三期取水口。

5.2.2 圍堤的初步要求：

圍堤結(jié)構(gòu)：圍堤請(qǐng)水利專(zhuān)家根據(jù)水利工程設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)，壩頂與海堤基本一致，有抗臺(tái)風(fēng)能力。長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮可在圍堤內(nèi)發(fā)展溫水養(yǎng)殖業(yè)。

5.2.3 圍堤內(nèi)流道疏峻

對(duì)圍堤內(nèi)的流道進(jìn)行適當(dāng)疏峻，清除大塊石塊、擋水物體等，有助于自然流道的形成。

5.3 對(duì)策

(1)圍堤應(yīng)盡量靠近岸邊建立,只要能夠?qū)⒁弧⒍谂懦龅臏嘏潘畤?，距排水口保持些距離以防止排出的水流對(duì)圍堤的沖刷。這樣在吃水較淺施工難度較小,投資也可節(jié)省。

(2)對(duì)圍堤內(nèi)的流道進(jìn)行適當(dāng)疏峻，清除大塊石塊、擋水物體等，有助于自然流道的形成。

(3)對(duì)圍堤外海底的三個(gè)可能淤積的區(qū)域的清淤情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和定期清淤，特別是在三期碼頭區(qū)域，在三期碼頭投產(chǎn)前，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。根據(jù)清淤物特點(diǎn)，建議租用采沙船進(jìn)行清除清淤的沙石，其附產(chǎn)品是建筑也較緊俏的原材料，可作為三產(chǎn)向市場(chǎng)出售，即可變害為利，又能增加收入。另外，考慮到海沙因含鹽量較高，市場(chǎng)需求較少，價(jià)格明顯低于市場(chǎng)緊俏的河沙的情況，可考慮增加一套洗沙系統(tǒng)，以滿足市場(chǎng)需求，增加其附加值。

6 結(jié)束語(yǔ)

(1)電廠建設(shè)所增加的熱源是循環(huán)水排水口周邊地區(qū)水溫升高的根本原因，取排水口布置的特點(diǎn)及該水域潮流所具有的往復(fù)流特征，決定了取水溫升周期性變化的特點(diǎn)。對(duì)取水和排水通道采取有效地隔離措施，是消除循環(huán)水排水溫度對(duì)取水溫度影響的有效方法。

(2)消除電力生產(chǎn)過(guò)程中各熱力系統(tǒng)的內(nèi)漏，提高設(shè)備熱效率，做好真空系統(tǒng)和循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)備管理，有效降低循環(huán)水排水溫度是火力發(fā)電企業(yè)永恒的課題，又是當(dāng)前緊迫的課題。這是發(fā)電企業(yè)節(jié)能減排工作的重點(diǎn)，做好這一工作，才能有效降低對(duì)海洋的熱污染。