350 MW火電機(jī)組閉式冷卻水系統(tǒng)沖洗方案優(yōu)化探討

惠志平，王映奇，李佳昕

（1.山西世紀(jì)中試電力科學(xué)技術(shù)有限公司，山西太原 030001；2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西太原 030001）

0 引言

北方地區(qū)火電機(jī)組受水源較少的影響，為了達(dá)到節(jié)水、降耗的目的，輔機(jī)冷卻水系統(tǒng)大部分采用閉式循環(huán)，對(duì)冷卻水水質(zhì)要求很高[1]。對(duì)于基建期間的火電廠，管道施工過(guò)程中會(huì)落入各種雜質(zhì)（如砂、礫石、電焊渣、氧化皮），這些雜質(zhì)會(huì)附著在管道內(nèi)壁，嚴(yán)重影響冷卻水水質(zhì)。因此，系統(tǒng)在投運(yùn)前必須將管道內(nèi)的雜質(zhì)沖洗干凈。山西靈石啟光2×350 MW低熱值煤發(fā)電項(xiàng)目采用增壓式重力沖洗與強(qiáng)制循環(huán)沖洗相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)了減少?zèng)_洗耗水量、減少閉式水泵入口濾網(wǎng)堵塞、縮短沖洗周期的目標(biāo)。

1 系統(tǒng)介紹

山西靈石啟光2×350 MW低熱值煤發(fā)電項(xiàng)目閉式冷卻水系統(tǒng)為汽機(jī)側(cè)、鍋爐側(cè)輔助設(shè)備提供冷卻水，每臺(tái)機(jī)組冷卻水設(shè)計(jì)量2 400 m3/h，供、回水壓力設(shè)計(jì)值1.0 MPa，工作壓力設(shè)計(jì)值0.6 MPa，水質(zhì)為除鹽水，同時(shí)配置2臺(tái)100%容量的閉式循環(huán)水泵，水泵揚(yáng)程40 m，配置6 kV高壓電機(jī)。每臺(tái)機(jī)組在運(yùn)行層25 m處配置1個(gè)10 m3膨脹水箱來(lái)穩(wěn)定閉式循環(huán)水泵入口壓力。閉式冷卻水采用干、濕聯(lián)合空冷塔方式冷卻。

2 常規(guī)閉式冷卻水系統(tǒng)沖洗方案

2.1 沖洗方法

閉式冷卻水系統(tǒng)常規(guī)的沖洗方案采用強(qiáng)制閉式循環(huán)沖洗方式，鍋爐側(cè)、汽機(jī)側(cè)所有的閉式水用戶(hù)，閉式水冷卻散熱裝置，鍋爐側(cè)、汽機(jī)側(cè)閉式水進(jìn)、回水母管等，進(jìn)行管路短接。在整個(gè)閉式冷卻水系統(tǒng)中，最低點(diǎn)安裝臨時(shí)排水管路，系統(tǒng)注滿(mǎn)水后啟動(dòng)閉式循環(huán)水泵，進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)沖洗。整個(gè)沖洗過(guò)程分為3個(gè)階段。

第一階段，沖洗閉式水所有短接管路。為防止閉式循環(huán)水泵超負(fù)荷運(yùn)行，先將主機(jī)潤(rùn)滑油冷卻器進(jìn)、回水管路節(jié)流，發(fā)電機(jī)空氣冷卻器進(jìn)、回水管路節(jié)流。閉式冷卻水系統(tǒng)注水完成后，啟動(dòng)閉式循環(huán)水泵，檢查閉式循環(huán)水泵出口壓力、電流不超額定值。排水則通過(guò)臨時(shí)排水管路進(jìn)行排放。

第二階段，沖洗閉式水所有的冷卻器。待第一階段沖洗水質(zhì)清澈、無(wú)雜質(zhì)、閉式水泵入口濾網(wǎng)差壓小于60 kPa時(shí)，恢復(fù)閉式水系統(tǒng)的所有用戶(hù)管路（干、濕聯(lián)合空冷塔除外），沖洗所有閉式水用戶(hù)。排水采用臨時(shí)排水管路排放。

第三階段，沖洗干、濕聯(lián)合空冷塔。待第二階段沖洗水質(zhì)滿(mǎn)足干、濕聯(lián)合空冷塔的水質(zhì)要求時(shí)，投運(yùn)閉式水散熱裝置，進(jìn)行設(shè)備沖洗。

2.2 閉式冷卻水常規(guī)沖洗方法存在的問(wèn)題

2.2.1 閉式循環(huán)水泵入口濾網(wǎng)堵塞嚴(yán)重

閉式冷卻水系統(tǒng)地埋管路會(huì)殘存一些雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在沖洗時(shí)會(huì)全部過(guò)濾至濾網(wǎng)處，致使入口濾網(wǎng)堵塞。一般閉式冷卻水沖洗時(shí)水泵持續(xù)運(yùn)行10 s就會(huì)出現(xiàn)入口濾網(wǎng)堵塞情況，而且堵塞頻繁，需要耗費(fèi)大量的人力、物力去清理入口濾網(wǎng)。

2.2.2 閉式循環(huán)水泵入口濾網(wǎng)存在撕裂風(fēng)險(xiǎn)

由于閉式循環(huán)水泵入口濾網(wǎng)堵塞的頻率很高，濾網(wǎng)堵塞后若不能及時(shí)清理或停泵，就會(huì)造成濾網(wǎng)前后差壓過(guò)高，導(dǎo)致濾網(wǎng)撕裂。這不僅影響閉式循環(huán)泵的安全運(yùn)行，同時(shí)也將管路中的雜質(zhì)沖散至閉式循環(huán)水管路的各個(gè)角落，堵塞管徑較細(xì)的放水、排空管路。

2.2.3 沖洗周期長(zhǎng)

在沖洗過(guò)程中，閉式循環(huán)水泵會(huì)將溶解于水的雜質(zhì)沖散至各用戶(hù)分支管路中。由于閉式冷卻水對(duì)于水質(zhì)要求特別高，所以在后期除鹽水置換時(shí)需耗費(fèi)大量的時(shí)間來(lái)改善水質(zhì)，導(dǎo)致沖洗周期長(zhǎng)。

2.2.4 具有一定的局限性

閉式循環(huán)水泵屬于6 kV高壓設(shè)備，采用閉式循環(huán)水泵沖洗時(shí)，意味著火電機(jī)組必須有高壓臨時(shí)電源或正式電源來(lái)支持其運(yùn)行。但目前很多火力發(fā)電廠屬于緩建機(jī)組，使閉式循環(huán)水泵不能及時(shí)受電，這就會(huì)出現(xiàn)臨時(shí)沖洗系統(tǒng)全部安裝完成但受到電源的制約而不能開(kāi)展工作的情況。

3 優(yōu)化后的閉式冷卻水系統(tǒng)沖洗方案

3.1 優(yōu)化后的閉式冷卻水工作流程

優(yōu)化后的閉式冷卻水工作流程如圖1所示。

圖1 閉式冷卻水沖洗臨時(shí)系統(tǒng)示意圖

圖1中，閉式冷卻水用戶(hù)為汽機(jī)側(cè)、鍋爐側(cè)所有冷卻水用戶(hù)的統(tǒng)稱(chēng)，包括汽輪機(jī)潤(rùn)滑油冷卻器、汽動(dòng)給水泵潤(rùn)滑油冷卻器、發(fā)電機(jī)冷卻器、汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)小機(jī)潤(rùn)滑油冷卻器、空壓機(jī)冷卻器等用戶(hù)；1—8號(hào)閥門(mén)分別為干冷塔、濕冷塔對(duì)應(yīng)的進(jìn)回水閥門(mén)；閉式水泵入口濾網(wǎng)均為Y型濾網(wǎng)，有排污管路；圖中虛線9表示汽機(jī)側(cè)、鍋爐側(cè)閉式冷卻水供、回水母管末端短接；虛線10表示沖洗時(shí)所需供水臨時(shí)管路，該管路與除氧器充水泵管路相連接；虛線11表示沖洗時(shí)臨時(shí)排放管路，該管路主要作用是在沖洗過(guò)程中將地埋管路中的雜質(zhì)排出系統(tǒng)。

3.2 優(yōu)化后的閉式冷卻水系統(tǒng)沖洗方法

優(yōu)化后的閉式冷卻水系統(tǒng)沖洗是按照增壓式重力沖洗+強(qiáng)制循環(huán)沖洗方式進(jìn)行，沖洗原理是利用水在管路內(nèi)流動(dòng)的動(dòng)力和紊流的漩渦及水對(duì)雜質(zhì)的浮力，迫使管內(nèi)雜質(zhì)在流體中懸浮、移動(dòng)，從而使雜質(zhì)由流體帶出管外。

強(qiáng)制循環(huán)沖洗臨時(shí)系統(tǒng)與常規(guī)沖洗基本一致，都是將鍋爐側(cè)、汽機(jī)側(cè)閉式水供、回水母管末端進(jìn)行短接，汽機(jī)側(cè)、鍋爐側(cè)所有的閉式冷卻水用戶(hù)進(jìn)、回水管路進(jìn)行短接，短接位置均為用戶(hù)進(jìn)、回水手動(dòng)閥之后。對(duì)于管徑小于50 mm的冷卻器，沖洗時(shí)先在其進(jìn)口管接臨時(shí)管進(jìn)行直接排放式?jīng)_洗，合格后再恢復(fù)管路正式?jīng)_洗[2]。

優(yōu)化后的沖洗方案與常規(guī)沖洗方案的不同點(diǎn)是：增加了增壓式重力沖洗管路系統(tǒng)，將閉式水泵入口濾網(wǎng)拆除加堵，增加閉式循環(huán)水泵入口補(bǔ)水臨時(shí)管路，在閉式水泵出口閥之后增加臨時(shí)補(bǔ)水管路，同時(shí)配置一個(gè)臨時(shí)補(bǔ)水閥，臨時(shí)補(bǔ)水管路直徑與正式補(bǔ)水管路直徑一致。除氧器上水泵至除氧器充水管路分別與閉式水泵入口補(bǔ)水、閉式水泵出口補(bǔ)水臨時(shí)管路相連接。

3.2.1 增壓式重力沖洗[3]

增壓式重力沖洗方式主要是將系統(tǒng)中閉式冷卻水的位置勢(shì)能及壓力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為閉式冷卻水的動(dòng)能，開(kāi)啟臨時(shí)排水管路后將地埋管路中的雜質(zhì)通過(guò)閉式水?dāng)y帶排出系統(tǒng)，提高后期強(qiáng)制循環(huán)的沖洗效率。由伯努利方程可知，提高閉式水系統(tǒng)的壓力勢(shì)能可以增大閉式水的動(dòng)能。除氧器上水泵屬于380 V設(shè)備，流量360 t/h，揚(yáng)程65 m，工作壓力0.6 MPa，同時(shí)除氧器上水管路距離閉式循環(huán)水泵的位置很近，臨時(shí)系統(tǒng)的施工難度很小，所以除氧器上水泵可作為閉式水系統(tǒng)的增壓裝置。

3.2.2 強(qiáng)制循環(huán)沖洗

閉式循環(huán)水系統(tǒng)采用水沖洗時(shí)，沖洗流量必須大（流速應(yīng)大于1.5 m/s）[4]。目前啟光電廠閉式循環(huán)水泵入口管為閉式水系統(tǒng)最大直徑的管道（管徑750 mm），為了滿(mǎn)足沖洗流速1.5 m/s的要求，沖洗流量必須達(dá)到2 380 m3/h。由于閉式循環(huán)水泵額定流量為2 400 m3/h，所以需要通過(guò)啟動(dòng)閉式循環(huán)水泵進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)沖洗。

3.3 沖洗步驟及注意事項(xiàng)[5]

第一階段，采用增壓式重力沖洗方法主要沖洗閉式循環(huán)水泵入口、出口地埋管路。將汽機(jī)側(cè)、鍋爐側(cè)所有閉式冷卻水用戶(hù)短接管路全部隔離，干、濕冷卻塔的進(jìn)、出水閥門(mén)全部關(guān)閉，開(kāi)啟干、濕冷塔旁路，開(kāi)啟閉式水泵入口閥，關(guān)閉閉式水泵出口閥，開(kāi)啟閉式冷卻水母管上所有的排空，啟動(dòng)除氧器上水泵，開(kāi)啟閉式水泵入口的注水閥向系統(tǒng)緩慢注水，利用閉式水泵出口母管壓力表進(jìn)行系統(tǒng)壓力監(jiān)視，待系統(tǒng)水壓達(dá)到0.6 MPa時(shí)迅速開(kāi)啟臨時(shí)排水閥，待系統(tǒng)壓力下降至0.2 MPa時(shí)關(guān)閉臨時(shí)排水閥。操作時(shí)，需要密切關(guān)注除氧器上水泵不超電流，在系統(tǒng)注滿(mǎn)水之后及時(shí)調(diào)整除氧器上水泵再循環(huán)閥，防止出現(xiàn)憋泵情況。通過(guò)控制閉式水泵入口、出口的補(bǔ)水閥進(jìn)行地埋管路沖洗，直至臨時(shí)排水管路采樣水質(zhì)泛白、無(wú)明顯顆粒時(shí)，恢復(fù)臨時(shí)排放管路，恢復(fù)閉式水泵入口管路。

第二階段，采用強(qiáng)制循環(huán)沖洗法沖洗汽機(jī)側(cè)、鍋爐側(cè)閉式水主管路。隔離汽機(jī)側(cè)、鍋爐側(cè)所有用戶(hù)的短接管路，僅沖洗閉式冷卻水母管，防止雜質(zhì)分散至各用戶(hù)管路?？紤]到閉式水母管超壓的問(wèn)題，可投運(yùn)空壓機(jī)冷卻器短接管路或主機(jī)潤(rùn)滑油冷卻器短接管路，啟動(dòng)閉式水泵進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)沖洗。沖洗時(shí)根據(jù)閉式水母管壓力隨時(shí)調(diào)整用戶(hù)的投入量，沖洗中要嚴(yán)密監(jiān)視閉式循環(huán)水泵入口濾網(wǎng)差壓，超過(guò)60 kPa時(shí)必須清理入口濾網(wǎng)，并開(kāi)啟入口濾網(wǎng)排污管路。待沖洗水質(zhì)泛白、無(wú)明顯雜質(zhì)、閉式水泵入口濾網(wǎng)無(wú)堵塞現(xiàn)象時(shí)，閉式水母管沖洗才能結(jié)束，恢復(fù)閉式水母管的短接。

第三階段，沖洗各用戶(hù)分支短接管路。由于各用戶(hù)分支短接管路多，啟動(dòng)閉式循環(huán)水泵沖洗時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)電機(jī)過(guò)流現(xiàn)象，因此必須通過(guò)節(jié)流部分用戶(hù)進(jìn)行調(diào)整，沖洗排水通過(guò)閉式循環(huán)水泵入口濾網(wǎng)排污管進(jìn)行排放。待水質(zhì)清澈、無(wú)雜質(zhì)時(shí)該階段沖洗結(jié)束。

第四階段，沖洗汽機(jī)側(cè)、鍋爐側(cè)閉式水用戶(hù)。第三階段結(jié)束后，在線恢復(fù)系統(tǒng)保證連續(xù)性沖洗，沖洗所有閉式冷卻水用戶(hù)，采用除鹽水置換的方式，保證水質(zhì)。直至閉式冷卻水水質(zhì)滿(mǎn)足干、濕冷卻塔設(shè)備廠要求為止。

第五階段，主要工作為投運(yùn)干、濕冷卻塔和沖洗干、濕冷卻塔散熱器管路，經(jīng)常性地化驗(yàn)水質(zhì)，采用除鹽水置換的方式保證整體的閉式冷卻水水質(zhì)。

3.4 優(yōu)化方案的沖洗效果

山西靈石啟光項(xiàng)目采用新型的閉式冷卻水系統(tǒng)沖洗方案后，濾網(wǎng)的清理工作、沖洗周期、耗水量等方面相比于采用常規(guī)沖洗方法的同類(lèi)型機(jī)組有了很大的改善，具體情況如表1所示。

表1 閉式冷卻水系統(tǒng)沖洗指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)束語(yǔ)

優(yōu)化后的閉式冷卻水系統(tǒng)沖洗方式，在節(jié)能減排、減少人工投入方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)在臨時(shí)系統(tǒng)的安裝方面，充分利用了火電機(jī)組現(xiàn)有系統(tǒng)及設(shè)備，施工成本不高，具有很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，可廣泛推廣應(yīng)用。