蘇 偉，苗井泉

（山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東 濟(jì)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(jī)技術(shù)經(jīng)過(guò)近年來(lái)的發(fā)展優(yōu)化，已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)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(jī)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(jī)組冷卻要求的前提下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)于提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性具有重要意義［1］。

1 開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

1.1 常規(guī)開(kāi)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(shè)備提供必要的冷卻水，以保證機(jī)組的安全運(yùn)行。冷卻水系統(tǒng)主要由開(kāi)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(kāi)式冷卻水系統(tǒng)自循環(huán)水進(jìn)水管取水，經(jīng)過(guò)電動(dòng)濾水器過(guò)濾后，通過(guò)水泵升壓，送至各冷卻用戶，回水至循環(huán)水回水管［2］。

開(kāi)式冷卻水系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)要求不高，但對(duì)溫度要求較高，冷卻水量大的設(shè)備，一般采用開(kāi)式水冷卻，如閉式水換熱器、真空泵、主機(jī)冷油器、發(fā)電機(jī)氫氣冷卻器等。由于冷卻設(shè)備較多，壓損較大，需要設(shè)置開(kāi)式水泵對(duì)冷卻水進(jìn)行升壓，來(lái)保證設(shè)備能夠得到足夠的冷卻水冷卻。

1.2 海水直流冷卻機(jī)組開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

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

與常規(guī)機(jī)組開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)相比，海水直流冷卻機(jī)組的開(kāi)式水系統(tǒng)用戶少，流動(dòng)阻力低，可以在常規(guī)開(kāi)式水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化［3］。

2 開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水力計(jì)算

2.1 水力計(jì)算模型的算法

開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)有多個(gè)并聯(lián)用戶，采用人工計(jì)算不僅過(guò)程煩瑣，而且很難保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此對(duì)于多個(gè)用戶并聯(lián)的系統(tǒng)管網(wǎng)，需要借助計(jì)算機(jī)手段對(duì)整個(gè)管網(wǎng)進(jìn)行精確的水力分析和流量分配。利用AFT-Fathom軟件［4］，采用“目標(biāo)—變量”算法，將凝汽器所需的冷卻水量作為目標(biāo)值，以開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水量為變量，計(jì)算當(dāng)凝汽器的冷卻水量為額定流量時(shí)，流經(jīng)各個(gè)開(kāi)式循環(huán)冷卻水用戶的水量。

2.2 水力計(jì)算模型的建立

開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)計(jì)算模型的建立過(guò)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(duì)系統(tǒng)中各元件進(jìn)行定義，如管長(zhǎng)、內(nèi)外徑、粗糙度、阻力系數(shù)、閥門(mén)開(kāi)閉等；3）根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)和算法，選擇合適的變量進(jìn)行模擬；4）輸出模擬結(jié)果并進(jìn)行總結(jié)。AFT-Fathom建立的模型如圖1所示。

圖1 開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)模型

2.3 水力計(jì)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(lái)定義各換熱器模型的壓損曲線。各換熱器的水阻曲線見(jiàn)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(zhǎng)度、絕對(duì)粗糙度，并定義管件的類型和數(shù)量。在對(duì)閥門(mén)進(jìn)行定義時(shí)需要根據(jù)閥門(mén)特性定義閥門(mén)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(jì)算結(jié)果

根據(jù)GB 50764—2012《電廠動(dòng)力管道設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)管道流速的要求，本系統(tǒng)流速范圍取0.5～1.5 m／s，開(kāi)式循環(huán)冷卻水的設(shè)計(jì)流量為 2 696 t／h，開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)母管規(guī)格見(jiàn)表1。

表1 開(kāi)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(duì)開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水量進(jìn)行了分配計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖5~6所示。

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

3 節(jié)能降耗分析

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

常規(guī)百萬(wàn)機(jī)組的開(kāi)式水升壓泵揚(yáng)程約0.1 MPa，功率約110 kW。按機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)5 500 h計(jì)算，經(jīng)過(guò)優(yōu)化，兩臺(tái)機(jī)一年可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用121萬(wàn)元，節(jié)約初投資40萬(wàn)元，節(jié)能降耗意義顯著。

4 結(jié)語(yǔ)

本工程開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)取消了開(kāi)式水升壓泵，通過(guò)計(jì)算能夠滿足各開(kāi)式循環(huán)冷卻水用戶的冷卻水流量要求；簡(jiǎn)化了開(kāi)式水系統(tǒng)，在保證可靠性的基礎(chǔ)上，減少了該系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用。通過(guò)優(yōu)化，本工程兩臺(tái)機(jī)組可減少初投資40萬(wàn)元，減少年運(yùn)行費(fèi)用121萬(wàn)元，具有良好的節(jié)能降耗作用，對(duì)海水直流冷卻機(jī)組的開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

［1］楊光明.600 MW超臨界機(jī)組開(kāi)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(yùn)，安雪松.火力發(fā)電廠開(kāi)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(kāi)式冷卻汽輪機(jī)循環(huán)水的優(yōu)化運(yùn)行［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，2007，49（1）：54-56，59.

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

［5］中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).電廠動(dòng)力管道設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50764—2012［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2012.