王家明，劉立寧

（1.山東南山鋁業(yè)股份有限公司東海熱電廠；2.煙臺(tái)南山學(xué)院工學(xué)院，山東煙臺(tái) 265713）

引言

1 空壓機(jī)冷卻水系統(tǒng)存在的問(wèn)題

空壓機(jī)是熱力發(fā)電廠的重要輔助設(shè)備，其主要作用是產(chǎn)生壓縮空氣供熱電廠各用氣設(shè)備和系統(tǒng)使用。在空氣壓縮過(guò)程中，會(huì)對(duì)外釋放大量熱量，從而引起空壓機(jī)溫度升高。為保證空壓機(jī)正常運(yùn)行，需及時(shí)對(duì)其進(jìn)行冷卻降溫［1］。傳統(tǒng)的空壓機(jī)冷卻方式有水冷和風(fēng)冷兩種方式，熱電廠空壓機(jī)通常采用水冷方式?？諌簷C(jī)采用水冷，冷卻水的水質(zhì)、溫度和壓力都會(huì)對(duì)冷卻效果產(chǎn)生影響［2-3］。冷卻水水質(zhì)差，易造成空壓機(jī)冷卻器故障，進(jìn)而引起機(jī)組非計(jì)劃停機(jī)［4］。對(duì)某熱電廠空壓機(jī)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行改造，將空壓機(jī)冷卻水由工業(yè)水改為閉式除鹽水，并為其設(shè)計(jì)一套獨(dú)立的閉式冷卻水系統(tǒng)，以保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

某熱電廠三期為3臺(tái)330 MW機(jī)組（分別標(biāo)記為#5、#6、#7 機(jī)組），其空壓機(jī)采用水冷方式，冷卻水設(shè)計(jì)為工業(yè)水。運(yùn)行過(guò)程中由于工業(yè)水水質(zhì)較差，經(jīng)常造成空壓機(jī)后冷卻器及油冷卻器堵塞、銅管腐蝕漏油，嚴(yán)重時(shí)不到5個(gè)月就需要更換一次，給機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)隱患。

為解決上述問(wèn)題，將空壓機(jī)冷卻水由原來(lái)的工業(yè)水改為閉式除鹽水，引自三期#7 機(jī)組閉式水系統(tǒng)。試運(yùn)中發(fā)現(xiàn)，因空壓機(jī)冷卻水用量較大，造成閉式水系統(tǒng)壓力波動(dòng)，危及原閉式水系統(tǒng)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此需對(duì)空壓機(jī)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)一步改造，為空壓機(jī)新上一套閉式冷卻水系統(tǒng)，獨(dú)立運(yùn)行。

2 空壓機(jī)冷卻水系統(tǒng)改造方案

2.1 開式循環(huán)水設(shè)計(jì)

空壓機(jī)冷卻水泵房系統(tǒng)如圖1所示。該泵房距離三期空壓機(jī)房260 m，靠近相鄰氧化鋁廠高溫回水冷卻水（海水）母管，可以利用海水作為空壓機(jī)換熱器冷卻水使用［5］。開式海水取自#5、#6、#7 機(jī)組，設(shè)計(jì)海水用量1 200 t/h。閉式水管道利用原有管道，該管道已接至#7 鍋爐C 中速磨北側(cè)，距離新泵房?jī)H65 m。

圖1 空壓機(jī)冷卻水泵房系統(tǒng)圖

2.2 閉式冷卻水設(shè)計(jì)

泵房閉式冷卻水（除鹽水）引自三期#7 機(jī)組閉式水系統(tǒng)。補(bǔ)水箱選擇2 m3水箱，箱內(nèi)設(shè)置液位自動(dòng)控制補(bǔ)水裝置。補(bǔ)水取自汽輪機(jī)閉式水補(bǔ)水母管，因補(bǔ)水量?。ㄑa(bǔ)水量按1%計(jì)，為1.2 t/h），且為開式補(bǔ)水，除鹽水滿足補(bǔ)水要求，且不影響其他機(jī)組正常運(yùn)行。補(bǔ)水泵間斷運(yùn)行，根據(jù)定壓點(diǎn)的壓力，利用壓力控制器來(lái)控制泵的啟動(dòng)與停閉。補(bǔ)水泵型號(hào)選擇ISG 50-160型，其功率為2.2 kW。

空壓機(jī)工作時(shí)要求冷卻水溫度不高于46 ℃，流量不小于21.6 m3/h；水冷式冷凍干燥機(jī)冷卻水量不小于14 m3/h。某熱電廠三期空壓機(jī)房共有6臺(tái)空壓機(jī)，3臺(tái)水冷式冷凍干燥機(jī)和3臺(tái)吸附式干燥機(jī)。正常運(yùn)行時(shí)，除1臺(tái)空壓機(jī)備用外，其余設(shè)備均投入使用。因此，正常運(yùn)行時(shí)共需冷卻水量150 m3/h。

由《鍋爐房實(shí)用設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，介質(zhì)允許流速為2.5 m/s，經(jīng)計(jì)算其管道內(nèi)徑為146 mm，故選擇DN150 的管道。因現(xiàn)已安裝DN200 的管道，可滿足改造后冷卻水使用需求，因此利用原有管道，不再另行鋪設(shè)。

若管道阻力按100 Pa/m 計(jì)算，則管道的沿程阻力為2.6 m；經(jīng)計(jì)算彎頭阻力為1.9 m，則總阻力為4.5 m。空壓機(jī)要求冷卻水壓力不大于0.32 MPa，這里選擇0.3 MPa，因此循環(huán)水泵總揚(yáng)程需大于34.5 m。若選擇流量系數(shù)為1.15，則循環(huán)水泵的流量為172.5 m3/h。

根據(jù)以上參數(shù)，選擇型號(hào)為ISG125-200的循環(huán)水泵，其參數(shù)指標(biāo)如表1所示，滿足機(jī)組運(yùn)行要求。

表1 循環(huán)水泵參數(shù)指標(biāo)

2.3 換熱器設(shè)計(jì)

根據(jù)《DL 5000-2000 火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》，空壓機(jī)閉式冷卻水系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)約65%換熱面積的熱交換器，既可以滿足大修期間堵管的要求，又可以滿足全年只需一臺(tái)運(yùn)行、一臺(tái)備用的需求。單臺(tái)空壓機(jī)閉式冷卻水熱交換器設(shè)計(jì)時(shí)要考慮通過(guò)全流量冷卻水，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證有足夠的換熱面積。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用2 臺(tái)大流量臥式管殼式換熱器。其開式海水管道取自#5、#6、#7 機(jī)組循環(huán)水管道，為保證通過(guò)換熱器后的開式水仍有足夠壓力滿足其后的氧化鋁高溫回水冷卻站內(nèi)換熱器的使用要求，換熱器設(shè)計(jì)的開式水壓頭損失應(yīng)降到最低，因此換熱器選用單程型式。換熱器全流量參數(shù)如表2所示。

表2 換熱器全流量參數(shù)

3 空壓機(jī)冷卻水系統(tǒng)控制與運(yùn)行

3.1 循環(huán)水泵聯(lián)鎖控制系統(tǒng)

閉式系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)循環(huán)水泵，一用一備，一臺(tái)跳閘時(shí)，另一臺(tái)應(yīng)立即啟動(dòng)。循環(huán)水泵A 及其出口電動(dòng)門聯(lián)鎖控制邏輯如圖2和圖3所示。

圖2 循環(huán)水泵A控制邏輯

圖3 循環(huán)水泵A出口電動(dòng)門聯(lián)鎖控制邏輯

當(dāng)循環(huán)水泵聯(lián)鎖投入時(shí)，循環(huán)水泵B 跳閘或循環(huán)水泵B 運(yùn)行且閉式水母管出口壓力＜0.45 MPa時(shí)，發(fā)5 s 脈沖，聯(lián)啟循環(huán)水泵A。循環(huán)水泵A 接觸器合位延時(shí)10 s后發(fā)5 s脈沖，啟動(dòng)循環(huán)水泵A 出口電動(dòng)門。

循環(huán)水泵B 及其出口電動(dòng)門聯(lián)鎖控制邏輯與A泵相似，不再贅述。

3.2 補(bǔ)水泵聯(lián)鎖控制系統(tǒng)

補(bǔ)水泵設(shè)置2 臺(tái)。補(bǔ)水泵間斷運(yùn)行，利用壓力控制器來(lái)控制泵的啟動(dòng)與停閉。當(dāng)閉式水回水壓力低于定值時(shí)，補(bǔ)水泵聯(lián)啟；當(dāng)閉式水回水壓力高于定值時(shí)，補(bǔ)水泵聯(lián)關(guān)。補(bǔ)水泵A 聯(lián)鎖控制邏輯如圖4所示。

圖4 補(bǔ)水泵A聯(lián)鎖控制邏輯

當(dāng)補(bǔ)水泵聯(lián)鎖投入時(shí)，補(bǔ)水泵B 跳閘或補(bǔ)水泵B 運(yùn)行且冷卻器入口壓力＜0.03 MPa 時(shí)，發(fā)5 s 脈沖，聯(lián)啟補(bǔ)水泵A。當(dāng)冷卻器入口壓力＞0.15 MPa時(shí)，發(fā)5 s 脈沖，聯(lián)關(guān)補(bǔ)水泵A。補(bǔ)水泵A 接觸器合位延時(shí)10 s 后發(fā)5 s 脈沖，聯(lián)啟補(bǔ)水泵A 出口電動(dòng)門。該過(guò)程與循環(huán)水泵A出口電動(dòng)門聯(lián)鎖控制邏輯相同。

補(bǔ)水泵B及其出口電動(dòng)門聯(lián)鎖控制邏輯與補(bǔ)水泵A類似。

3.3 補(bǔ)水箱液位控制系統(tǒng)

補(bǔ)水箱液位控制邏輯如圖5所示。補(bǔ)水箱內(nèi)設(shè)置液位自動(dòng)控制補(bǔ)水裝置，當(dāng)補(bǔ)水箱液位低于1 000 mm 時(shí)，補(bǔ)水電動(dòng)門開啟；當(dāng)補(bǔ)水箱液位高于1 300 mm時(shí)，補(bǔ)水電動(dòng)門關(guān)閉。

圖5 補(bǔ)水箱液位控制邏輯

4 效益分析

該項(xiàng)目設(shè)備費(fèi)用35 萬(wàn)元，包括2 臺(tái)換熱器、2 臺(tái)循環(huán)水泵、1臺(tái)補(bǔ)水箱、2臺(tái)補(bǔ)水泵及其配套管道、閥門和控制系統(tǒng)。土建費(fèi)用約6萬(wàn)元，安裝、調(diào)試費(fèi)用5萬(wàn)元。

改造完成后其經(jīng)濟(jì)效益顯著：

（1）節(jié)水費(fèi)用：按每年一次冷油器漏油，則工業(yè)水水中進(jìn)油，無(wú)法處理，浪費(fèi)水為1 600 t，按照3.8元/t，每年節(jié)水費(fèi)用1 600×3.8=6 080元。

（2）節(jié)約設(shè)備費(fèi)用：2014 年10 個(gè)月三期空壓機(jī)共更換1 個(gè)油冷器和8 個(gè)后冷器。改造后每年可節(jié)約設(shè)備費(fèi)用：9×2.7萬(wàn)元×12/10=29.2萬(wàn)元。

（3）投資回收期：（35+6+5）/（0.608+29.2）=1.55年。

（4）后期運(yùn)行費(fèi)用：本系統(tǒng)中循環(huán)水泵和補(bǔ)水泵運(yùn)行方式均為一運(yùn)一備，循環(huán)水泵電機(jī)功率37 kW，補(bǔ)水泵電機(jī)功率2.2 kW。由于采用閉式水運(yùn)行（水源為電廠除鹽水），只要不泄漏則無(wú)需補(bǔ)水，故補(bǔ)水泵基本不用，其運(yùn)行費(fèi)用可忽略不計(jì)。循環(huán)水泵按1 年365 天運(yùn)行，則耗電37×24×365=324 120 kWh，每度電按廠用電價(jià)格0.3 元/kWh 計(jì)算，則每年運(yùn)行費(fèi)用324 120×0.3=97 236元。

5 結(jié)論

空壓機(jī)采用獨(dú)立的閉式（除鹽水）冷卻水系統(tǒng)，能夠減少空壓機(jī)后冷卻器及油冷卻器的堵塞現(xiàn)象，避免管道腐蝕漏油，保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，空壓機(jī)換熱器利用海水進(jìn)行冷卻，并將冷卻后的海水進(jìn)行二次利用，有利于保護(hù)環(huán)境和提高電廠經(jīng)濟(jì)效益。該方案可為濱海熱電廠相關(guān)系統(tǒng)改造提供借鑒。