李曉鵬，田平，桂景海

（酒鋼集團(tuán)宏晟電熱有限責(zé)任公司，甘肅嘉峪關(guān)，735100）

1 前言

某4×350 MW 間接空冷火電機(jī)組，位于西北地區(qū)的甘肅省內(nèi)，屬于西北、東北和華北地區(qū)的“三北”地區(qū)，據(jù)可靠統(tǒng)計(jì)，“三北”地區(qū)的淡水資源在國內(nèi)占比為16%［1］，該廠在設(shè)計(jì)期間，按照國務(wù)院《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃綱要》要求，將“節(jié)能降耗”列為設(shè)計(jì)的主要約束性指標(biāo)，研究了間接空冷技術(shù)對(duì)水資源的消耗，據(jù)統(tǒng)計(jì)，以空冷、間接空冷技術(shù)為冷卻方式的大型火電機(jī)組，一年的水資源消耗僅為直接水塔冷卻的機(jī)組15%至25%［2］，水資源的保護(hù)效應(yīng)十分明顯，故該廠采用了間接空冷技術(shù)，配置為單機(jī)單塔，間接空冷設(shè)計(jì)見圖1［3］，布置方式見圖2。

圖1 間接空冷設(shè)計(jì)圖

圖2 布置方式

該廠采用的間接空冷系統(tǒng)屬于表面式凝汽器、間接散熱系統(tǒng)，配有大量鋁管鋁翅片、集裝管束組成的散熱器，主要構(gòu)筑物仍為鋼筋混凝土自然通風(fēng)冷卻塔。該系統(tǒng)的工作原理是：汽輪機(jī)的各級(jí)排汽進(jìn)入凝汽器后，在凝汽器內(nèi)部與循環(huán)冷卻水進(jìn)行熱交換，循環(huán)冷卻水帶走凝汽器內(nèi)部的蒸汽熱量，使蒸汽凝結(jié)，然后循環(huán)水經(jīng)過3 臺(tái)循環(huán)泵進(jìn)入到間接空冷塔的鋁管鋁翅片散熱器內(nèi)部的管束內(nèi)，通過管束的管壁與自然空氣進(jìn)行相反的熱交換，整個(gè)熱交換的過程中，冷卻水介質(zhì)與自然空氣不直接接觸，在一個(gè)密閉循環(huán)的系統(tǒng)內(nèi)，采用冷卻水密閉循環(huán)的形式進(jìn)行熱傳遞，大大減少了水資源的自然蒸發(fā)，達(dá)到節(jié)水環(huán)保的目的［4］。其工作原理見圖3。

圖3 工作原理

2 間接空冷系統(tǒng)現(xiàn)狀分析與系統(tǒng)梳理

2.1 間接空冷系統(tǒng)現(xiàn)狀分析與存在問題

間接空冷系統(tǒng)存在2 個(gè)約束性問題：一是因其基本換熱元件是鋁管鋁翅片管束組成的散熱器，鋁管鋁翅的管束規(guī)格為φ25×1 mm，材質(zhì)為Al鋁，數(shù)量有107.75 萬個(gè)，見圖4，其管束管壁很薄，且Al 鋁材質(zhì)極易受水資源內(nèi)部雜質(zhì)的污染、腐蝕，故水資源必須采用除鹽水，防止污染結(jié)垢，在運(yùn)行過程中，必須時(shí)刻監(jiān)護(hù)pH 值，pH 需控制在9.2～9.6 以內(nèi)，若pH超標(biāo)，則會(huì)造成管壁腐蝕；二是在冬季低溫環(huán)境下，若停機(jī)檢修，系統(tǒng)內(nèi)必須將除鹽水排放干凈，以防止管道凍結(jié)、凍裂。針對(duì)以上問題，每次機(jī)組檢修均執(zhí)行系統(tǒng)內(nèi)水介質(zhì)排放工作，并且為了控制pH值，在停機(jī)期間執(zhí)行排放-充水-沖洗-再排放工作，經(jīng)計(jì)算，該廠4 臺(tái)機(jī)組間接空冷系統(tǒng)內(nèi)除鹽水排放量為57 288 m3/a。因在基建期間，未設(shè)計(jì)中水系統(tǒng)，故該廠上述除鹽水的排放為直排，造成了水資源浪費(fèi)，必須對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行研究，對(duì)直排的除鹽水進(jìn)行回收再利用。

圖4 鋁管鋁翅片散熱器

2.2 間接空冷系統(tǒng)除鹽水管路梳理

查閱該廠間接空冷系統(tǒng)圖紙以及除鹽水制水、供水系統(tǒng)圖紙，其水資源系統(tǒng)流程為：水源來水→水處理制水→除鹽水補(bǔ)水至間冷塔地埋水箱→間冷塔內(nèi)水泵打水至系統(tǒng)→循環(huán)泵將系統(tǒng)內(nèi)水資源打循環(huán)，且管道布置均為直埋布置，系統(tǒng)圖見圖5。

圖5 除鹽水供水

由系統(tǒng)邏輯可看出，除鹽水在補(bǔ)水管路中，與汽機(jī)廠房公用母管，屬于公用系統(tǒng)，該廠4臺(tái)機(jī)組除不可抗力因素下，無4臺(tái)機(jī)組全停條件，不具備改造條件，若重新設(shè)計(jì)、安裝一套回收系統(tǒng)，工程量較大、投資較大，但考慮除鹽水的制水成本、該系統(tǒng)除鹽水的直接排放量、與目前國家“節(jié)能降耗”的政策要求，必須進(jìn)行研究、改造、實(shí)施，如何以最小的代價(jià)、結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際管路布置進(jìn)行改造。

3 間接空冷系統(tǒng)內(nèi)除鹽水回收研究與實(shí)施

3.1 系統(tǒng)改造方案制定

結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際條件，決定在除鹽水供水母管至汽機(jī)廠房支管路后管道上，采用現(xiàn)有技術(shù)“不停輸、帶壓、單開、單封”技術(shù)應(yīng)用，即在除鹽水系統(tǒng)不停運(yùn)、管道密閉狀態(tài)下，以機(jī)械切削方式加工出圓形孔并進(jìn)行封堵，然后在原管道上加裝相應(yīng)規(guī)格的閥門，此過程是在完全封閉的管道腔室內(nèi)作業(yè)，可保證內(nèi)部除鹽水不外漏，系統(tǒng)正常運(yùn)行不受影響，且系統(tǒng)不受損。在上述技術(shù)應(yīng)用后，如圖6所示，對(duì)系統(tǒng)改造。

（1）在帶壓開孔封堵技術(shù)應(yīng)用后，在除鹽水供水母管上增加隔離門，在隔離門后，增加一路管道至淡水箱，并加裝隔離門，管道利用現(xiàn)場現(xiàn)有管架布置，安裝完成后加裝保溫與外護(hù)板，防止冬季凍結(jié)。

（2）在間接空冷塔內(nèi)部的補(bǔ)水管道隔離門前，自塔內(nèi)水泵供水管路之間引一路回水管道，并加裝隔離門，該泵在啟停機(jī)及系統(tǒng)需補(bǔ)水時(shí)使用，正常運(yùn)行期間停運(yùn)，具備改造條件。管道鋪設(shè)完成后，同樣進(jìn)行保溫與外護(hù)板的安裝。

（3）4 臺(tái)塔改造方案一致。此方案僅僅需要采購足夠數(shù)量的管道與閥門，改造投入極小，且該廠自備檢修力量可承擔(dān)，不改變原有系統(tǒng)，以極小的代價(jià)完成了方案實(shí)施。

3.2 系統(tǒng)改造后流程及操作說明

如圖6 所示，系統(tǒng)改造后，以#1 機(jī)組為例，在機(jī)組停機(jī)期間，利用原有的間接空冷塔內(nèi)的水泵提供動(dòng)力，通過4 臺(tái)閥門的開啟、關(guān)閉操作，將新增管道疏通，原有管道封閉，將地埋水箱及系統(tǒng)內(nèi)的除鹽水，回收至淡水箱，或者直接送入需要補(bǔ)水的其他3臺(tái)間接空冷系統(tǒng)內(nèi)，在除鹽水回收過程中，原有除鹽水至汽機(jī)廠房管道系統(tǒng)不受影響。需要注意的是，此操作不影響汽機(jī)廠房內(nèi)正常補(bǔ)水，但影響其他3臺(tái)間接空冷系統(tǒng)的補(bǔ)水，故在操作前，需確認(rèn)其他3臺(tái)間接空冷系統(tǒng)的水位情況，應(yīng)水位合適、無需補(bǔ)水，或需要補(bǔ)水時(shí)，直接向需要補(bǔ)水的間接空冷系統(tǒng)進(jìn)行回收補(bǔ)水。

圖6 改造系統(tǒng)

（1）除鹽水回收至淡水箱流程：在單臺(tái)機(jī)組停機(jī)檢修，間冷循環(huán)水執(zhí)行排放工作時(shí)，通過該廠SIS系統(tǒng)（實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)），調(diào)取運(yùn)行機(jī)組的間冷塔水箱水位頁面，確認(rèn)各間冷塔水箱水位在2 300 mm 以上，此時(shí)運(yùn)行機(jī)組的間冷塔無需補(bǔ)水。關(guān)閉母管增加的隔離門與間冷塔原有的補(bǔ)水門，開啟至淡水箱增加隔離門與間冷塔內(nèi)增加的隔離門，啟動(dòng)間冷塔內(nèi)的水泵，將系統(tǒng)內(nèi)除鹽水回收至淡水箱重復(fù)利用。

（2）各間冷塔內(nèi)除鹽水互補(bǔ)流程：在單臺(tái)機(jī)組停機(jī)檢修，間冷循環(huán)水執(zhí)行排放工作時(shí)，通過該廠SIS 系統(tǒng)（實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)），確認(rèn)各間冷塔水箱水位在2 300 mm 以下時(shí)，此時(shí)運(yùn)行機(jī)組的間冷塔需要補(bǔ)水。將母管增加的隔離門、至淡水箱的隔離門、間冷塔原有的補(bǔ)水門全部關(guān)閉，開啟需要補(bǔ)水的間冷塔內(nèi)的補(bǔ)水門，啟動(dòng)停運(yùn)機(jī)組的間冷塔內(nèi)的水泵，將系統(tǒng)內(nèi)除鹽水打至運(yùn)行機(jī)組的間冷塔內(nèi)，并實(shí)時(shí)監(jiān)控，水位最高補(bǔ)至3 200 mm。

上述（1）、（2）兩個(gè)除鹽水回收流程可以互相穿插，例如：執(zhí)行（2）流程時(shí)，間冷塔內(nèi)水位已補(bǔ)至最高水位，但仍未回收完成，可將剩余的除鹽水采用a流程回收，或者采用（1）流程回收時(shí)，淡水箱、除鹽水箱已滿，且主廠房內(nèi)已無需補(bǔ)水，可將剩余的除鹽水采用（2）流程進(jìn)行回收。若（1）、（2）兩個(gè)除鹽水回收流程全部執(zhí)行后仍未回收完成，可停止水處理的制水，在淡水箱、除鹽水箱有空間時(shí)再進(jìn)行回收。

4 實(shí)施效果與結(jié)束語

該廠在上述改造方案以極小的投入實(shí)施完成后，有效的將57 288 m3/a 的除鹽水進(jìn)行了回收再利用，避免了水資源的浪費(fèi)，降低了發(fā)電成本，將國家節(jié)能減排產(chǎn)業(yè)政策要求落實(shí)到位，對(duì)中國內(nèi)陸區(qū)域的“三北”地區(qū)水利資源短缺問題有一定的改善作用，對(duì)于同區(qū)域、同類型電廠有參考作用。