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        淺談火力發(fā)電廠閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)應(yīng)用及設(shè)計(jì)

        2023-10-18 06:37:48中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司蘇金龍吳振東
        電力設(shè)備管理 2023年18期
        關(guān)鍵詞:火力發(fā)電廠優(yōu)化系統(tǒng)

        中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司 蘇金龍 吳振東

        火力發(fā)電廠在實(shí)際運(yùn)行過程中,循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量直接影響了火力發(fā)電廠整體安全運(yùn)行,并與火力發(fā)電廠的降耗、節(jié)能等多個方面有著密切的聯(lián)系。通過實(shí)踐可以了解到,通過優(yōu)良的水質(zhì)穩(wěn)定劑以及加強(qiáng)開展運(yùn)行監(jiān)督工作基礎(chǔ)上,需要注重提升運(yùn)行人員自身專業(yè)素質(zhì),有利于更好勝任該崗位工作,有效提升循環(huán)冷卻水系統(tǒng)整體運(yùn)行性能,除此之外做好完善的循環(huán)冷卻水相關(guān)處理工作。

        閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要包含循環(huán)水管網(wǎng)、冷卻水泵、冷卻構(gòu)筑物以及循環(huán)水池,系統(tǒng)運(yùn)行期間,閉式循環(huán)冷卻水送至生產(chǎn)車間供生產(chǎn)設(shè)備的冷卻用水,基于冷卻設(shè)備循環(huán)用水,冷卻之后能夠循環(huán)使用水流。為了確保系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行,需要在系統(tǒng)中對加藥裝置以及旁濾裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置。對于系統(tǒng)循環(huán)水路線而言,通過水塔經(jīng)濾網(wǎng)將循環(huán)水泵送至凝汽器并返回水塔,通過水循環(huán)的方式進(jìn)入汽機(jī)房,通過循環(huán)水供水母管供凝汽器冷卻熱力系統(tǒng)汽水,冷卻后,凝汽器回水至循環(huán)水回水母管,然后返回水塔[1]。

        1 比較管式水-水換熱器與板式水-水換熱器

        1.1 比較傳熱設(shè)計(jì)

        對于管式水-水換熱器而言,換熱管為換熱器中不可或缺的主要構(gòu)件,管內(nèi)和管外流體流動,管內(nèi)外壁會形成換熱器傳熱表面。管子流體性質(zhì)、材料等有著密切的關(guān)聯(lián),尤其對于通常在管中流動的腐蝕性海水、較差水質(zhì)等情況。對于優(yōu)質(zhì)的水質(zhì),在管外進(jìn)行合理放置。通過實(shí)施這種方式,端管板以及管子通過應(yīng)用耐海水腐蝕鈦材,針對筒體而言主要應(yīng)用普通碳鋼材料,有利于節(jié)約更多資金,并能夠?qū)η昂蠊軆?nèi)以及水室污垢進(jìn)行清洗。在理論方面,基于相同換熱面積基礎(chǔ)上,實(shí)施小直徑管子能夠?qū)Q熱器體積進(jìn)行合理縮小,然而當(dāng)遇到較差水質(zhì)情況,水中會存在有害生物、污物、泥沙等,如果使用過小管徑,容易產(chǎn)生堵管問題,導(dǎo)致傳熱表面出現(xiàn)惡化的問題。

        面對以上問題,通常會選擇適合的管徑,針對換熱管一般會應(yīng)用管徑大約在20~30mm。與此同時,應(yīng)對流體進(jìn)行確定,形成的污垢通常受流速、管壁溫度的影響,設(shè)計(jì)規(guī)范需要合理控制在0.5~2.5m/s。然而,實(shí)際設(shè)計(jì)期間,為了避免管束振動以及避免管內(nèi)循環(huán)水污垢沉積等情況,管內(nèi)介質(zhì)流速需要合理控制在2m/s。

        對于板式水-水換熱器的冷卻水而言,會在波紋板的兩側(cè)冷卻水進(jìn)行對流,通過人字形波紋,波紋斜交方式進(jìn)行傳熱,相鄰的傳熱板成傾斜角相同,然而波紋的方向并不相同。沿流動方向橫截面展現(xiàn)出恒定狀態(tài),對于流動的方向會產(chǎn)生相應(yīng)變化,改變了流道形狀,會加大湍流現(xiàn)象產(chǎn)生的概率。通常情況下,對于傳熱板波紋的深度進(jìn)行分析,會在3~5mm范圍內(nèi),湍流區(qū)的流速一般在0.1~1.0m/s,結(jié)合水質(zhì)的要求注重對流速進(jìn)行選擇,當(dāng)流速出現(xiàn)過低的情況,會出現(xiàn)污垢沉積的問題。當(dāng)流速出現(xiàn)過高的情況,阻力會不斷地增大。

        板式換熱器波紋板一般比較薄,通常厚度在0.5~1mm,相鄰板間一般會存在較多接觸點(diǎn),能夠較好地承受正常運(yùn)行壓力,相鄰板有相反方向人字形溝槽,兩個溝槽交叉點(diǎn)形成了接觸點(diǎn),能夠?qū)φ駝舆M(jìn)行消除,可以確保熱交換、湍流能夠同時進(jìn)行,對疲勞裂縫產(chǎn)生內(nèi)部泄漏進(jìn)行有效消除。人字形波紋板湍流度呈現(xiàn)出比較高的情況,對于高湍流能夠充分展現(xiàn)出清洗的作用,能夠減小其沉積污垢。介質(zhì)在板式換熱器中進(jìn)行變向流動,在波紋板中呈現(xiàn)出存在較多的接觸點(diǎn)的現(xiàn)象,板間的間隙比較小,在流體中含有懸浮的雜物、固體顆粒、水草等,可有效提升整體換熱效果[2]。

        1.2 比較傳熱系數(shù)

        針對管式水-水換熱器中的冷卻水作為層流,當(dāng)管壁上的流速為零時,傳熱一般通過水的傳熱有序進(jìn)行。針對冷側(cè)介質(zhì)以及熱側(cè)介質(zhì)流動呈90°,并不會形成對流。針對水-水換熱器,傳熱系統(tǒng)的K值通常在2000~3000W/m2·K。在實(shí)際分析板式水-水換熱器過程中,需要注意的一點(diǎn)是流道中的介質(zhì)會不斷置換板壁、通道中心。冷側(cè)和熱側(cè)介質(zhì)會呈現(xiàn)出180°,并形成對流,換熱效率逐漸提升。針對水-水換熱器而言,傳熱系數(shù)K值通常在4000~6000W/m2·K。通過綜合性進(jìn)行比較,實(shí)施板式水-水換熱器在傳熱系數(shù)上比較高,有著不錯的傳熱效果,與此同時采用板式換熱器能夠節(jié)約一定的換熱面積[3]。

        1.3 比較冷卻水量

        注重比較安裝檢修環(huán)節(jié)。對于管式水-水換熱器主要是由管束組成,存在著較大的體積,實(shí)際開展檢修抽管過程中需要給管束合理留出一定的距離,主要原因在于設(shè)備自身占據(jù)較大的地方。對于管式的交換器設(shè)計(jì)壽命通常在30年,大修周期一般為5年。當(dāng)熱交換器產(chǎn)生泄漏問題,需要合理運(yùn)用堵管方式可及時進(jìn)行性能恢復(fù),管式熱交換器一般有5%堵管裕量,在進(jìn)行清洗管內(nèi)過程中應(yīng)結(jié)合實(shí)際需求,合理運(yùn)用膠球清洗裝置開展機(jī)械定期清洗。當(dāng)沒有應(yīng)用膠球清洗裝置,一般在大修過程中通過人孔進(jìn)入到水室開展高壓水槍沖洗工作。

        實(shí)際應(yīng)用管式水-水換熱器過程中,合理運(yùn)用室外布置形式,設(shè)備露天布置鄰近凝汽循環(huán)冷卻水處,工程布置在C排外。通過這種布置方式,可以確保管線流程更加便捷,為取消一次水升壓泵創(chuàng)造了更多的有利條件。與此同時,在室外露天布置管式水-水換熱器過程中,需要對主廠房內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化布置,有利于對主廠房的容積進(jìn)行合理減小創(chuàng)造更多有利條件。

        實(shí)施板式水-水換熱器過程中,呈現(xiàn)出重量輕以及體積小等特征,在實(shí)際檢修期間不用通過檢修起吊設(shè)施。在進(jìn)行板式換熱器人工維護(hù)工作期間,應(yīng)做好整機(jī)拆開工作,通過刷子和噴水槍的方式做好墊片、板片的清洗工作,加強(qiáng)對墊片、板片進(jìn)行檢查,當(dāng)有必要的情況下及時對墊片、板片進(jìn)行更換。結(jié)合實(shí)際情況可以了解到,對于板式熱交換器而言,需要每年進(jìn)行兩次清洗[4]。

        針對板式換熱器來說,存在著較小的體積,可以合理放置在室內(nèi)。針對板式水-水換熱器而言存在著較大的阻力,通?;鹆Πl(fā)電廠應(yīng)用期間,需要合理增加配置一次水升壓泵和濾水器,在板式換熱器中做好廠房內(nèi)的布置工作,會有較大的主廠房占用空間。然而,隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升,當(dāng)在發(fā)電廠中廣泛應(yīng)用低阻力板式換熱器,對于低阻力板式換熱器在實(shí)際應(yīng)用過程中,不用配置一次水升壓泵。

        圖1 火力發(fā)電廠閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

        2 探究火力發(fā)電廠閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

        2.1 優(yōu)化冷卻塔設(shè)計(jì)方案

        針對閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行分析,主要的設(shè)備在冷卻塔。當(dāng)循環(huán)水基于凝汽器使水溫升高,在冷卻塔降溫以后可達(dá)到冷卻水的入口溫度,實(shí)施水循環(huán)經(jīng)過凝汽器可實(shí)現(xiàn)較好的循環(huán)應(yīng)用、冷卻工藝介質(zhì)等標(biāo)準(zhǔn)。冷卻塔中,熱水會從塔的上部向下開展噴淋工作。水滴或者水膜狀銅管空氣由上到下,水膜與水滴出現(xiàn)逆向流動情況,水平方向流動,水與空氣接觸期間,會實(shí)時蒸發(fā)傳熱、對流傳熱開展熱交換,有利于降低水溫。

        在實(shí)際開展冷卻塔系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)過程中,需要配置相應(yīng)的噴淋水循環(huán)系統(tǒng),對于下部水槽而言需要合理運(yùn)用玻璃鋼材質(zhì),對于下部應(yīng)設(shè)置內(nèi)部配管、出水管、排污管、補(bǔ)水管等,并合理選擇噴淋水泵材料。針對熱交換器,需要合理應(yīng)用磷脫氧紫銅管,注重優(yōu)化法蘭連接式結(jié)構(gòu),實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用法蘭換管和堵管,實(shí)施三維坡度設(shè)計(jì)優(yōu)化熱交換器應(yīng)用方案,及時排凈內(nèi)部的積水、空氣等。全封閉室外型電機(jī)實(shí)際應(yīng)用期間,防護(hù)等級需要達(dá)到IP55、F級。

        冷卻塔系統(tǒng)運(yùn)行過程中,水耗主要包含:閉冷塔噴淋水蒸發(fā)、循環(huán)水泄漏、閉冷塔噴淋水排污、閉冷塔噴淋水漂水等。循環(huán)水泄漏一般較小,大多從噴淋水進(jìn)行損耗。正常補(bǔ)水過程中,需要充分了解水位控制補(bǔ)水水量,在此基礎(chǔ)上應(yīng)做好浮球閥的科學(xué)設(shè)定工作。當(dāng)自動補(bǔ)水過程中,產(chǎn)生浮球閥故障的現(xiàn)象以及水位存在著較低等情況,應(yīng)需要工作人員及時做好手動補(bǔ)水門的補(bǔ)水作業(yè)活動,使噴淋泵能夠?qū)嶋H符合所需的水位。在春季、夏季和秋季,為了確保循環(huán)水質(zhì),工作人員應(yīng)做好定期殺菌工作,并且要合理運(yùn)用殺菌劑。

        當(dāng)循環(huán)流量、水壓力越大情況,會導(dǎo)致冷卻塔冷卻效果越差,因此需要對循環(huán)水壓力進(jìn)行合理調(diào)整,可以取得不錯的冷卻效果。冷卻風(fēng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中,加快冷卻塔中空氣流動,確保冷卻效果。環(huán)境溫度滿足循環(huán)水冷卻的溫度,避免出現(xiàn)電耗增加問題。噴淋水溫度一般存在著較低現(xiàn)象,可保障流量冷卻效果。當(dāng)溫度以及噴淋流量發(fā)生相應(yīng)的變化,會導(dǎo)致輔機(jī)的電耗以及水耗等問題越加突出,針對該問題,需要工作人員科學(xué)控制噴淋水的溫度、流量等多方面內(nèi)容。值得注意的是,應(yīng)做好噴淋水、循環(huán)水銅管的充分接觸工作,對閉冷塔中的填料是否完好開展全面檢查。

        2.2 注重優(yōu)化循環(huán)水管網(wǎng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

        閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行期間,如果管網(wǎng)出現(xiàn)漏失水量現(xiàn)象,對于閉式管路系統(tǒng)運(yùn)行安全性及穩(wěn)定性帶來較大影響。如果發(fā)生漏水情況,加大了管網(wǎng)的壓力波動。對于循環(huán)水主干管道出現(xiàn)漏水點(diǎn)的問題,工作人員應(yīng)注重優(yōu)化和完善大氣相同作業(yè)活動,做好泄壓的工作,并大幅度下跌管網(wǎng)壓力。實(shí)際開展循環(huán)水管網(wǎng)設(shè)計(jì)過程中,閉式循環(huán)水系統(tǒng)管道位置設(shè)置需要嚴(yán)格遵循檢修以及維護(hù)的原則,設(shè)置的管道需要優(yōu)化架空設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),并遵循管廊、管溝以及埋地等有序開展優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。循環(huán)水處理站管道銅管管溝、埋地、架空等相互結(jié)合形式,合理優(yōu)化循環(huán)水管道,并在地下管廊內(nèi)設(shè)置循環(huán)水管道,做好多層敷設(shè)工作。

        2.3 重視冷卻設(shè)備的選型工作

        針對冷卻設(shè)備需要對閉式進(jìn)行科學(xué)選擇,合理運(yùn)用水水換熱器的方式。為了確?;鹆Πl(fā)電廠閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,設(shè)計(jì)時應(yīng)注重對耐海水腐蝕材料進(jìn)行選擇,通常選擇雙相不銹鋼和鈦鋼合金等。

        2.4 重視高位回收水箱的選型工作

        系統(tǒng)運(yùn)行過程中對高位回收水箱進(jìn)行合理設(shè)置,通過容納系統(tǒng)補(bǔ)水給循環(huán)水泵吸水以及容納系統(tǒng)補(bǔ)水、接收系統(tǒng)回水等多個方面創(chuàng)造更加有利條件。對于水箱容積系統(tǒng)運(yùn)行過程中,需要做好水箱的清洗與檢修工作,一般在電廠機(jī)組檢修間做好檢修工作。合理融入箱體設(shè)化學(xué)藥劑,并通過氮?dú)夥绞奖U纤鋬?nèi)外的壓力保持恒定的狀態(tài),有效提升空氣整體隔絕的效果。

        2.5 注重優(yōu)化管道材質(zhì)以及防腐材料

        系統(tǒng)管道材質(zhì)對低碳鋼材質(zhì)進(jìn)行合理運(yùn)用,做好預(yù)膜處理工作,實(shí)際運(yùn)行過程中合理融入緩蝕劑、阻垢劑等,避免管道出現(xiàn)腐蝕結(jié)垢問題。

        2.6 優(yōu)化設(shè)備布置

        閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的用水點(diǎn)、供水點(diǎn)需要在主廠房進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì),布置的系統(tǒng)設(shè)備需要結(jié)合實(shí)際情況,做好優(yōu)化設(shè)計(jì),有利于縮短管道的布置長度,有利于降低管道阻力。

        新形勢下,火力發(fā)電廠在實(shí)際經(jīng)營與發(fā)展期間,需要明確意識到循環(huán)冷卻水系統(tǒng)貫穿于發(fā)電廠的全過程,閉式循環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)質(zhì)量與火電廠實(shí)際效益、運(yùn)行狀態(tài)等產(chǎn)生很大的影響。工作人員需要自主學(xué)習(xí)和借鑒國內(nèi)外循環(huán)冷卻水控制理論,并與我國循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行有效結(jié)合,積極探索更多的高效方式,有利于科學(xué)控制循環(huán)冷卻水。在實(shí)際設(shè)計(jì)期間,需要做好可靠性循環(huán)冷卻水系統(tǒng)評價工作,對于重要部分,需要合理運(yùn)用冗余措施,加強(qiáng)對軟件的容錯功能進(jìn)行科學(xué)控制,有效提高系統(tǒng)整體運(yùn)行的可靠性。通過這種方式,有利于更好順應(yīng)當(dāng)前時代的發(fā)展,有利于促進(jìn)我國電力領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。

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