老電廠循環水系統改造方法

　　1. 概述

　　20世紀70年代末80年代初國家花費巨資投資建設了一批50MW以下火力發電廠，在當時的技術經濟條件下這些電廠發揮了骨干電源點的作用。隨著科學技術的進步與發展，大量200MW、300MW、600MW、900MW機組燃煤、燃油、燃氣電站相繼投產，更大規模的水利工程與核電站份份上馬，那些昔日建成的火力發電廠無任在技術、經濟與市場份額方面失去了竟爭的優勢，為了企業的生存和發展，這些小火力發電廠不得不擴大電廠生產建設規模，紛紛拆除小機組改建大容量機組，迫使電廠原有循環水系統不斷進行更新改造。

　　湖北長源江津熱電廠就是一家運行30多年的老廠，經過多次擴建改造后, 擁有3XC12+1XB25+2xC50機組，汽輪發電機多容量小、循環水系統復雜。夏季所需循環冷卻水量越來越大,然而江邊取水能力卻未得到改善，供水量嚴重影響凝汽器冷卻效果與汽輪機發電量。迫切需要對老電廠循環水系統進行改造，包括取水構筑物、取水設備、供水系統等一系列設施進行合理的更新、重建。研究經濟、合理的改造辦法是本文即將討論的重點。

　　2.電廠水源

　　長源江津熱電廠位于湖北省沙市市長江邊的外灘上臨長江而建，距離城市中心約5公里，80年代曾經因為電廠管理好、廠區綠化率高被電力系統命名為花園式電廠。長江河道在廠址附近形成了較大的水流微彎段，電廠在微彎段的凹岸，而且取水口位置處河岸岸坡大于30度靠近主水流，長江主流水量豐沛水源變幅較大，長江高、低水位相差15米左右。長江最高洪水位（頻率P=1% ） 42.972米 (黃海高程) 設計枯水位（頻率P=97%）為 28.652米 (黃海高程)

　　電廠采用浮船取水方式取長江水源，取水泵布置在躉船的甲板上，在河岸邊建有井字形混凝土支架，水泵出水管與岸上固定循環水管采用鋼桁架搖臂聯絡管膠管式活動連接。為了保證供水系統的可靠性和安全性，在取水河岸的岸坡的一定范圍內進行拋石護岸處理。

　　電廠目前運行1#、2#兩條鋼制躉船，其中1#躉船上裝有4臺24SH-18A循環水泵， 2#躉船上裝有2臺24SH-18A和兩臺32SH-19A總計8臺循環水泵。

　　3. 囤船取水現狀

　　湖北長源江津熱電廠現在擁有三類小型凝汽式機組、背壓機組、抽凝式機組，因為汽輪發電機容量小、機組多、機組運行方式不同導致電廠供水系統相當復雜。電廠投產運行至今一直采用直流供水系統，隨著機組容量與數量增加電廠夏季所需循環冷卻水量越來越大，然而江邊取水能力卻未得到改善，供水量嚴重不足。電廠運行機組的循環冷卻水量計算見下表
循環用水量表 水量單位為T/H
序號 汽機型號 凝汽量 凝汽器用水量 空氣
冷卻器 油
冷卻器 工業
用水 總計用水量
夏季 冬季 夏季 冬季
#3 31-12-2 46 2760 2070 200/75 225/40 3185 2185
#5 31-12-2 46 2760 2070 200/75 225/40 3185 2185
#7 B25-90/10 370 238 1207 1815 1815
#8 C50-90/13 150 9000 6750 120 306 200 9626 7376
#9 C50-90/13 150 9000 6750 120 306 200 9626 7376
合計 346 20760 15570 810/685 1075/890 1607 27437 20937

　　按照2×C12+1×B25+2×C50五臺機組夏季純凝工況運行，供水系統計算的循環水量為27437m3/h；按照1×B25+2×C50三臺機組夏季純凝工況運行，供水系統計算的循環水量為21067 m3/h（2×C12機組報廢、停止運行）。目前電廠運行1#、2#兩條鋼制躉船，1#躉船安裝4臺24SH-18A Q=3000 m3/h H=23m水泵，2#躉船分別安裝2臺24SH-18A與2臺32SH-19（Q=5000m3/h H=26m）水泵。24SH-18A水泵出水管管徑為DN600，32SH-19水泵出水管管徑為DN900。其中6根DN600聯絡管與岸上2根DN1000循環水供水母管連接，2根DN900聯絡管與岸上DN1400的循環水供水管連接，DN1000與DN1400的供水母管之間設置聯絡管連通。目前根據電廠運行人員反映，囤船取水量嚴重不足，發電機不能滿發的。供水不足與發電量之間的矛盾夏季顯得尤為突出。那么是什么原因造成供水量不足呢？我們還是從系統上分析。

　　原因一: 水泵出水管與岸上母管之間的聯絡管直徑偏小，出水管道流速太大，超出了水泵運行合理的流速范圍，管道水頭損失較大，能源浪費較多。

　　水泵出水管管徑為DN600：管道流量Q=3000 m3/h時水泵出水管流速為2.95m/s，管道流量Q=5000 m3/h時水泵出水管流速高達4.91m/s。

　　水泵出水管管徑為DN900：管道流量 Q=3000 m3/h時水泵出水管流速為1.31m/s；管道流量Q=5000 m3/h時水泵出水管流速為2.20m/s。

　　按照水工技術規定，管道流速在1.2 m/s -2.5 m/s屬于平均經濟流速的正常范圍，超出這個流速范圍勢必引起水頭損失增加、水泵揚程增大，電動機功率增大，直接浪費電力能源。

　　原因二:取水泵并聯數量多、水泵供水量達不到設計流量。
對于一定的長江水位，由于主廠房內汽輪機的標高不變，所有并聯水泵揚程是相同的，此時凝汽器水頭損失與循環水管道損失對各水泵是相同。但是同型號水泵并聯運行，水泵總出水量不會按照單臺水泵出水量百分之百的數量疊加。例如：二臺同型號水泵并聯運行, 水泵實際出水總流量為190 %單臺水泵流量，三臺同型號水泵并聯運行，水泵實際出水總流量為251%單臺水泵流量，泵實際出水總流量存在一定的折減系數。由于電廠水泵并聯臺數太多，水泵實際出水量的折減數很大，以至水泵實際出水能力不足，造成供水量達不到供水系統的設計流量。

　　原因三: 取水泵型號不一，水泵流量、揚程變化步調不一致，存在明顯地阻滯作用。按照水泵性能曲線圖，在水泵高效運行范圍內，長江水位越低，水泵揚程越高水泵出水流量越�。婚L江水位越高，水泵揚程越小水泵出水流量越大。隨著長江水位漲落改變（夏季洪水位高、冬季枯水位低），水泵揚程、流量改變，符合凝汽器冷卻水季節變化要求。但是二種異型并聯水泵在相同的揚程下，水泵運行會移出各自的“水泵高效范圍”, 其工況變化步調是不一致的。大流量、高流速水泵對小流量、低流速水泵出水會造成明顯地阻滯作用，運行工況會發生改變,水泵實際出水量達不到水泵額定出水量, 水泵的有用功功率降低，水泵運行效率降低，從而影響總循環水量及發電機出力；

　　因此，在滿足凝汽器機組冷卻用水量前提下，循環水取水系統改造重點側重于統一水泵型號、減少水泵運行臺數；擴大水泵出口與岸上供水母管之間聯絡管，降低管道流速，減少管道水頭損失，降低水泵運行揚程，增加水泵供水能力，減少水泵的無用功率，節約能量。

　　4電廠循環水系統改造方法

　　基于對電廠現行的供水系統的缺陷分析，2002年我們提出了電廠循環水系統的幾種改造方案，從技術經濟的角度來提高系統的供水量，降低電廠的能耗。

　　4.1方法一：統一水泵的型號、增加出水管的管道直徑

　　新建一艘3#囤船，在船上安裝三臺水泵32SH-19A ，躉船與岸邊固定管道支架通過三根DN900的聯絡管連接，1#囤船4臺24SH-18A循環水泵停止運行。取水系統改造后，電廠取水以2#、3#躉船為主，按照6臺水泵運行設計(5臺32SH-19A與1臺24SH-18A)，夏、冬季水泵運行均以32SH-19A為主，只有在運行水泵事故或檢修時24SH-18A作為備用泵投入。

　　5取水泵臺32SH-19A分成二路同型號水泵并聯運行。一路管道為二臺水泵與岸上DN1000循環水母管相連,水泵實際出流量為190 %單臺水泵流量,另一路管道為三臺水泵與DN1400循環水母管相連, 三臺水泵并聯實際總流量為251%單臺水泵流量, 二路循環水管道實際出流量為441 %單臺水泵流量。

　　按照32SH-19A水泵性能曲線圖，當水泵揚程為H=26.0m時Q=5000 m3/h；當水泵揚程為H=23.7m時Q=5400 m3/h, 當揚程H=20.0m時Q=6000 m3/h,在夏季凝汽器循環用水最大時，水泵的揚程基本運行在20米左右，循環水泵出流量基本穩定在5500m3/h-6000m3/h范圍,按照相同揚程水泵流量疊加原理，循環水泵理論上供水能力將達到27000 m3/h，水泵供水能力可以滿足電廠供水要求。

　　32SH-19A 水泵配用電動機功率為450KW，24SH-18A水泵配用功率為250KW，工程改造后5臺32SH-19A工作泵和1臺24SH-18A備用水泵配用電動機總用電負荷2250KW；目前2臺32SH-19A和6臺24SH-18A水泵運行電動機的總負荷為2400KW，工程改造后不需要增加6000Kv低壓廠變。

　　本方案極大地改善了水泵供水能力和水泵之間相互備用條件，減少了水泵運行臺數以及水泵、閥門之間切換次數，降低了循環水泵的廠用電負荷，避免了對現有1#、2#躉船船體、出水聯絡管改造尤其是岸邊管道支架加固改造，對電廠運行不會造成很大影響。

　　2#躉船由運行2臺32SH-19A、2臺24SH-18A工作泵，改變為2臺32SH-19A工作泵與1臺24SH-18A備用水泵，減少了1臺24SH-18A水泵運行，降低了船體自重與船體振動，改善了船體安全運行條件。

　　但是電廠必須新購買一條囤船，安裝三條出水聯絡管、三組鋼桁架與三個江邊管道支架。而且江邊管道支架必須作樁基處理，承臺樁必須深入河床底持力層，囤船取水范圍需做拋石護岸處理。

　　4.1方法二：供水系統按照水泵型號分開設置

　　2#取水躉船安裝4臺32SH-19A水泵，躉船與岸邊固定管道支架通過四根DN900聯絡管連接，1#囤船4臺24SH-18A循環水泵不變。
1#、2#躉船8臺水泵分成二路同型號并聯運行。一路管道為四臺24SH-18A水泵與岸上DN1000循環水母管相連，另一路管道系統為四臺32SH-19A水泵與DN1400循環水母管相連。按照水泵性能曲線當水泵H=26.0m時32SH-19A Q=5000 m3/h、24SH-18A Q =2500 m3/h；當H=23.7m時32SH-19A Q=5470 m3/h、24SH-18A Q =2950 m3/h；當H=20.0m時32SH-19A Q=6000 m3/h、24SH-18A Q =3100m3/h。由于水泵型號不一，按照水泵并聯運行相同揚程下水泵流量疊加原理，水泵實際出流量為284 %單臺水泵流量，在夏季循環用水量最大時，水泵揚程基本運行在20米左右，總循環水流量穩定在23912m3/h-25844m3/h范圍內，可以滿足電廠2C50+B25+C12四臺機組運行要求。1#、2#躉船由2臺32SH-19A、6臺24SH-18A工作泵改變為4臺32SH-19A、4臺24SH-18A工作泵，改善了水泵供水能力和水泵相互備用條件。

　　32SH-19A、24SH-18A水泵配用電動機功率分別為450KW、250KW，循環水泵改造后4臺32SH-19A和4臺24SH-18A運行電動機的總用電負荷2800KW；比目前2臺32SH-19A和6臺24SH-18A水泵運行電動機總負荷2400KW需要增加6000Kv低壓廠變400KW。
由于2#躉船船體上已承載了二臺32SH-19A與二臺24SH-18A水泵，要在船體上布置四臺32sh-19A水泵，船體自重由32.62噸變為40.92噸,所以船體尺寸由原來29.4mX8.0mX1.8m擴大為31.2mx 8.5mx1.8m，改善船體安全運行條件。需要購買一條新船。只是2#原有水泵DN600出水管聯絡管必須全部改造為DN900聯絡管，四條出水聯絡管布置二組鋼桁架上，保持原有鋼桁架與江邊管道支架，現有2米鋼桁架因為鋼管自重和水重增加需要加固，江邊鋼筋混凝土支架也需要加固處理。改造聯絡管與江邊管道支架對電廠生產運行會造成影響。

　　5技術經濟比較：

　　方案一：電廠取水以2#、3#躉船為主（新建3#躉船，1#囤船停止運行），將極大地改善了水泵供水能力和水泵備用條件，減少水泵運行臺數、水泵、閥門切換次數以及廠用電負荷，同時避免了現有1#、2#躉船船體、出水聯絡管、岸邊管道支架改造，對電廠運行不會造成太大的影響。3#囤船船體、水泵、閥門、出水聯絡管、岸邊管道支架安裝完畢后在岸上與DN1400循環水管對接, 從技術方面看可行,經濟方面：設備與安裝費用為273萬(見預算表)。

　　方案二：將2#躉船更換成新囤船，以1#、2#躉船取水運行為主，水泵供水能力和水泵備用條件有一定改善，但是增加了廠用電負荷，現有2#躉船船體、出水聯絡管尤其是岸邊管道支架加固改造，對電廠運行造成很大影響。與方案一相比影響時間長,難度大。技術方面可行,經濟方面：設備與安裝費用為322.67萬 (見預算表) 。

　　綜合技術經濟分析比較方案一比方案二有優越性。

　　6．結論：

　　老電廠供水系統的改造必須結合工程的具體情況進行分析，按照供水安全可靠的原則保證電廠運行，同時節能降耗，提高水泵的工作效率。對于處于轉型期的老電廠，循環水系統的改造不可避免，設計行業前景可期。
[1] 參考文獻《給水排水設計手冊》《火力發電廠水工設計技術規定》


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[1] 作者通訊處：國家電力公司中南電力設計院綜合設計分公司
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