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技術(shù)文章

老電廠循環(huán)水系統(tǒng)改造核相儀,試驗變壓器方法

摘要：隨著電力市場容量的擴大發(fā)展，一批老電廠由于發(fā)電機機組容量小運行成本的高，投產(chǎn)時間長且對環(huán)境污染嚴重，已漸入超齡退役狀態(tài)。國家制定的淘汰小型凝汽式機組、限制小型供熱機組運行的政策，促使老電廠不得不擴大電廠生產(chǎn)建設規(guī)模，擴建容量大技術(shù)先進的機組，*終使老電廠循環(huán)水系統(tǒng)改造迫在眉睫，市場前景可期。

關(guān)鍵詞： 水泵高效范圍

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(fā)電廠，在當時的技術(shù)經(jīng)濟條件下這些電廠發(fā)揮了骨干電源點的作用。隨著科學技術(shù)的進步與發(fā)展，大量200MW、300MW、600MW、900MW機組燃煤、燃油、燃氣電站相繼投產(chǎn)，更大規(guī)模的水利工程與核電站份份上馬，那些昔日建成的火力發(fā)電廠無任在技術(shù)、經(jīng)濟與市場份額方面失去了竟爭的優(yōu)勢，為了企業(yè)的生存和發(fā)展，這些小火力發(fā)電廠不得不擴大電廠生產(chǎn)建設規(guī)模，紛紛拆除小機組改建大容量機組，迫使電廠原有循環(huán)水系統(tǒng)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(jīng)過多次擴建改造后,擁有3XC12+1XB25+2xC50機組，汽輪發(fā)電機多容量小、循環(huán)水系統(tǒng)復雜。夏季所需循環(huán)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(fā)電量。迫切需要對老電廠循環(huán)水系統(tǒng)進行改造，包括取水構(gòu)筑物、取水設備、供水系統(tǒng)等一系列設施進行合理的更新、重建。研究經(jīng)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(jīng)因為電廠管理好、廠區(qū)綠化率高被電力系統(tǒng)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*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(huán)水管采用鋼桁架搖臂聯(lián)絡管膠管式活動連接。為了保證供水系統(tǒng)的可靠性和**性，在取水河岸的岸坡的一定范圍內(nèi)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(huán)水泵，2#躉船上裝有2臺24SH-18A和兩臺32SH-19A總計8臺循環(huán)水泵。

3. 囤船取水現(xiàn)狀

    湖北長源江津熱電廠現(xiàn)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(fā)電機容量小、機組多、機組運行方式不同導致電廠供水系統(tǒng)相當復雜。電廠投產(chǎn)運行至今一直采用直流供水系統(tǒng)，隨著機組容量與數(shù)量增加電廠夏季所需循環(huán)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(huán)冷卻水量計算見上表。

    按照2×C12+1×B25+2×C50五臺機組夏季純凝工況運行，供水系統(tǒng)計算的循環(huán)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(tǒng)計算的循環(huán)水量為21067m3/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/hH=23m水泵，2#躉船分別安裝2臺24SH-18A與2臺32SH-19（Q=5000m3/hH=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(lián)絡管與岸上2根DN1000循環(huán)水供水母管連接，2根DN900聯(lián)絡管與岸上DN1400的循環(huán)水供水管連接，DN1000與DN1400的供水母管之間設置聯(lián)絡管連通。目前根據(jù)電廠運行人員反映，囤船取水量嚴重不足，發(fā)電機不能滿發(fā)的。供水不足與發(fā)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(tǒng)上分析。

    原因一:水泵出水管與岸上母管之間的聯(lián)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=3000m3/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=3000m3/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(shù)規(guī)定，管道流速在1.2 m/s -2.5m/s屬于平均經(jīng)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(lián)數(shù)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(nèi)汽輪機的標高不變，所有并聯(lián)水泵揚程是相同的，此時凝汽器水頭損失與循環(huán)水管道損失對各水泵是相同。但是同型號水泵并聯(lián)運行，水泵總出水量不會按照單臺水泵出水量****的數(shù)量疊加。例如：二臺同型號水泵并聯(lián)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(lián)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(shù)。由于電廠水泵并聯(lián)臺數(shù)太多，水泵實際出水量的折減數(shù)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(tǒng)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(diào)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(nèi)，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(jié)變化要求。但是二種異型并聯(lián)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(diào)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(fā)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(huán)水量及發(fā)電機出力；

    因此，在滿足凝汽器機組冷卻用水量前提下，循環(huán)水取水系統(tǒng)改造重點側(cè)重于統(tǒng)一水泵型號、減少水泵運行臺數(shù)；擴大水泵出口與岸上供水母管之間聯(lián)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(jié)約能量。

4電廠循環(huán)水系統(tǒng)改造核相儀,試驗變壓器方法

    基于對電廠現(xiàn)行的供水系統(tǒng)的缺陷分析，2002年我們提出了電廠循環(huán)水系統(tǒng)的幾種改造方案，從技術(shù)經(jīng)濟的角度來提高系統(tǒng)的供水量，降低電廠的能耗。

4.1方法一：統(tǒng)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(lián)絡管連接，1#囤船4臺24SH-18A循環(huán)水泵停止運行。取水系統(tǒng)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(lián)運行。一路管道為二臺水泵與岸上DN1000循環(huán)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(huán)水母管相連, 三臺水泵并聯(lián)實際總流量為251%單臺水泵流量,二路循環(huán)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=5000m3/h；當水泵揚程為H=23.7m時Q=5400 m3/h, 當揚程H=20.0m時Q=6000m3/h,在夏季凝汽器循環(huán)用水*大時，水泵的揚程基本運行在20米左右，循環(huán)水泵出流量基本穩(wěn)定在5500m3/h-6000m3/h范圍,按照相同揚程水泵流量疊加原理，循環(huán)水泵理論上供水能力將達到27000m3/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(shù)以及水泵、閥門之間切換次數(shù)，降低了循環(huán)水泵的廠用電負荷，避免了對現(xiàn)有1#、2#躉船船體、出水聯(lián)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?yōu)?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**運行條件。

    但是電廠必須新購買一條囤船，安裝三條出水聯(lián)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(tǒng)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(lián)絡管連接，1#囤船4臺24SH-18A循環(huán)水泵不變。

    1#、2#躉船8臺水泵分成二路同型號并聯(lián)運行。一路管道為四臺24SH-18A水泵與岸上DN1000循環(huán)水母管相連，另一路管道系統(tǒng)為四臺32SH-19A水泵與DN1400循環(huán)水母管相連。按照水泵性能曲線當水泵H=26.0m時32SH-19AQ=5000 m3/h、24SH-18A Q =2500 m3/h；當H=23.7m時32SH-19A Q=5470m3/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(lián)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(huán)用水量*大時，水泵揚程基本運行在20米左右，總循環(huán)水流量穩(wěn)定在23912m3/h-25844m3/h范圍內(nèi)，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?yōu)?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(huán)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?yōu)?0.92噸,所以船體尺寸由原來29.4mX8.0mX1.8m擴大為31.2mx8.5mx1.8m，改善船體**運行條件。需要購買一條新船。只是2#原有水泵DN600出水管聯(lián)絡管必須全部改造為DN900聯(lián)絡管，四條出水聯(lián)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(xiàn)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(lián)絡管與江邊管道支架對電廠生產(chǎn)運行會造成影響。

5技術(shù)經(jīng)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(shù)、水泵、閥門切換次數(shù)以及廠用電負荷，同時避免了現(xiàn)有1#、2#躉船船體、出水聯(lián)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(lián)絡管、岸邊管道支架安裝完畢后在岸上與DN1400循環(huán)水管對接,從技術(shù)方面看可行,經(jīng)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(xiàn)有2#躉船船體、出水聯(lián)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(shù)方面可行,經(jīng)濟方面：設備與安裝費用為322.67萬(見預算表) 。

  綜合技術(shù)經(jīng)濟分析比較方案一比方案二有優(yōu)越性。

6．結(jié)論：

    老電廠供水系統(tǒng)的改造必須結(jié)合工程的具體情況進行分析，按照供水**可靠的原則保證電廠運行，同時節(jié)能降耗，提高水泵的工作效率。對于處于轉(zhuǎn)型期的老電廠，循環(huán)水系統(tǒng)的改造不可避免，設計行業(yè)前景可期。

[1] 參考文獻《給水排水設計手冊》《火力發(fā)電廠水工設計技術(shù)規(guī)定》

作者單位：國家電力公司中南電力設計院綜合設計分公司
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