热力发电厂循环水系统优化设计探讨

李伟彬

（河北国华沧东发电有限责任公司,河北 沧州 061113）

1 引言

循环水系统是火力发电厂的重要组成部分，循环水系统及其设备运行的安全、经济、可靠性将对整个电厂的安全、经济运行起着至关重要的影响。

2 大型火力发电机组循环水系统现状

目前国内投运的600MW火力发电机组相配套的循环水系统，根据冷却水源的状况不同大致可分为开式和闭式两种形式。比较突出的优点体现在以下几方面：

（1）采用技术先进的设备，提高了运行可靠性。循环水泵采用国际先进技术水平的进口设备，型式：立轴、固定转速、固定叶片、单级混流泵, 由立式感应电动机驱动。设备具有长周期运行能力，不需要定期轮换、检修，而且大大降低了检修与运行维护费用。

（2） 由于没有设置备用循环水泵，从而简化了系统，减少了占地面积，大幅度降低了循环水系统的一次性投资。

（3）循环水泵出口门采用了能够快速关闭的液动蝶阀，在循环水泵故障时，能够快速关闭出口门，有效地阻止循环水泵倒转的时间和速度，提高了系统运行的安全、可靠性。

（4）采用扩大单元制循环水系统，使运行方式更加灵活，能够有效地提高系统运行的经济性。例如：国华沧电一期工程2х600MW机组循环水系统采用的就是比较典型的扩大单元制循环水系统，即：单机单管配双泵，在两台机组的两条循环水母管之间加一条串联两个电动蝶阀的联络管。该系统在夏季采用单元制运行方式，即将联络管电动蝶阀关闭，每台机组由各自的两台循环水泵单独供水；春、秋季节及寒冬季节根据水温和凝汽器真空情况，采用扩大单元制运行方式，即开启联络管道的电动蝶阀，两台机组由三台循环水泵供水，停止一台循环水泵做备用。这样的运行方式，在两台机组同时运行时可节约1台循环水泵电机的能耗。

（5）采用循环水串联通过的双倍压凝汽器。优点是减少循环水量，降低平均排汽压力，提高机组经济性。

上述循环水系统尽管采用了比较先进的设备，系统的优化设计方面和从前比也有了较大的进步，整体组成比较简单，运行经济性、可靠性方面也有了较大的改进。但是在实际运行中发现，该系统还是存在一些需要解决的难题，和国外先进的技术相比还存在一些需要改进的地方，常见的问题有以下几方面：

1） 循环水泵出口蝶阀液压系统控制电磁阀一旦失电，将会造成循环水泵出口液压蝶阀误关，严重的后果会直接造成汽轮机循环水中断，机组低真空保护低动作停机；

2）循环水泵出口液压蝶阀控制油站的升压油泵停止运行，将会导致控制油压下降，循环水泵出口门关闭，同样会造成循环水中断停机事故；

3）对于扩大单元制的循环水系统，当两台机组3台循环水泵运行时，如果发生任意一台运行的循环水泵事故跳闸，有可能会导致两台机组同时低真空保护动作跳闸，造成全厂对外停电的重大事故；

4）对于同一台机组来说，也同样存在着一台循环水泵跳闸出口蝶阀不能够立即关闭，发生循环水泵倒转，可能会引起机组减负荷或低真空保护动作停机的事故。

5）循环水泵在启动前，需要向系统注满水方可启动，启动时间相对较长。

3 循环水系统优化设计方案探讨

（1）循环水系统采用单元制,使系统简化，有利于在循环水系统设备故障时，防止事故扩大；

（2）每台机组配备2台50%容量的循环水泵，不设置备用的循环水泵，节省一次性投资费用；

（3）泵出口设置能够快速关闭的液动蝶阀，以防止故障停止的循环水泵长时间快速倒转问题；

（4）根据实际情况，采取单台循环水泵对应单独的循环水供水管道，防止事故泵影响运行泵，使事故扩大；

（5）循环水系统向公用系统供水分别由两条出口压力供水管供到供水母管，供水阀门采用能够快速关闭的蝶阀（蝶阀的动作与循环水泵电机开关联动）并串联逆止阀，防止任意一台循环水泵跳闸时，公用冷却水系统的水倒流，造成公用系统事故；

（6）循环水泵电机采用变频率电机，在环境温度较高季节采用高速运行；当环境温度较低时，采用低速运行方式，可节约相当可观的常用电能。例如：国华绥中发电有限责任公司引进的俄罗斯800MW机组，所采用的开式运行循环水系统。每台机组配备两台双速循环水泵，运行方式如下表：

季节 春季 夏季 秋季 冬季运行方式 一台高速一台低速 两台高速 一台高速一台低速一台高速一台低速电耗 6500kw-8000kw 8000kw 6500kw-8000kw 5000kw-6500kw节电率( %) 0—18.75 0 0—18.75 18.75—37.5

（7）对于开式循环水系统，由于循环水泵出口压力较低，停泵时倒转的时间较短，最高倒转速度比闭式泵低。所以，开式循环水系统的循环水泵应该具有允许倒转的功能可不设出口蝶阀。这种系统设计方案，一方面可节省部分投资费用，另外还可以节省大量的检修及运行维护费用。

（8）在开式循环水的排水口安装合适功率的水轮发电机组，2台600MW机组配备的4台循环水泵排水口可安装2台约600KW的水轮发电机组。利用循环水排水能头发电，即可带来可观的节能降损效益。例如：国华绥中发电有限责任公司2台800MW机组在循环水排水口安装2台800KW的水轮发电机组，在两台机组运行时，水轮发电机出力经常保持在600kW以上，不但具有明显的节能效果，更重要的是能够有效地降低循环水排水能头和水温，起到减少对环境的噪声污染和温度对海洋环境的副作用。

4 结束语

循环水系统的组成和运行方式对于热力发电厂的安全和经济性的影响是不容忽视的，目前由于我国机组容量大小差异、形式差异较大，循环水系统的组成和运行方式也是各不相同，在安全性、经济性改进方面还有很大的潜力可挖。对于已投产的机组可根据实际情况进行改造，本文提出了经过实践验证的改进建议，供设计部门和投资决策部门参考。