海水直流冷却机组开式循环水系统优化

苏 伟，苗井泉

（山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013）

0 引言

随着电力技术发展，节能降耗措施不断优化。主机技术经过近年来的发展优化，已经取得了长足的进步，而辅助系统的节能降耗仍存在较大的优化空间。辅机冷却水系统作为电厂辅助系统的重要组成部分，其中水量大，能耗高，在满足机组冷却要求的前提下对系统进行优化，对于提高机组经济性具有重要意义［1］。

1 开式循环冷却水系统

1.1 常规开式循环冷却水系统

电厂冷却水系统主要是向电厂各换热器及设备提供必要的冷却水，以保证机组的安全运行。冷却水系统主要由开式循环冷却水系统和闭式循环冷却水系统组成。常规开式冷却水系统自循环水进水管取水，经过电动滤水器过滤后，通过水泵升压，送至各冷却用户，回水至循环水回水管［2］。

开式冷却水系统对水质要求不高，但对温度要求较高，冷却水量大的设备，一般采用开式水冷却，如闭式水换热器、真空泵、主机冷油器、发电机氢气冷却器等。由于冷却设备较多，压损较大，需要设置开式水泵对冷却水进行升压，来保证设备能够得到足够的冷却水冷却。

1.2 海水直流冷却机组开式循环冷却水系统

在海水直流冷却机组中，主机循环水为海水，开式水系统介质与主机循环水相同，若大部分设备仍采用开式水作为冷却介质，会提高对各设备换热器材质的要求，从而导致增加工程造价，造成不必要的浪费。因此在海水直流冷却机组中，一般采用“大闭式冷却水”系统，即大部分的设备用闭式循环冷却水来冷却，只有闭式水换热器和真空泵用开式水冷却。

与常规机组开式循环冷却水系统相比，海水直流冷却机组的开式水系统用户少，流动阻力低，可以在常规开式水系统的基础上进行优化［3］。

2 开式循环冷却水系统水力计算

2.1 水力计算模型的算法

开式循环冷却水系统有多个并联用户，采用人工计算不仅过程烦琐，而且很难保证计算结果的准确性。因此对于多个用户并联的系统管网，需要借助计算机手段对整个管网进行精确的水力分析和流量分配。利用AFT-Fathom软件［4］，采用“目标—变量”算法，将凝汽器所需的冷却水量作为目标值，以开式循环冷却水系统的水量为变量，计算当凝汽器的冷却水量为额定流量时，流经各个开式循环冷却水用户的水量。

2.2 水力计算模型的建立

开式循环冷却水系统计算模型的建立过程为：1）选取系统中各用户及管件连接件，连接成系统；2）对系统中各元件进行定义，如管长、内外径、粗糙度、阻力系数、阀门开闭等；3）根据设定的目标和算法，选择合适的变量进行模拟；4）输出模拟结果并进行总结。AFT-Fathom建立的模型如图1所示。

图1 开式循环冷却水系统模型

2.3 水力计算边界条件

换热器模型的定义方式，分别为常数K定义、换热器内部管道数据定义、变量K定义、厂家数据模拟曲线定义。本文模型中均根据厂家提供的水阻曲线来定义各换热器模型的压损曲线。各换热器的水阻曲线见图2~4。

图2 凝汽器阻力曲线

图3 闭式水换热器阻力曲线

图4 真空泵换热器阻力曲线

管路模型中，需要定义管路的尺寸、长度、绝对粗糙度，并定义管件的类型和数量。在对阀门进行定义时需要根据阀门特性定义阀门的局部阻力系数。局部阻力系数既可以定义为常数，也可以根据厂家提供的数据绘制曲线，本模型定义的局部阻力系数为常数［5］。

2.4 水力计算结果

根据GB 50764—2012《电厂动力管道设计规范》对管道流速的要求，本系统流速范围取0.5～1.5 m／s，开式循环冷却水的设计流量为 2 696 t／h，开式循环冷却水系统母管规格见表1。

表1 开式循环水系统母管规格

图5 真空泵冷却水量变化曲线

图6 闭式水换热器冷却水量变化曲线

根据以上3种规格母管对开式循环冷却水系统的水量进行了分配计算，计算结果如图5~6所示。

由图5~6可以看出，随开式循环冷却水管径增大，各设备的冷却水量均之增加，各管径对应的冷却水量均能满足设备需求。因此选取开式循环冷却水系统母管规格为Φ920 mm×10 mm，不设开式水升压泵。

3 节能降耗分析

经过AFT软件计算，本工程开式循环冷却水系统可取消开式水升压泵。取消开式泵后，既可降低初投资，又降低了厂用电，减少了运行费用，起到了节能降耗的作用。

常规百万机组的开式水升压泵扬程约0.1 MPa，功率约110 kW。按机组年利用小时数5 500 h计算，经过优化，两台机一年可节省运行费用121万元，节约初投资40万元，节能降耗意义显著。

4 结语

本工程开式循环冷却水系统取消了开式水升压泵，通过计算能够满足各开式循环冷却水用户的冷却水流量要求；简化了开式水系统，在保证可靠性的基础上，减少了该系统的投资和运行费用。通过优化，本工程两台机组可减少初投资40万元，减少年运行费用121万元，具有良好的节能降耗作用，对海水直流冷却机组的开式循环冷却水系统设计具有一定的指导意义。

［1］杨光明.600 MW超临界机组开式冷却水系统优化节能改造［J］.能源与环境，2012（4）：25-26.

［2］高志勇，黄家运，安雪松.火力发电厂开式水系统优化［J］.神华科技，2012（2）：60-62.

［3］杜东明，高洪涛.350 MW开式冷却汽轮机循环水的优化运行［J］.汽轮机技术，2007，49（1）：54-56，59.

［4］杨文泽，骞宏伟，张亚鹏.电站开式循环冷却水泵选型计算分析［J］.能源研究与管理，2012 （3）：84-86，99.

［5］中国电力企业联合会.电厂动力管道设计规范：GB 50764—2012［S］.北京：中国计划出版社，2012.