消除循环水温度异常变化对机组安全和经济性的影响的分析

2020-03-11

应用能源技术 2020年2期

(黑龙江辰能新能源开发股份有限责任公司，哈尔滨 150090)

0 引言

2004年8月2日21∶22首次发现一期循环水的进水温度快速上升的异常情况，导致#1/#2机凝汽器排汽温度迅速抬升，迫使机组降出力运行。随着二期工程四台机组逐台投入运行，该问题的影响逐渐显现：循环水温度快速上升发生的持续时间、上升幅度均呈现显著扩大之势。今年机组又数次受到该问题影响，7月18日海水最高温度达到38.5 ℃。两台机组的负荷分别降到190 MW和180 MW。

1 二期工程投产前循环水进水温度变化的规律和原因分析

1.1 二期工程投产前循环水进水温度变化的规律

根据对PI数据库中2000年到目前的历史数据统计，2000年至今全年的循环水平均温度呈上升趋势，2005年全年平均的循环水温度比2000年上升了0.943 ℃，而且这一上升趋势在二期工程投产后呈明显加快趋势。全年循环水温度见表1。

根据观察循环水进水温度的变化具有一下规律：

(1)循环水排水温度对进水温度的影响，自一期工程投产后就应存在。只是一开始影响比较微弱。当循环水进水温度逐渐缓慢升高及其随潮流变化的趋势，在二期工程投产后，在炎热天气影响到机组负荷后，才逐渐被重视。

表1 全年循环水温度

注:第一行是工程设计时，由气象部门提供的数据。

(2)循环水进水温度随潮位发生变化的趋势，随年份的推延更加明显，呈现每天二次在低潮位的时间段发生进水温度明显上升的现象。

(3)循环水温度快速上升发生的持续时间、上升幅度，随年份的推延均呈现逐步扩大之势，2000年在低潮位时循环水温度基本没有上升情况，现在循环水温度快速上升幅度最大达到4 ℃左右，持续时间可达4～6 h。在天文低潮或气温异常的特殊情况下，将会出现机组被迫降出力情况。如循环水温度持续偏高，还会导致闭式水温度及各设备的正常冷却，威胁机组安全运行。本次A级检修后原本偏高的1号机组2号轴承温度的安全裕量，更是捉襟见肘，略有扰动，可能会影响机组安全运行。

(4)对机组运行的影响，已从以前极个别较短的时间段，转变为全年持续性影响。

1.2 循环水温度升高的原因分析

在一期工程投产前，该区域海滩应是平坦的，水深度逐渐向远处加深。当一期工程投产后，该海湾中增加了4 m3/h(冬季)～8万m3/h(夏季)的流量排出，而进水口有相同的流量在消失，这样就在该海区内增加了一个定向流场。因海滩较浅，自排水口漫流出后，对海滩底部有一定冲刷作用，因各处流速不同，主流部分冲刷作较强，流速慢的部分冲刷作弱，或是没有冲刷作。在向西的海流的作用下偏向西面流动，进入取水口区域，与来自深海的冷水相混合，影响循环水进水温度。而被冲刷出的砂石在潮汐的作用下，淤积到水流平缓处，抬高了海滩底部。经长年日积月累，主流场部分越冲越深，二侧越淤越高，使温排水越集中向主流道。这样一来就导致循环水进水温度就逐年升高。与此同时，近几年当政府组织在处于钱塘江下游(本厂东侧)的独山地区，进行码头开发和围垦，对原属一期排水的出水通道，产生一定的淤积，增加了该方向的排水阻力，迫使一期排水向取水口流动。在这双重因素的作用下，导致二期工程投产前循环水温逐年升高，如图1所示。

图1 二期工程投产前循环水温升高变化示意图

另外，受潮汐的影响，高潮位时，来自海洋深处的冷水占主导，平均水温受影响较小。低潮位时，来自排水口的温热占主导，平均水温受影响较大。一年四季影响的程度也不一样。

2 二期工程投产后循环水温度升高情况及原因分析

2.1 循环水温度变化情况

因二期机组循环水排水与一期循环水取水口位置较近，加剧了一期循环水温度升高的趋势。下面是2005年～2007年间8月1～12日的#1机组海水温度等相关的统计数据，见表2。

表2

从2004年7月二期机组的依次投产，海水温度逐年增加趋势有所加快，2008年海水温度上升幅度为1.3 ℃。最高海水温度也存在逐年升高趋势。

2.2 海水温度超过夏季设计温度时对机组的影响

根据汽轮机夏季的设计工况，在海水温度在33 ℃或背压为11.8 kPa时，一般控制机组排汽温度在50 ℃以下，机组可发额定功率300 MW。海水温度高于33 ℃时，对机组将受限制。如：2007年8月10日海水最高温度达到37.7 ℃，两台机组的负荷均降到230 MW。下面是2号机组当天15∶23的运行数据，见表3。

表3

2008年7月18日海水最高温度达到38.5 ℃。两台机组的负荷分别降到190 MW和180 MW。

2.3 原因分析

当二期工程投产后，该海湾中又增加了15万m3/h(冬季)～30万m3/h(夏季)的流量排出，加上一期的排水，温热水比例明显增大，而一期取水口消失的水量仍维持原来状况，这样该海区又增加了一个定向流场。根据相同的道理，产生了一个新的温排水流道。与原来一期的温排水流道，共同影响一期的取水温度加剧了循环水进水温度升高的趋势，如图2所示。

图2 二期工程投产后循环水温升高变化示意图

3 导致循环水温度升高的主要原因

根据生产过程中能量守恒定律，在暂不考虑三期工程的情况下，一二期机组年发电200亿度左右，年耗标准煤660万t左右，根据发电效率估算，除了向电网供电消耗的热能，以及排烟和散热向大气排放热能外，有一半以上的热能排向海洋，每天将有1万t左右的标准煤发出的热量，经循环水排水带出，百分之百地用于加热六里湾的海水，这是导致循环水温度上升的根本原因。

在二期工程投产前，循环水温度上升的现象极少，这是因为循环水温度上升的变化比较缓慢。随着时间的推移，加上各种因素，如最低潮位、高负荷、环境温度高、海洋性气候、独特的地理位置等合并在一起，影响到机组的出力或安全时，使该问题的解决显得更加紧迫。

4 循环水温度升高对机组安全性和经济性的影响

现在全年中，每天二次的低潮位时基本都会发生循环水温度上升的情况，在天文低潮或气温异常的特殊情况下，将会出现机组被迫降出力情况，2005年夏天曾出现过几次。

循环水进水温度的升高，不仅影响迎峰度夏期间机组的安全性和可调性，限制机组的高峰出力，还将在全年内对一期机组的经济性造成较大影响。按循环水温度比2000年上升了2.7 ℃计算，一期供电煤耗可增加2 g/kWh。每年多耗标煤约8 600 t。而且这一损失将随循环水进水温度进一步增加。如今后影响到二、三期机组的经济性，这一影响将会更大。

5 消除循环水温排水对取水温度影响的初步设想

5.1 临时方案

在一、二期取水口和排水口之间，建一挡水堤，使取排水之间起到初步隔离作用：如图3所示：循环水取排水挡水隔离墙示意图。

图3 临时方案

(1)使一、二期排水口排出的回水，延挡水堤导向漫流入海。

(2)使来自深水区的冷水自然流到一、二期取水口，

(3)挡水堤的初步要求：

①挡水堤结构

挡水堤请水利专家根据水利工程设计规范设计，建议采用常用的人工护面块体(四脚锥体、四脚空心方块、扭工字块体、扭王字块体)、石笼、大块石等，形成档水堤主体，防止台风季节大浪冲跨挡水堤。再用小块石适当填实空隙，形成挡水面。坝顶高于低潮位时的水面1～2 m，可低正常水位。堤坝不一定建成坚固的实体，以降低工程的成本。在这区域的堤

坝的密度可以适当增加，以在目前的排水和取水区间的中间地带，形成有效的挡水面，尽量减少温排水对堤坝的穿透，迫使流向右侧，形成新的自然流道。

②挡水堤内流道疏峻

对挡水堤内的流道进行适当疏峻，清除大块石块、挡水物体等，有助于自然流道的形成。

③可能出现的问题有：

a.在挡水堤外侧和码头内侧可能产生淤积，需定期清淤。

b.一二期温热排水有可能对二期取水温度有轻微影响，时间一长可能会逐步显现。特别是三期工程投产后，影响会增加。

5.2 建立专用排水通道

5.2.1 专用排水通道方案

在一～三期取水口内側，沿着于海岸平行位置建一永久性围堤，形成专用排水通道，使取排水彻底隔离。使一～三期排水口排出的回水，沿海岸方向与海潮方向平行顺流到下游处漫流入海。使来自深水区的冷水自然流到一～三期取水口。

5.2.2 围堤的初步要求：

围堤结构：围堤请水利专家根据水利工程设计规范设计，坝顶与海堤基本一致，有抗台风能力。长远考虑可在围堤内发展温水养殖业。

5.2.3 围堤内流道疏峻

对围堤内的流道进行适当疏峻，清除大块石块、挡水物体等，有助于自然流道的形成。

5.3 对策

(1)围堤应尽量靠近岸边建立,只要能够将一、二期排出的温排水围入，距排水口保持些距离以防止排出的水流对围堤的冲刷。这样在吃水较浅施工难度较小,投资也可节省。

(2)对围堤内的流道进行适当疏峻，清除大块石块、挡水物体等，有助于自然流道的形成。

(3)对围堤外海底的三个可能淤积的区域的清淤情况进行监测和定期清淤，特别是在三期码头区域，在三期码头投产前，应加强监测。根据清淤物特点，建议租用采沙船进行清除清淤的沙石，其附产品是建筑也较紧俏的原材料，可作为三产向市场出售，即可变害为利，又能增加收入。另外，考虑到海沙因含盐量较高，市场需求较少，价格明显低于市场紧俏的河沙的情况，可考虑增加一套洗沙系统，以满足市场需求，增加其附加值。