循环冷却水系统设备高位布置探讨

张华仙

（中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司，山西 太原 030001）

0 引言

某电厂安装2 台300 MW 抽汽、凝汽式空冷供热机组，配置2 台1 164 t/h 亚临界参数煤粉锅炉。2 台机组分别于2009 年12 月、2010 年1 月投入商业运行。2012 年7 月，该电厂对1 号机组进行了乏汽供热改造，增设了2 台表面式凝汽器。机组在冬季采暖期间运行时，汽轮机排出的乏汽全部进入增设的表面式凝汽器，对热网循环水进行加热。

为了降低机组煤耗，增加发电量，该电厂对1 号机组的直接空冷系统进行尖峰冷却改造。即在夏季高温时段，利用1 号机组供热改造时增设的表面式凝汽器、排汽管道等，通过再增设机械通风冷却塔等对汽轮机排出的一部分乏汽进行冷却，从而提高机组度夏能力，降低发电煤耗，保障机组的安全性和经济性。

1 改造内容

本次对1 号机组空冷系统进行尖峰冷却改造，利用了1 号机组供热改造时增设的表面式凝汽器、排汽管道等系统，通过再增设机械通风冷却塔、循环水泵、循环水管道等，对汽轮机排出的一部分乏汽进行尖峰冷却，以达到降低汽轮机排汽压力的目的。

本次对空冷系统进行尖峰冷却改造，实际上是增加了一套湿式循环冷却水系统。常规的湿冷系统由凝汽器、循环水泵、循环水泵吸水池、冷却塔、冷却塔集水池组成，详情见图1。

图1 常规循环冷却水系统图

湿冷系统的冷却装置一般有自然通风冷却塔或机械通风冷却塔2 种，本次改造受到场地条件的限制，采用了机械通风冷却塔。结合已有的空冷系统及乏汽供热系统，本次尖峰冷却系统的改造流程见图2。

图2 尖峰冷却系统图/乏汽供热系统图

2 改造容量及设备

空冷尖峰冷却系统改造容量主要受电厂建设用场地条件的限制，同时需要考虑电厂目前的实际运行情况，以及热网循环水管路系统及表面式凝汽器管路系统等情况。本次改造经综合分析并通过计算后，确定尖峰冷却系统循环水量按6 000 m3/h 考虑，对应的冷却汽轮机排汽量约150 t/h。

当排汽量150 t/h，冷却幅度15 ℃（循环冷却水温度由33 ℃升至48 ℃，温升15 ℃） 时，循环冷却水量6 000 m3/h。

根据循环冷却水量，循环水冷却系统配置了1 台循环水泵、3 格机力通风冷却塔和1 条循环水供水管道。

循环水泵选卧式离心泵，流量为6 000 m3/h，扬程为25 m，布置在已有的热网站内。

机力通风冷却塔选用3 格结构，每格冷却塔淋水面积13×13 m2，淋水密度11.8 m3/（m2·h）。风机采用d8 000 mm 玻璃钢轴流风机，设计风量130×104m3/h。

3 系统布置

该电厂建设时，为了充分利用场地，地下设施以直埋为主。同时，由于前期已经进行了供热改造，使厂区地下设施布置比较复杂。本次尖峰冷却系统改造的地上、地下设施布置较为困难。

根据该电厂基本情况，本次改造增设的机力通风冷却塔布置在现有的蒸发冷却器西侧，架空布置。尖峰冷却系统表面式凝汽器利用现有的热网改造所增设的表面式凝汽器（位于直接空冷平台下方），新增的1 台循环水泵布置在现有的热网站内，新增设的循环水管道接至现有热网循环水进出凝汽器的热网循环水管道上，采用架空与地埋相结合的敷设方式。

3.1 机力通风冷却塔布置

本次改造增设的机力通风冷却塔架构采用框架结构，横向共4 跨，柱距3.25 m，宽度共13 m；纵向12 跨，柱距3.25 m，12 跨共39 m 长；每4个柱距13 m 支撑1 台风机。冷却塔按3 个13 m×13 m 的单元一字排开，共3 个单元。

冷却塔布置在现有的蒸发冷却器西侧、生活污水处理设施的东侧。由于周围建筑物对冷却塔进风有影响，因此冷却塔采用架空布置，冷却塔安装在集水池顶部。由于冷却塔一侧的生活污水处理间高6.3 m，因此将冷却塔集水池顶标高定为6.55 m，高出生活污水处理间0.25 m。同时，冷却塔集水池顶即冷却塔进风口底距冷却塔填料托架底面高度为3.13 m，满足了冷却塔进风的要求。

3.2 集水池布置

常规的湿冷系统冷却塔水池为地下或半地下设置。但是，由于在冷却塔架构范围内有部分管道需要改线，有2 条电缆沟道需要保留，致使集水池不能以地下或半地下形式设置，而是采用架构将水池托起，形成高位布置。冷却塔集水池底标高为4.4 m。

3.3 吸水池布置

一般循环水泵吸水池随循环水泵均为地下布置。本次改造，不增设循环水泵房，循环水泵布置在现有的热网站内，而热网站外没有布置循环水泵吸水池的位置。因此，循环水泵的吸水池与冷却塔的集水池共用一个平台，布置在集水池的南端，即机力通风冷却塔的平台向南多布置出一跨的间距，用于支撑循环水泵的吸水池。

3.4 循环水泵的布置

通常选用具有较大允许吸上真空高度的水泵，尽量使泵房布置成地面式，以节约投资和方便运行管理；如水泵采用吸水水位较低或水泵允许吸上真空高度较小以及需采用自灌式启动的水泵时，泵房常布置成半地下式或地下式。

在电厂中，一般循环水泵采用地下布置。本次改造，一方面由于循环水泵布置在现有的热网站内，而热网站的热网循环水泵均为地上布置。因此，本次改造新增的循环水泵也采用地上布置。另一方面，由于循环水泵吸水池采用高位布置，使得循环水泵进水为正压进水，也为循环水泵采用地上布置创造了条件。

由于循环水泵吸水池为高位布置，因此在水泵启动、停运时将会产生水锤力。在改造设计阶段，对水泵在不同的启、停工况下进行了水锤力的计算。经过计算，最大水锤力为5 263.64 N，满足水泵及管道的承压能力。

4 系统运行效果

该电厂空冷尖峰冷却系统改造于2015 年投运，整个尖峰冷却系统/循环冷却水系统运行平稳，在水泵启动、停运时，没有发生水锤力对水泵的危害。在夏季运行工况，当投入空冷尖峰冷却系统时，系统运行平稳，机组排汽压力有明显的降低，汽轮机运行排汽压力可由改造前的32 kPa降至23 kPa，降低约9 kPa，从而降低了发电煤耗，达到了预期的效果。同时，在冬季采暖期，尖峰冷却系统停运后，对现有的供热系统没有任何影响。

5 结论

该电厂利用现有的供热系统部分设备和管道，进行空冷尖峰冷却系统改造，即增设了一套循环冷却水系统，通过对汽轮机排出的一部分乏汽进行冷却，提高了机组的度夏能力，降低了发电煤耗，保障了机组的安全性和经济性。

该电厂尖峰冷却系统的部分设施及设备利用了现有供热系统的部分设施及设备，使这些设施和设备得到了充分、有效的使用，增加了电厂设备的利用率。部分设施及设备采用高位布置，根据现有场地进行合理的布置，可以降低由于水池高位布置引起的水锤力对水泵及管道产生的不良影响，保证系统的安全运行。同时，部分设施及设备采用高位布置，减少了占地面积，减少了地下设施的拆除工作，对电厂改造和场地较为紧张的新建电厂有一定的借鉴作用。