350 MW间冷机组循环水系统除盐水回收利用

李晓鹏，田平，桂景海

（酒钢集团宏晟电热有限责任公司，甘肃嘉峪关，735100）

1 前言

某4×350 MW 间接空冷火电机组，位于西北地区的甘肃省内，属于西北、东北和华北地区的“三北”地区，据可靠统计，“三北”地区的淡水资源在国内占比为16%［1］，该厂在设计期间，按照国务院《能源发展“十二五”规划纲要》要求，将“节能降耗”列为设计的主要约束性指标，研究了间接空冷技术对水资源的消耗，据统计，以空冷、间接空冷技术为冷却方式的大型火电机组，一年的水资源消耗仅为直接水塔冷却的机组15%至25%［2］，水资源的保护效应十分明显，故该厂采用了间接空冷技术，配置为单机单塔，间接空冷设计见图1［3］，布置方式见图2。

图1 间接空冷设计图

图2 布置方式

该厂采用的间接空冷系统属于表面式凝汽器、间接散热系统，配有大量铝管铝翅片、集装管束组成的散热器，主要构筑物仍为钢筋混凝土自然通风冷却塔。该系统的工作原理是：汽轮机的各级排汽进入凝汽器后，在凝汽器内部与循环冷却水进行热交换，循环冷却水带走凝汽器内部的蒸汽热量，使蒸汽凝结，然后循环水经过3 台循环泵进入到间接空冷塔的铝管铝翅片散热器内部的管束内，通过管束的管壁与自然空气进行相反的热交换，整个热交换的过程中，冷却水介质与自然空气不直接接触，在一个密闭循环的系统内，采用冷却水密闭循环的形式进行热传递，大大减少了水资源的自然蒸发，达到节水环保的目的［4］。其工作原理见图3。

图3 工作原理

2 间接空冷系统现状分析与系统梳理

2.1 间接空冷系统现状分析与存在问题

间接空冷系统存在2 个约束性问题：一是因其基本换热元件是铝管铝翅片管束组成的散热器，铝管铝翅的管束规格为φ25×1 mm，材质为Al铝，数量有107.75 万个，见图4，其管束管壁很薄，且Al 铝材质极易受水资源内部杂质的污染、腐蚀，故水资源必须采用除盐水，防止污染结垢，在运行过程中，必须时刻监护pH 值，pH 需控制在9.2～9.6 以内，若pH超标，则会造成管壁腐蚀；二是在冬季低温环境下，若停机检修，系统内必须将除盐水排放干净，以防止管道冻结、冻裂。针对以上问题，每次机组检修均执行系统内水介质排放工作，并且为了控制pH值，在停机期间执行排放-充水-冲洗-再排放工作，经计算，该厂4 台机组间接空冷系统内除盐水排放量为57 288 m³/a。因在基建期间，未设计中水系统，故该厂上述除盐水的排放为直排，造成了水资源浪费，必须对该系统进行研究，对直排的除盐水进行回收再利用。

图4 铝管铝翅片散热器

2.2 间接空冷系统除盐水管路梳理

查阅该厂间接空冷系统图纸以及除盐水制水、供水系统图纸，其水资源系统流程为：水源来水→水处理制水→除盐水补水至间冷塔地埋水箱→间冷塔内水泵打水至系统→循环泵将系统内水资源打循环，且管道布置均为直埋布置，系统图见图5。

图5 除盐水供水

由系统逻辑可看出，除盐水在补水管路中，与汽机厂房公用母管，属于公用系统，该厂4台机组除不可抗力因素下，无4台机组全停条件，不具备改造条件，若重新设计、安装一套回收系统，工程量较大、投资较大，但考虑除盐水的制水成本、该系统除盐水的直接排放量、与目前国家“节能降耗”的政策要求，必须进行研究、改造、实施，如何以最小的代价、结合现场实际管路布置进行改造。

3 间接空冷系统内除盐水回收研究与实施

3.1 系统改造方案制定

结合现场实际条件，决定在除盐水供水母管至汽机厂房支管路后管道上，采用现有技术“不停输、带压、单开、单封”技术应用，即在除盐水系统不停运、管道密闭状态下，以机械切削方式加工出圆形孔并进行封堵，然后在原管道上加装相应规格的阀门，此过程是在完全封闭的管道腔室内作业，可保证内部除盐水不外漏，系统正常运行不受影响，且系统不受损。在上述技术应用后，如图6所示，对系统改造。

（1）在带压开孔封堵技术应用后，在除盐水供水母管上增加隔离门，在隔离门后，增加一路管道至淡水箱，并加装隔离门，管道利用现场现有管架布置，安装完成后加装保温与外护板，防止冬季冻结。

（2）在间接空冷塔内部的补水管道隔离门前，自塔内水泵供水管路之间引一路回水管道，并加装隔离门，该泵在启停机及系统需补水时使用，正常运行期间停运，具备改造条件。管道铺设完成后，同样进行保温与外护板的安装。

（3）4 台塔改造方案一致。此方案仅仅需要采购足够数量的管道与阀门，改造投入极小，且该厂自备检修力量可承担，不改变原有系统，以极小的代价完成了方案实施。

3.2 系统改造后流程及操作说明

如图6 所示，系统改造后，以#1 机组为例，在机组停机期间，利用原有的间接空冷塔内的水泵提供动力，通过4 台阀门的开启、关闭操作，将新增管道疏通，原有管道封闭，将地埋水箱及系统内的除盐水，回收至淡水箱，或者直接送入需要补水的其他3台间接空冷系统内，在除盐水回收过程中，原有除盐水至汽机厂房管道系统不受影响。需要注意的是，此操作不影响汽机厂房内正常补水，但影响其他3台间接空冷系统的补水，故在操作前，需确认其他3台间接空冷系统的水位情况，应水位合适、无需补水，或需要补水时，直接向需要补水的间接空冷系统进行回收补水。

图6 改造系统

（1）除盐水回收至淡水箱流程：在单台机组停机检修，间冷循环水执行排放工作时，通过该厂SIS系统（实时监控系统），调取运行机组的间冷塔水箱水位页面，确认各间冷塔水箱水位在2 300 mm 以上，此时运行机组的间冷塔无需补水。关闭母管增加的隔离门与间冷塔原有的补水门，开启至淡水箱增加隔离门与间冷塔内增加的隔离门，启动间冷塔内的水泵，将系统内除盐水回收至淡水箱重复利用。

（2）各间冷塔内除盐水互补流程：在单台机组停机检修，间冷循环水执行排放工作时，通过该厂SIS 系统（实时监控系统），确认各间冷塔水箱水位在2 300 mm 以下时，此时运行机组的间冷塔需要补水。将母管增加的隔离门、至淡水箱的隔离门、间冷塔原有的补水门全部关闭，开启需要补水的间冷塔内的补水门，启动停运机组的间冷塔内的水泵，将系统内除盐水打至运行机组的间冷塔内，并实时监控，水位最高补至3 200 mm。

上述（1）、（2）两个除盐水回收流程可以互相穿插，例如：执行（2）流程时，间冷塔内水位已补至最高水位，但仍未回收完成，可将剩余的除盐水采用a流程回收，或者采用（1）流程回收时，淡水箱、除盐水箱已满，且主厂房内已无需补水，可将剩余的除盐水采用（2）流程进行回收。若（1）、（2）两个除盐水回收流程全部执行后仍未回收完成，可停止水处理的制水，在淡水箱、除盐水箱有空间时再进行回收。

4 实施效果与结束语

该厂在上述改造方案以极小的投入实施完成后，有效的将57 288 m³/a 的除盐水进行了回收再利用，避免了水资源的浪费，降低了发电成本，将国家节能减排产业政策要求落实到位，对中国内陆区域的“三北”地区水利资源短缺问题有一定的改善作用，对于同区域、同类型电厂有参考作用。