循環(huán)冷卻系統(tǒng)在電站技術(shù)供水中的應(yīng)用

摘要：水電站由于地理位置及自然條件所限，水中含沙量大，技術(shù)供水不能采用常規(guī)的供水方式時，優(yōu)先采用循環(huán)冷卻供水系統(tǒng)的設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：技術(shù)供水；循環(huán)冷卻系統(tǒng)

1 概述

水電站技術(shù)供水系統(tǒng)對電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，當(dāng)河水水質(zhì)含沙量較大，不能滿足水質(zhì)要求時，需選擇合理的技術(shù)供水方案，以滿足機(jī)組運(yùn)行要求。

2 電站技術(shù)供水方案選擇

電站技術(shù)供水通常有自流減壓供水、自流供水、尾水取水水泵供水，當(dāng)河水水質(zhì)不能滿足技術(shù)供水要求時，可采用密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)供水。

機(jī)組循環(huán)冷卻裝置包循環(huán)水池、循環(huán)水泵、尾水冷卻器及相應(yīng)的管道，其原理是在水電站尾水中設(shè)置冷卻器（熱交換器），利用循環(huán)水泵將機(jī)組冷卻排水通過布置在尾水中的冷卻器將其熱量由尾水帶走，降溫后的冷卻水重新進(jìn)入機(jī)組油冷卻器進(jìn)行冷卻，形成閉式循環(huán)系統(tǒng)，這樣不僅解決磨損問題，同時解決了冷卻系統(tǒng)的堵塞問題。

萬家口子水電站位于北盤江干流上游，云南省宣威市及貴州省六盤水市境內(nèi)，距云南省宣威市約56 km，電站為壩后式電站，電站最大水頭139.6m，額定水頭122.5m，最小水頭98m，單機(jī)容量80MW，總裝機(jī)容量為160MW。多年平均發(fā)電量5.8億kW·h，年利用小時數(shù)為3644h左右，保證出力22MW。電站有不完全年調(diào)節(jié)水庫，在電力系統(tǒng)中擔(dān)任基荷任務(wù)。

本地區(qū)泥沙含量較大，除水土流失嚴(yán)重以外，還因為分布于拖長江、革香河上的幾處洗煤廠長期向河道排放洗煤污水，使大量煤紛隨水流而下，壩址河水呈渾濁黑色。河流含沙量的年內(nèi)分配很不均勻，汛期5~9月平均含沙量為1.85客觀kg/m3，枯水期10~4月平均含沙量0.42 kg/m3，最高6月份2.9kg/m3，最低1月和12月為0.177kg/m3，相差16倍。

3 技術(shù)供水方案的確定

該水頭段的水電站技術(shù)供水通常為壓力鋼管及蝸殼取水自流減壓、頂蓋取水、尾水取水水泵供水、也可打井取地下水。

由于該電站最大水頭139.6m，采用自流減壓供水水頭偏高，技術(shù)及經(jīng)濟(jì)上不合理。該電站河流含沙量的年內(nèi)分配很不均勻，汛期含沙量較高，枯水期含沙量較低，故技術(shù)供水采用頂蓋取水與循環(huán)冷卻技術(shù)供水相結(jié)合的設(shè)計方案，當(dāng)河水水質(zhì)滿足技術(shù)供水要求時，采用頂蓋取水；當(dāng)河水含沙量較高，水質(zhì)不能滿足技術(shù)供水要求時，采用循環(huán)冷卻技術(shù)供水方式。

4 技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計

萬家口電站的主要技術(shù)供水對象為發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承、推力軸承、下導(dǎo)軸承、空氣冷卻器及水輪機(jī)水導(dǎo)軸承，機(jī)組各部冷卻水量如下：

發(fā)電機(jī)空氣冷卻器：420m3/h，水壓為0.15～0.25Mpa，

發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承：20m3/h，水壓為0.15～0.25Mpa，

發(fā)電機(jī)下導(dǎo)軸承：25m3/h，水壓為0.15～0.25Mpa，

發(fā)電機(jī)推力軸承：100m3/h，水壓為0.15～0.25Mpa

水輪機(jī)水導(dǎo)軸承：20m3/h，水壓為0.15～0.25Mpa

4.1 頂蓋取水

為了節(jié)省能源，當(dāng)河水水質(zhì)滿足技術(shù)供水要求時，優(yōu)先考慮頂蓋取水。頂蓋取水隨機(jī)組啟動而自動投入，技術(shù)供水通過電磁流量計及壓力變送器自動控制，當(dāng)頂蓋取水出現(xiàn)故障時，壓力或流量不能滿足要求，循環(huán)冷卻供水系統(tǒng)自動投入。

4.2 循環(huán)冷卻供水系統(tǒng)

當(dāng)河水水質(zhì)不能滿足技術(shù)供水要求時，投入循環(huán)冷卻供水系統(tǒng)。

4.2.1 循環(huán)水泵

1)水泵揚(yáng)程的確定

循環(huán)水泵的揚(yáng)程應(yīng)考慮機(jī)組冷卻器進(jìn)口水壓力、循環(huán)水池水位至機(jī)組冷卻器進(jìn)口高差、管路系統(tǒng)、尾水冷卻器等的水頭損失等，經(jīng)計算，循環(huán)水泵的揚(yáng)程確定為42m。

2)水泵流量的確定

Q=Q1×n1/n2

式中Q1為一臺機(jī)組冷卻水量，n1為機(jī)組臺數(shù)，n2為工作水泵臺數(shù)，n2為2臺，確定循環(huán)水泵流量為Q=680m3/h。

2)水泵的選擇及布置

為了便于運(yùn)行管理及供水的可靠性，節(jié)約廠用點(diǎn)，有利于電站自動化控制，選擇長軸深井泵作為循環(huán)水泵，避免了離心泵啟動充水問題及水泵電機(jī)安裝過低，運(yùn)行環(huán)境潮濕等不安全因素，大大提高供水可靠性，選擇兩臺工作水泵，一臺備用水泵。

4.2.2 尾水冷卻器

尾水冷卻器由于尺寸大，受到尾水的沖擊力及內(nèi)外部水壓力等，因此部件全部采用鋼結(jié)構(gòu)件，金屬管路及尾水冷卻器均采用無縫鋼管，且必須要由專門的壓力容器或金屬結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)廠家制作，特別是防腐必須采用外涂低熱阻防銹、防腐涂料，而不能涂油漆，一利于熱交換。

尾水冷卻器的布置應(yīng)遵循檢修方便和必須在最低尾水位以下避免影響尾水出流、機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的原則。在澆筑尾水閘墩時，必須同時澆筑好安裝尾水冷卻器的牛腿。尾水冷卻器的檢修及安裝可以考慮用尾水門機(jī)起吊。

4.2.3 循環(huán)水池

循環(huán)水池的作用主要是使循環(huán)形成閉式，并可減少冷卻水的波動，循環(huán)水池并不起冷卻作用。循環(huán)水池布置不應(yīng)影響廠房整體結(jié)構(gòu)合理性，且應(yīng)盡可能獲得較大容積。萬家口電站循環(huán)水池布置在廠房下游左側(cè)，不但有利水泵及管路布置，而且使循環(huán)水池容積盡量增大。

4.2.4 循環(huán)水水源及循環(huán)水流向

循環(huán)水的補(bǔ)充取自大壩廊道集水井及地下水井，為雙水源，循環(huán)水池上有溢流管。循環(huán)水的流向采用水池→水泵→機(jī)組→尾水冷卻器→水池，水壓滿足要求。

5 結(jié)語

不同的水電站應(yīng)選取適合自己電站的技術(shù)供水方式，為節(jié)省能源，對于河水水質(zhì)差、含沙量大的電站，循環(huán)冷卻供水方式是一個值得考慮的供水方式，其優(yōu)點(diǎn)在于投資小，效果好，使用方便。

作者簡介:寧全有（1967- ），男，高級工程師，從事水力機(jī)械設(shè)計工作。