火電廠供水系統方案選擇研究

韓敬欽，王愛玲

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013）

0 引言

山東沾化電廠地處山東沾化縣境內，老廠2×135 MW+2×150 MW 4臺機組循環水采用直流供水系統，從電廠附近的徒駭河取海水，排水通過1 km的暗溝和2 km的明渠排至潮河入海，老廠距徒駭河入海口約60 km。徒駭河現狀低潮位取水流量約為20 m3/s，老廠4臺機組滿負荷運行徒駭河引水基本滿足要求。

沾化縣淡水資源缺乏，只能利用徒駭河海水，徒駭河屬于海河流域，源于河南省南樂縣，在沾化縣煙袋溝于秦口河匯流套兒河入渤海。老廠址斷面上游約2 km建有花家壩上閘，壩上閘為徒駭河最末的一級攔河壩。

新建工程是在老廠下游約22km擴建2×1000 MW機組，利用比鄰徒駭河的優勢，循環水為徒駭河海水。循環水取排水工程布置原則應盡量減小取水口離海區河口的距離，距離越小則取水保證率越高，風險越小，同時取排水工程量也相應減小。從總體工程量和外圍條件考慮，工程2×1 000 MW機組循環冷卻水系統擬考慮兩個方案進行比選，方案一為帶海水冷卻塔的循環供水系統，方案二為海水直流供水系統。

1 帶海水冷卻塔的循環供水系統

工程安裝2×1 000 MW凝汽式汽輪發電機組，夏季和春秋季循環總水量為56.16 m3/s，冬季循環總水量為46.20 m3/s。

冷卻塔布置在主廠房A列外，設1座循環水泵房，每臺機配3臺循環水泵，循環水泵房至汽機房凝汽器的循環水進水管和自凝汽器回冷卻塔的循環水回水管采用鋼管。母管管徑為DN3600，支管管徑為DN2600。

根據循環水系統的初步優化計算結果［1］，推薦每臺1 000 MW汽輪發電機組配1座12 000 m2逆流式雙曲線自然通風冷卻塔。

冷卻塔塔內進水為單條3.6 m×3.6 m鋼筋混凝土壓力溝道，配水系統的布置為單豎井向全塔供水。內、外圍水槽分區供水，主水槽呈十字型分布，內圍面積占全塔面積的40%。主水槽在一個直徑方向為單條主水槽供外圍區配水，在正交的另一個直徑方向，主水槽成雙層布置，上層供內圍區配水，下層供另一部分外圍區配水，外圍水槽在進口處裝有啟閉機和閘板控制。

循環水系統流程為：循環水泵→液控蝶閥→循環水壓力進水管→凝汽器及輔機→循環水壓力回水管→冷卻塔→回水溝→循環水泵房前池→轉刷網蓖清污機→循環水泵。

循環水泵擬采用立式斜流泵 （轉子可抽出式），推薦采用循環水泵的技術規范如下：流量Q＝9.36 m3/s；揚程H＝30 m；電機功率N=3 600 kW；電機電壓V=6 000 V。

2 直流供水系統

2.1 取、排水條件

工程安裝2×1 000 MW凝汽式汽輪發電機組，夏季和春秋季循環總水量為56.16 m3/s，冬季循環總水量為46.20 m3/s。

沾化電廠2×660 MW機組擴建工程廠址在沾化老廠，循環水擬采用直流供水系統，循環水取自壩上閘下的徒駭河，排水至潮河。可行性研究階段所做的專題報告［2-6］中論證的取水流量基于老廠原（2×135 MW+2×150 MW ）+擴建2×660 MW機組總共66.62 m3/s，與現有老廠2×150 MW機組+本期工程2×1 000 MW機組總取水量68.04 m3/s基本相當（老廠2×135 MW機組已停），且均是從徒駭河取水，排至潮河，雖然上述各試驗研究基于的取水口位于現濱海廠址取水口上游22 km的老廠位置，但區間無較大支流入匯，距入海口也較遠，流量基本沒有增加。因此，若不考慮老廠擴建2×660 MW機組，可以判斷，上述山東沾化電廠2×660 MW機組擴建工程的各項試驗報告的論證結果均可不同程度的利用到本期2×1 000 MW機組工程，特別是對于廠址下游河段的過水能力的分析（偏有利）和溫排水數值模擬研究報告（偏不利），更可全部應用于本工程中。

（1）取水條件。

根據擴建工程數值模擬研究成果［7］，在東風港97%低潮位過程控制下，取水口最低水位為-1.57 m，過流面積20 m2左右，根據電廠的運行現狀及相關的資料，徒駭河現狀低潮位老廠處取水流量約為20 m3/s。經初步分析，考慮本期工程取水引起的上游過水能力的減少，工程廠址至老廠河段的過水能力也基本能滿足老廠現有2×150 MW機組的最大取水量為11.5 m3/s的要求。

工程2×1 000 MW最大取水流量56.54 m3/s，廠址取水口位于原電廠取水口下游。根據論證結果［8］：電廠在取水流量66.62 m3/s時，壩上閘下游25 km以內河道需開挖為底寬30 m、底高程-4～-5 m、兩岸邊坡1：6的斷面，總開挖量約220～250萬m3，在東風港97%低潮位情況下的取水口前最低水位-1.68 m，可以滿足電廠取水水量要求。

結合上述論證結論，滿足2×1 000 MW工程取水量的要求，只對廠址下游最大約4 km的河段開挖疏浚即可，工程廠址至老廠河段的過水能力可滿足上游電廠2×150 MW機組取水的要求。電廠取水運行5年后，開挖河道會淤積116萬m3，最大淤積厚度1.75 m，年平均淤積厚度0.35 m。當泥沙淤積引起河寬小于開挖寬度時，就需采取相應的清淤措施，防止水位降至設計水位以下。同時在下一階段將對取水口局部泥沙沖淤進行試驗研究，以便提出具體的清淤措施。

（2）排水條件。

工程排水口處河段規整，堤壩完整，河寬270～300m，深5～6m，河道可利用過流面積均不足300 m2。數值模擬研究［7］的計算結果如下：

目前潮河電廠排水河段行洪能力較低，在河口1%高水位下，即使不考慮電廠排水，河道行洪能力也達不到二十年一遇 （P=5%，Q=354 m3/s）標準，河道必須進行開挖。

二十年一遇洪水與電廠最大排水量（Q=66.62 m3/s）疊加，河口水位為1%高潮位情況下，從電廠排水口下游到潮河季美閘下游30 km河段需開挖為底寬18 m漸變為40 m，底高程-2.0 m，距季美閘30～50 km河段開挖為底寬40 m漸變為45 m，底高程-2.0 m總開挖量約390萬m3。

百年一遇洪水（Q=502 m3/s）與電廠最大排水量（Q=66.62 m3/s）疊加，河口水位為1%高潮位情況下，從電廠排水口下游到潮河季美閘下游50 km河段需開挖為底寬40 m漸變為50 m，底高程-2.0 m過渡到-2.5 m，總開挖量約660萬m3。

在潮河設計防洪流量（Q=380.6 m3/s）與電廠最大排水量（Q=66.62 m3/s）疊加，河口水位為1%高潮位情況下，從電廠排水口下游到潮河季美閘下游30km河段需開挖為底寬18 m漸變到45 m，底高程-2.0 m，距季美閘30～50 km河段開挖為底寬45 m，底高程-2.0 m，總開挖量約438萬m3。

潮河排水采用堤防加高與河道開挖疏浚相結合方案的土方量較省，同時，電廠排水口水位7.05 m，與潮河設計防洪流量、電廠不排水時的水位相近，電廠排水不會引起上游水位的附加雍高。

雖然工程排水口距離上述實驗研究的排水口下游約為22 km位置，但要滿足潮河百年一遇防洪流量（502 m3/s）與電廠最大排水量（Q=66.62 m3/s）疊加后的泄洪能力要求，仍需對潮河河道進行適當的開挖疏浚或對堤防進行加高。但潮河開挖疏浚后，河道行洪時，電廠排水口附近斷面平均流速大于河床泥沙流速，河道會產生較嚴重的沖刷，需考慮適當的防護措施，以保證電廠的排水口安全。

2.2 取、排水方案

取水方案。循環水泵房布置在徒駭河堤壩外，徒駭河河道較淺，主槽深度在97%低潮位下約1.0 m左右，利用泵房上下游約100 m灘地挖作為泵房前池，開挖深度-4.00 m左右，用壩下涵洞作為引水頭部，涵洞前沿與壩角齊平，涵洞出壩后用暗溝引水至泵房。P=97%的低水位為-1.71 m，P=99%的低水位為-1.78 m，涵洞頂標高-1.90 m，底標高-3.90 m。宋家莊廠址處徒駭河P=1%水位5.00 m，濱海廠址處徒駭河P=1%水位4.60 m。循環水通過壓力循環水管送至廠區。

排水方案。循環水排水系統擬采用暗溝的形式排至潮河；從虹吸井至潮河的排水溝擬為3.5 m×3.5 m鋼筋混凝土暗溝，每機一條。暗溝與潮河連接處用明渠降低水深、消能、導流引入潮河，暗溝長度9 km。沾化電廠老廠廠址處向下游移動15 km處潮河P=1%水位3.20 m（根據模型試驗所得）。根據數值模型及物理試驗研究［9］，廠址下移后，潮河河段的高溫升區范圍有所減少，海域的熱影響范圍相應增大。漲潮時受海水的稀釋影響較大，全潮平均的高溫區范圍有所減小。原排水口下游15 km河段全潮平均溫升大潮為1.0～2.0℃，小潮為3.0℃。

循環水泵及泵房。循環水泵房擬布置在河堤外，兩臺機組共用一座循環水泵房，泵房內安裝6臺循環水泵。每臺水泵流道順水流布置為：鋼閘板門—攔污柵—旋轉濾網—循環水泵—液控蝶閥。其中6個攔污柵共用一臺移動式清污機。根據循環水量及初步的水力計算結果，循環水泵擬采用立式斜流泵（轉子可抽出式），推薦采用循環水泵的技術規范如下：流量Q＝9.42 m3/s；揚程H＝24 m；電機功率N=3 400 kW；電機電壓V=6 000 V。從循環水泵房到主廠房的循環水壓力管道，直徑擬為DN3800，材質為Q235A，同時擬采用犧牲陽極及涂料聯合保護，每機配一根。

3 供水系統方案比較

帶海水冷卻塔的循環供水系統，相對運行水溫較高，運行背壓也較高，煤耗比直流供水系統也增加；直流供水系統由于循環水利用自然水溫冷卻，相對水溫較低，運行背壓也較低，煤耗相應也降低。采用方案一，由于海水補水量較少（約7340 m3/h），徒駭河現狀流量可滿足電廠需要；采用方案二，由于海水取、排水量較多，徒駭河和潮河均不能滿足要求，徒駭河需開挖，潮河需開挖并加高。電廠周圍有鹽場、農田等，結合城市規劃要求，電廠排水需采用暗溝方式，不宜采用明渠。

采用帶海水冷卻塔的循環供水系統的布置方案，現狀河道滿足取、排水要求。對于采用直流供水系統方案，通過折算，在滿足電廠取水要求的前提下，徒駭河開挖量約40萬方，潮河在滿足百年一遇防洪流量與電廠排水流量疊加后的泄洪能力的條件下，開挖量約370萬m3。

根據工程兩個方案的取排水條件，對采用帶海水冷卻塔的循環供水系統（方案一）與海水直流供水系統（方案二）的投資進行了初步比較，詳見表1。

表1 循環水系統方案投資初步比較表 萬元

上述方案比較，未計列兩方案投資基本相同的循環水管道、循環水泵房及循環水系統設備的投資費用，徒駭河年清淤費用即根據相關工程估列。

綜上所述，循環水系統初投資方案一比方案二少19 918萬元，考慮年費用方案一比方案二少1 563萬元。由于潮河地處濱州、東營兩地市的交界處，潮河施工也有很大難度；另外，結合研究成果［9］，考慮到電廠溫排水會對近海域海洋生態環境、海洋生物養殖等產生一定的影響，經綜合考慮，推薦循環水系統采用方案一：帶海水冷卻塔的循環供水系統。

4 結語

采用帶海水冷卻塔的循環供水方案不僅最大限度的利用了當地的自然資源——海水，更減少了對環境的影響，保護了當地的原生態，做到社會與企業雙贏。采用此方案，也為沿海電廠循環水供水系統提供了另一種選擇。