330 MW機組空壓機冷卻水系統改造

王家明，劉立寧

（1.山東南山鋁業股份有限公司東海熱電廠；2.煙臺南山學院工學院，山東煙臺 265713）

引言

1 空壓機冷卻水系統存在的問題

空壓機是熱力發電廠的重要輔助設備，其主要作用是產生壓縮空氣供熱電廠各用氣設備和系統使用。在空氣壓縮過程中，會對外釋放大量熱量，從而引起空壓機溫度升高。為保證空壓機正常運行，需及時對其進行冷卻降溫［1］。傳統的空壓機冷卻方式有水冷和風冷兩種方式，熱電廠空壓機通常采用水冷方式。空壓機采用水冷，冷卻水的水質、溫度和壓力都會對冷卻效果產生影響［2-3］。冷卻水水質差，易造成空壓機冷卻器故障，進而引起機組非計劃停機［4］。對某熱電廠空壓機冷卻水系統進行改造，將空壓機冷卻水由工業水改為閉式除鹽水，并為其設計一套獨立的閉式冷卻水系統，以保障機組安全穩定運行。

某熱電廠三期為3臺330 MW機組（分別標記為#5、#6、#7 機組），其空壓機采用水冷方式，冷卻水設計為工業水。運行過程中由于工業水水質較差，經常造成空壓機后冷卻器及油冷卻器堵塞、銅管腐蝕漏油，嚴重時不到5個月就需要更換一次，給機組的安全穩定運行帶來隱患。

為解決上述問題，將空壓機冷卻水由原來的工業水改為閉式除鹽水，引自三期#7 機組閉式水系統。試運中發現，因空壓機冷卻水用量較大，造成閉式水系統壓力波動，危及原閉式水系統設備安全穩定運行。因此需對空壓機冷卻水系統進一步改造，為空壓機新上一套閉式冷卻水系統，獨立運行。

2 空壓機冷卻水系統改造方案

2.1 開式循環水設計

空壓機冷卻水泵房系統如圖1所示。該泵房距離三期空壓機房260 m，靠近相鄰氧化鋁廠高溫回水冷卻水（海水）母管，可以利用海水作為空壓機換熱器冷卻水使用［5］。開式海水取自#5、#6、#7 機組，設計海水用量1 200 t/h。閉式水管道利用原有管道，該管道已接至#7 鍋爐C 中速磨北側，距離新泵房僅65 m。

圖1 空壓機冷卻水泵房系統圖

2.2 閉式冷卻水設計

泵房閉式冷卻水（除鹽水）引自三期#7 機組閉式水系統。補水箱選擇2 m3水箱，箱內設置液位自動控制補水裝置。補水取自汽輪機閉式水補水母管，因補水量小（補水量按1%計，為1.2 t/h），且為開式補水，除鹽水滿足補水要求，且不影響其他機組正常運行。補水泵間斷運行，根據定壓點的壓力，利用壓力控制器來控制泵的啟動與停閉。補水泵型號選擇ISG 50-160型，其功率為2.2 kW。

空壓機工作時要求冷卻水溫度不高于46 ℃，流量不小于21.6 m3/h；水冷式冷凍干燥機冷卻水量不小于14 m3/h。某熱電廠三期空壓機房共有6臺空壓機，3臺水冷式冷凍干燥機和3臺吸附式干燥機。正常運行時，除1臺空壓機備用外，其余設備均投入使用。因此，正常運行時共需冷卻水量150 m3/h。

由《鍋爐房實用設計手冊》可知，介質允許流速為2.5 m/s，經計算其管道內徑為146 mm，故選擇DN150 的管道。因現已安裝DN200 的管道，可滿足改造后冷卻水使用需求，因此利用原有管道，不再另行鋪設。

若管道阻力按100 Pa/m 計算，則管道的沿程阻力為2.6 m；經計算彎頭阻力為1.9 m，則總阻力為4.5 m。空壓機要求冷卻水壓力不大于0.32 MPa，這里選擇0.3 MPa，因此循環水泵總揚程需大于34.5 m。若選擇流量系數為1.15，則循環水泵的流量為172.5 m3/h。

根據以上參數，選擇型號為ISG125-200的循環水泵，其參數指標如表1所示，滿足機組運行要求。

表1 循環水泵參數指標

2.3 換熱器設計

根據《DL 5000-2000 火力發電廠設計技術規程》，空壓機閉式冷卻水系統設置2臺約65%換熱面積的熱交換器，既可以滿足大修期間堵管的要求，又可以滿足全年只需一臺運行、一臺備用的需求。單臺空壓機閉式冷卻水熱交換器設計時要考慮通過全流量冷卻水，因此設計時應保證有足夠的換熱面積。

本系統設計采用2 臺大流量臥式管殼式換熱器。其開式海水管道取自#5、#6、#7 機組循環水管道，為保證通過換熱器后的開式水仍有足夠壓力滿足其后的氧化鋁高溫回水冷卻站內換熱器的使用要求，換熱器設計的開式水壓頭損失應降到最低，因此換熱器選用單程型式。換熱器全流量參數如表2所示。

表2 換熱器全流量參數

3 空壓機冷卻水系統控制與運行

3.1 循環水泵聯鎖控制系統

閉式系統設置2臺循環水泵，一用一備，一臺跳閘時，另一臺應立即啟動。循環水泵A 及其出口電動門聯鎖控制邏輯如圖2和圖3所示。

圖2 循環水泵A控制邏輯

圖3 循環水泵A出口電動門聯鎖控制邏輯

當循環水泵聯鎖投入時，循環水泵B 跳閘或循環水泵B 運行且閉式水母管出口壓力＜0.45 MPa時，發5 s 脈沖，聯啟循環水泵A。循環水泵A 接觸器合位延時10 s后發5 s脈沖，啟動循環水泵A 出口電動門。

循環水泵B 及其出口電動門聯鎖控制邏輯與A泵相似，不再贅述。

3.2 補水泵聯鎖控制系統

補水泵設置2 臺。補水泵間斷運行，利用壓力控制器來控制泵的啟動與停閉。當閉式水回水壓力低于定值時，補水泵聯啟；當閉式水回水壓力高于定值時，補水泵聯關。補水泵A 聯鎖控制邏輯如圖4所示。

圖4 補水泵A聯鎖控制邏輯

當補水泵聯鎖投入時，補水泵B 跳閘或補水泵B 運行且冷卻器入口壓力＜0.03 MPa 時，發5 s 脈沖，聯啟補水泵A。當冷卻器入口壓力＞0.15 MPa時，發5 s 脈沖，聯關補水泵A。補水泵A 接觸器合位延時10 s 后發5 s 脈沖，聯啟補水泵A 出口電動門。該過程與循環水泵A出口電動門聯鎖控制邏輯相同。

補水泵B及其出口電動門聯鎖控制邏輯與補水泵A類似。

3.3 補水箱液位控制系統

補水箱液位控制邏輯如圖5所示。補水箱內設置液位自動控制補水裝置，當補水箱液位低于1 000 mm 時，補水電動門開啟；當補水箱液位高于1 300 mm時，補水電動門關閉。

圖5 補水箱液位控制邏輯

4 效益分析

該項目設備費用35 萬元，包括2 臺換熱器、2 臺循環水泵、1臺補水箱、2臺補水泵及其配套管道、閥門和控制系統。土建費用約6萬元，安裝、調試費用5萬元。

改造完成后其經濟效益顯著：

（1）節水費用：按每年一次冷油器漏油，則工業水水中進油，無法處理，浪費水為1 600 t，按照3.8元/t，每年節水費用1 600×3.8=6 080元。

（2）節約設備費用：2014 年10 個月三期空壓機共更換1 個油冷器和8 個后冷器。改造后每年可節約設備費用：9×2.7萬元×12/10=29.2萬元。

（3）投資回收期：（35+6+5）/（0.608+29.2）=1.55年。

（4）后期運行費用：本系統中循環水泵和補水泵運行方式均為一運一備，循環水泵電機功率37 kW，補水泵電機功率2.2 kW。由于采用閉式水運行（水源為電廠除鹽水），只要不泄漏則無需補水，故補水泵基本不用，其運行費用可忽略不計。循環水泵按1 年365 天運行，則耗電37×24×365=324 120 kWh，每度電按廠用電價格0.3 元/kWh 計算，則每年運行費用324 120×0.3=97 236元。

5 結論

空壓機采用獨立的閉式（除鹽水）冷卻水系統，能夠減少空壓機后冷卻器及油冷卻器的堵塞現象，避免管道腐蝕漏油，保障機組安全穩定運行。同時，空壓機換熱器利用海水進行冷卻，并將冷卻后的海水進行二次利用，有利于保護環境和提高電廠經濟效益。該方案可為濱海熱電廠相關系統改造提供借鑒。