第九章 循环水系统及冷却系统

第九章循环水供水及冷却水系统第一节概述在汽轮机中做过功的乏汽排入凝汽器中，为了凝结汽轮机的排汽，冷却汽轮机润滑油、发电器的氢气，以及其他工业、生活用水，发电厂需要大量的冷却水。

因此发电厂就需要供水设备及输送管道，从而组成了发电厂的循环水系统。

循环水系统在全厂各种运行条件下连续供给冷却水至凝汽器，以带走主机及给水泵小汽轮机所排放的热量。

循环水系统还向开式冷却水系统供水。

开式冷却水系统用于冷却对水质要求不是很高的设备。

补给水系统向循环水系统中的冷却水塔水池供水，以补充冷却塔运行中蒸发、风吹及排污造成的损失。

第二节循环水供水系统我厂机组容量为2×350MW，供水系统为带逆流式自然通风冷却塔的单元制循环供水系统，每台350MW机组配1座冷却塔，2台循环水泵。

冷却塔水池出水经循环水沟自流进入循环水泵房进水间，经循环水泵升压后经循环水管送至凝汽器，凝汽器排水经循环水管排入冷却塔冷却，冷却后又进入循环水泵房，循环使用。

中央水泵房压力供水管凝汽器/开式冷却水压力回水管冷却塔冷却塔集水池自流回水沟中央水泵房机组启动前，必须先将循环水系统充满水，再启动循环水泵供水。

即循环水系统运行启动前，必须先充水，亦即将冷却塔水池，循环水泵房进水间、循环水管和凝汽器水室充满水。

两台机组配4台循环水泵，平常或夏季4台运行，冬季3台运行。

图9-1 循环水系统第三节循环水泵循环水泵是为循环水系统提供动力。

目前在国内大型火力发电厂中使用的循环水泵大多为立式混流泵，与以往使用的循环水泵相比，立式混流泵具有如下特点：（1）体积小，重量轻，机组占地面积小，节省水泵房投资。

（2）效率高，泵效率可达80%～90%左右。

高效区较宽，功率曲线在整个流量范围内较平坦。

我厂循环水泵采用湖南湘电长沙水泵有限公司生产的80LKXA-24.1型循环水泵。

水泵型式为立式单支承（一个运行层）湿井式斜流泵，泵与电机直连，水泵出水管位于运行层以下。

泵的转子为可抽式（指转动和导叶体部分）。

循环水压：0.2～0.5 MPa。

1.循环水泵设计工作点：（1）热季工作点（双泵并联运行）每台350MW汽轮机组配2台循环水泵，热季正常运行时为2台泵并联运行，每台泵组的保证工作点为：Q＝5.901m3/sH＝24.1mn＝370r/min≥86%NPSHr=8.8m最小淹没深度=4.0m转动惯量（GD2）=1.3T.m²在保证点的水量、扬程不产生负值的偏差。

在保证点的全扬程的正偏差不超过3%。

（2）冷季工作点（二机三泵运行）冷季或汽轮机组低负荷时，每二台机组运行三台水泵组，此时运行工作点为：Q=6.76m3/sH=21.5mη≥87%NPSHr=9.5m最小淹没深度= 4m在此工况下水泵应有较高的效率（≥87%）和汽蚀性能，在运行点的水量、扬程不产生负值的偏差。

（3）冷季工作点（单泵运行）冷季或汽轮机组低负荷时，每台机组只运行单台水泵组，此时运行工作点为：Q=7.91m3/sH=18.6mη≥85%NPSHr=10.5m最小淹没深度= 4 m在此工况下水泵应有较高的效率（≥85%）和汽蚀性能，在运行点的水量、扬程不产生负值的偏差。

水泵的特性曲线必须平稳地从设计点上升到关闭点，关闭点水头不大于40m。

水泵特性曲线只能有一个转折点（如有转折点的话），在电厂正常变倍率运行的范围内不允许有转折点。

当水泵特性曲线在其它范围有转折点时，应保证在任何条件下水泵均能稳定地过渡到正常的运行范围。

2.循环水泵启、停方式为（1）在正常工况下，泵阀同时启动，即循泵与循泵出口液控蝶阀同时开启。

（2）在闭阀（事故启动）条件下循泵也能顺利启动。

（3）水泵停运方式为：循环水泵出口阀门关闭70%后关闭循环水泵电动机，阀门继续关闭。

事故或正常停泵时水泵和电动机应允许反转（由于水体倒灌造成），反转转速应允许达到额定转速的120%，水泵及电动机应能承受非正常情况短时闭阀运行。

第一临界转速大于额定转速的125%。

3.循泵配套电机主要技术规范电动机型号：YKSL2000-16/1500-1三相立式鼠笼型异步电动机。

电动机规格及基本参数：额定功率：2000kW额定电压：6000V额定频率：50Hz极数：16转数：370r/min绝缘等级：F级，定子绕组温升按B级考核。

环境最高温度（室内）：45℃防护等级：IP44冷却方式：水－空冷却电动机性能参数：（保证值）效率：≥94.5%功率因子：0.87最大转矩倍数：≥1.8起动转矩倍数：0.8起动电流倍数： 6.5电机转动惯量（WR2）= 1140kgm2图9-2 循泵性能曲线图第四节胶球清洗系统1.凝汽器的脏污凝汽器的脏污一般指铜管污染（本厂为不锈钢管），它分为汽侧污染和水侧污染。

汽侧污染主要由亚硫酸盐和式碳酸盐附着所致，但这个问题较小，可用80～90℃热水冲洗掉，效果良好。

至于水侧污染，由于水源不同，水质各有差异，引起的污染、堵塞、结垢也有所不同，根据不同的水源将电厂分为以下四个类加以讨论。

第一类：沿江电厂此类电厂一般采用江水做冷却水。

江水中含有大量细沙粒，较大渣子，细长的水草、稻草、芦根和较硬的果壳杂物，还有小鱼、小虾等水生动物。

循环水泵房的进水滤网长期淹没在水下，难免出现漏洞。

一旦有漏洞，上述杂物和生物即随水流进入循环水泵进口，被送入凝汽器。

由于这些杂质可能堵在管口或卡在管中，使管中流速降低，泥沙沉积，堵死。

另一种情况是，铜管虽未被堵，但内壁结垢，这就使铜管传热效率降低。

第二类：沿河电厂河水中含有大量的枯枝败叶，果皮、菜叶、塑料布及小雨等，另外还有微生物。

这些微生物随腐烂的果皮等杂物进入凝汽器后附着在管板上，堵在铜管进口。

微生物易在这里繁殖逐渐形成粘膜，并在铜管类蔓延。

水中细小固体悬浮物很容易附在这种粘膜上，日久形成一种糊状物质，是一层导热不良的物质。

第三类：沿海电厂出去海水对铜管的腐蚀作用外，海水中的水草及鱼虾等也会造成对铜管的危害。

这些杂质式季节性的，尤其是在夏季。

大风浪会把大量沉积于海底的贝壳和小石子卷起，带向进水口，从被腐蚀的滤网处进入，继而被打进凝汽器，阻塞铜管。

第四类：闭式循环电厂在水源缺乏地，大多采用地下水作为补充水源。

这种水的暂时硬度（水中含碳酸氢钙与碳酸氢镁）较高，这类凝汽器堵管并不严重，主要是铜管结硬垢，在铜管上结的硬垢主要是碳酸钙和碳酸镁。

综上所述，循环水系统一般都存在水中杂质堵管和铜管机构两种影响凝汽器经济运行的问题。

结垢又可分为以微生物为主的软垢和以碳酸钙为主的硬垢。

凝汽器铜管结垢不但使热阻增大，且结果都会恶化凝汽器的工况，使真空下降。

不仅浪费燃料，还威胁机组的安全运行，必须设法处理。

目前，电厂基本都采用胶球自动清洗装置。

2.胶球清洗原理及装置2.1胶球清洗原理凝汽器海绵胶球清洗是借助水流的作用将大于冷凝管内径的海绵胶球挤进凝汽器冷凝管，对冷凝管进行擦洗，维持冷凝管内壁清洁，保证凝汽器设计换热效率不下降，从而维持凝汽器的端差和汽轮机背压；同时避免冷凝管内壁腐蚀，改善运行条件，延长机组寿命。

软胶球是海绵状橡胶球，它的密度和冷却水相接近，其球径比铜管内径大1～2mm，如图9-3所示。

它与铜管内壁有一整圈接触面。

进行中将管壁上的污垢抹下来，带出管外。

由于是整圈的擦抹，也把停留在管壁上的静止水膜破坏，从而提高了管子的传热效果。

图9-3 胶球在铜管中行进示意图2.2凝汽器胶球清洗装置我厂处于石柱土家族自治县，位于重庆市东部，长江南岸，属三峡库区心腹地区，东接湖北省利川市，南邻彭水县，西南靠丰都县，西北连忠县，北与万州区接壤。

每台机组配置二套胶球清洗装置，共配置4套。

其示意图9-4。

1、凝汽器2、二次滤网3、装球室4、胶球泵5、收球网6、接口阀图9-4 凝汽器胶球清洗装置系统示意图机组在正常运行条件下，正常投运胶球清洗装置能保持凝汽器冷却管洁净，清洁系数为0.95以上。

在使用冷却塔的循环水系统中，冷却水经过多次循环，水中钙、镁离子浓度很高，如果没有胶球清洗系统持续运行维护，会在冷凝管内壁逐渐沉积，最终在不锈钢管内壁形成硬质结垢。

结垢一旦形成，会很难清除，除了降低传热系数，影响冷凝器的真空度和背压外，还由于垢下腐蚀的产生，大大缩短不锈钢管的使用寿命。

因此，胶球清洗系统采用24小时连续自动控制运行方式，以保证系统安全高效地运行。

同时，执行机构需配备电动和手动控制方式。

在设计的循环水量下胶球清洗装置连续运行24小时，收球半小时的收球率在95%以上，总收球率不低于97%。

收球网按活动栅格式收球网设计，也可允许有结构更合理、技术更先进的设计和产品，收球网的水阻不大于300mmH2O，收球网网板的驱动装置选用电动，同时采取预紧措施，以防止网板在水流冲击下振动。

收球网体上设铰链式人孔门。

胶球具有一定硬度并富有弹性，胶球的气孔均匀、孔间连通吸水性强，干态球直径误差不大于公称直径的±2%且不超过±0.4mm，湿态球的比重与循环水相近，其相对密度为1.00～1.15，胶球在进入水室后从水室底部至顶部分层均匀悬浮，从而保证能清洗底部至顶部的每一根冷却水管。

在水温5～45℃运行时，胶球球径涨大不超过0.5mm，且在运行期间保持稳定，以防止胶球堵塞冷却水管。

使用期内不老化，运行中胶球球径应比凝汽器管子内径大1～2mm。

在使用冷却塔的循环水系统中, 须选用易清洗水中钙、镁离子结垢的胶球，连续运行能防止不锈钢管内壁硬质结垢的生成，保证冷凝管清洁。

投运胶球数根据每根冷凝管每小时通过的胶球数量为12个计算。

电动执行机构具有足够的传递扭矩和推力，在网板前后压差达到最大并且电源电压在许可范围的下限时仍然能够正常工作。

为适应系统连续运行，泵体与电机为一体式，具有宽流道、低转速、体积小、适合长时间连续运行的特点。

胶球泵有足够的扬程和流量，泵进口连接管严密，以保持胶球正常运行，胶球输送至凝汽器进口水管逆水方向布置，每根进水管处设置两根注球管以保证胶球在冷凝器水室中的均匀分布。

第五节闭式循环冷却水系统1.系统功能辅机冷却水系统由开式循环冷却水和闭式循环冷却水系统组成。

闭式冷却水系统为对水质要求较高、冷却水流量大的重要设备提供冷却水，本厂设置一套闭式冷却水系统，为将闭式水系统容量适当减小，对于水质要求较高的转动机械的轴承冷却水和管束管径较小的小水量冷却器，采用闭式冷却水，其余水量较大、对水质要求不高的冷却水采用开式水。

2.系统组成闭式冷却水系统是由两台100%容量卧式离心冷却水泵、两台100%容量闭式循环水冷却器、一台闭式水膨胀水箱、滤网及向各冷却设备提供冷却水的供水管道、关断阀、控制阀等组成。

如图9-5。

图9-5 闭式冷却水系统简图（1）闭式冷却水泵每台机设2台100％容量的闭式循环冷却水泵，1运1备。

（2）闭式冷却水热交换器闭式循环冷却水系统设置两台热交换器，除可以满足大修期内堵管的要求外，还可满足全年多数时间只需一台运行，一台备用，仅少数时间需两台投运，故可不设备用。