火電廠供水系統(tǒng)方案選擇研究

韓敬欽，王愛(ài)玲

（山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東 濟(jì)南 250013）

0 引言

山東沾化電廠地處山東沾化縣境內(nèi)，老廠2×135 MW+2×150 MW 4臺(tái)機(jī)組循環(huán)水采用直流供水系統(tǒng)，從電廠附近的徒駭河取海水，排水通過(guò)1 km的暗溝和2 km的明渠排至潮河入海，老廠距徒駭河入?？诩s60 km。徒駭河現(xiàn)狀低潮位取水流量約為20 m3/s，老廠4臺(tái)機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)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(lè)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(jí)攔河壩。

新建工程是在老廠下游約22km擴(kuò)建2×1000 MW機(jī)組，利用比鄰?fù)今敽拥膬?yōu)勢(shì)，循環(huán)水為徒駭河海水。循環(huán)水取排水工程布置原則應(yīng)盡量減小取水口離海區(qū)河口的距離，距離越小則取水保證率越高，風(fēng)險(xiǎn)越小，同時(shí)取排水工程量也相應(yīng)減小。從總體工程量和外圍條件考慮，工程2×1 000 MW機(jī)組循環(huán)冷卻水系統(tǒng)擬考慮兩個(gè)方案進(jìn)行比選，方案一為帶海水冷卻塔的循環(huán)供水系統(tǒng)，方案二為海水直流供水系統(tǒng)。

1 帶海水冷卻塔的循環(huán)供水系統(tǒng)

工程安裝2×1 000 MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，夏季和春秋季循環(huán)總水量為56.16 m3/s，冬季循環(huán)總水量為46.20 m3/s。

冷卻塔布置在主廠房A列外，設(shè)1座循環(huán)水泵房，每臺(tái)機(jī)配3臺(tái)循環(huán)水泵，循環(huán)水泵房至汽機(jī)房凝汽器的循環(huán)水進(jìn)水管和自凝汽器回冷卻塔的循環(huán)水回水管采用鋼管。母管管徑為DN3600，支管管徑為DN2600。

根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)的初步優(yōu)化計(jì)算結(jié)果［1］，推薦每臺(tái)1 000 MW汽輪發(fā)電機(jī)組配1座12 000 m2逆流式雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔。

冷卻塔塔內(nèi)進(jìn)水為單條3.6 m×3.6 m鋼筋混凝土壓力溝道，配水系統(tǒng)的布置為單豎井向全塔供水。內(nèi)、外圍水槽分區(qū)供水，主水槽呈十字型分布，內(nèi)圍面積占全塔面積的40%。主水槽在一個(gè)直徑方向?yàn)閱螚l主水槽供外圍區(qū)配水，在正交的另一個(gè)直徑方向，主水槽成雙層布置，上層供內(nèi)圍區(qū)配水，下層供另一部分外圍區(qū)配水，外圍水槽在進(jìn)口處裝有啟閉機(jī)和閘板控制。

循環(huán)水系統(tǒng)流程為：循環(huán)水泵→液控蝶閥→循環(huán)水壓力進(jìn)水管→凝汽器及輔機(jī)→循環(huán)水壓力回水管→冷卻塔→回水溝→循環(huán)水泵房前池→轉(zhuǎn)刷網(wǎng)蓖清污機(jī)→循環(huán)水泵。

循環(huán)水泵擬采用立式斜流泵 （轉(zhuǎn)子可抽出式），推薦采用循環(huán)水泵的技術(shù)規(guī)范如下：流量Q＝9.36 m3/s；揚(yáng)程H＝30 m；電機(jī)功率N=3 600 kW；電機(jī)電壓V=6 000 V。

2 直流供水系統(tǒng)

2.1 取、排水條件

工程安裝2×1 000 MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，夏季和春秋季循環(huán)總水量為56.16 m3/s，冬季循環(huán)總水量為46.20 m3/s。

沾化電廠2×660 MW機(jī)組擴(kuò)建工程廠址在沾化老廠，循環(huán)水?dāng)M采用直流供水系統(tǒng)，循環(huán)水取自壩上閘下的徒駭河，排水至潮河?？尚行匝芯侩A段所做的專題報(bào)告［2-6］中論證的取水流量基于老廠原（2×135 MW+2×150 MW ）+擴(kuò)建2×660 MW機(jī)組總共66.62 m3/s，與現(xiàn)有老廠2×150 MW機(jī)組+本期工程2×1 000 MW機(jī)組總?cè)∷?8.04 m3/s基本相當(dāng)（老廠2×135 MW機(jī)組已停），且均是從徒駭河取水，排至潮河，雖然上述各試驗(yàn)研究基于的取水口位于現(xiàn)濱海廠址取水口上游22 km的老廠位置，但區(qū)間無(wú)較大支流入?yún)R，距入?？谝草^遠(yuǎn)，流量基本沒(méi)有增加。因此，若不考慮老廠擴(kuò)建2×660 MW機(jī)組，可以判斷，上述山東沾化電廠2×660 MW機(jī)組擴(kuò)建工程的各項(xiàng)試驗(yàn)報(bào)告的論證結(jié)果均可不同程度的利用到本期2×1 000 MW機(jī)組工程，特別是對(duì)于廠址下游河段的過(guò)水能力的分析（偏有利）和溫排水?dāng)?shù)值模擬研究報(bào)告（偏不利），更可全部應(yīng)用于本工程中。

（1）取水條件。

根據(jù)擴(kuò)建工程數(shù)值模擬研究成果［7］，在東風(fēng)港97%低潮位過(guò)程控制下，取水口最低水位為-1.57 m，過(guò)流面積20 m2左右，根據(jù)電廠的運(yùn)行現(xiàn)狀及相關(guān)的資料，徒駭河現(xiàn)狀低潮位老廠處取水流量約為20 m3/s。經(jīng)初步分析，考慮本期工程取水引起的上游過(guò)水能力的減少，工程廠址至老廠河段的過(guò)水能力也基本能滿足老廠現(xiàn)有2×150 MW機(jī)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(jù)論證結(jié)果［8］：電廠在取水流量66.62 m3/s時(shí)，壩上閘下游25 km以內(nèi)河道需開(kāi)挖為底寬30 m、底高程-4～-5 m、兩岸邊坡1：6的斷面，總開(kāi)挖量約220～250萬(wàn)m3，在東風(fēng)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(jié)合上述論證結(jié)論，滿足2×1 000 MW工程取水量的要求，只對(duì)廠址下游最大約4 km的河段開(kāi)挖疏浚即可，工程廠址至老廠河段的過(guò)水能力可滿足上游電廠2×150 MW機(jī)組取水的要求。電廠取水運(yùn)行5年后，開(kāi)挖河道會(huì)淤積116萬(wàn)m3，最大淤積厚度1.75 m，年平均淤積厚度0.35 m。當(dāng)泥沙淤積引起河寬小于開(kāi)挖寬度時(shí)，就需采取相應(yīng)的清淤措施，防止水位降至設(shè)計(jì)水位以下。同時(shí)在下一階段將對(duì)取水口局部泥沙沖淤進(jìn)行試驗(yàn)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(guī)整，堤壩完整，河寬270～300m，深5～6m，河道可利用過(guò)流面積均不足300 m2。數(shù)值模擬研究［7］的計(jì)算結(jié)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(dá)不到二十年一遇 （P=5%，Q=354 m3/s）標(biāo)準(zhǔn)，河道必須進(jìn)行開(kāi)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(kāi)挖為底寬18 m漸變?yōu)?0 m，底高程-2.0 m，距季美閘30～50 km河段開(kāi)挖為底寬40 m漸變?yōu)?5 m，底高程-2.0 m總開(kāi)挖量約390萬(wàn)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(kāi)挖為底寬40 m漸變?yōu)?0 m，底高程-2.0 m過(guò)渡到-2.5 m，總開(kāi)挖量約660萬(wàn)m3。

在潮河設(shè)計(jì)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(kāi)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(kāi)挖為底寬45 m，底高程-2.0 m，總開(kāi)挖量約438萬(wàn)m3。

潮河排水采用堤防加高與河道開(kāi)挖疏浚相結(jié)合方案的土方量較省，同時(shí)，電廠排水口水位7.05 m，與潮河設(shè)計(jì)防洪流量、電廠不排水時(shí)的水位相近，電廠排水不會(huì)引起上游水位的附加雍高。

雖然工程排水口距離上述實(shí)驗(yàn)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(duì)潮河河道進(jìn)行適當(dāng)?shù)拈_(kāi)挖疏?；?qū)Φ谭肋M(jìn)行加高。但潮河開(kāi)挖疏浚后，河道行洪時(shí)，電廠排水口附近斷面平均流速大于河床泥沙流速，河道會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的沖刷，需考慮適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)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(huán)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(kāi)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(biāo)高-1.90 m，底標(biāo)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(huán)水通過(guò)壓力循環(huán)水管送至廠區(qū)。

排水方案。循環(huán)水排水系統(tǒng)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(jī)一條。暗溝與潮河連接處用明渠降低水深、消能、導(dǎo)流引入潮河，暗溝長(zhǎng)度9 km。沾化電廠老廠廠址處向下游移動(dòng)15 km處潮河P=1%水位3.20 m（根據(jù)模型試驗(yàn)所得）。根據(jù)數(shù)值模型及物理試驗(yàn)研究［9］，廠址下移后，潮河河段的高溫升區(qū)范圍有所減少，海域的熱影響范圍相應(yīng)增大。漲潮時(shí)受海水的稀釋影響較大，全潮平均的高溫區(qū)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(huán)水泵及泵房。循環(huán)水泵房擬布置在河堤外，兩臺(tái)機(jī)組共用一座循環(huán)水泵房，泵房?jī)?nèi)安裝6臺(tái)循環(huán)水泵。每臺(tái)水泵流道順?biāo)鞑贾脼椋轰撻l板門(mén)—攔污柵—旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)—循環(huán)水泵—液控蝶閥。其中6個(gè)攔污柵共用一臺(tái)移動(dòng)式清污機(jī)。根據(jù)循環(huán)水量及初步的水力計(jì)算結(jié)果，循環(huán)水泵擬采用立式斜流泵（轉(zhuǎn)子可抽出式），推薦采用循環(huán)水泵的技術(shù)規(guī)范如下：流量Q＝9.42 m3/s；揚(yáng)程H＝24 m；電機(jī)功率N=3 400 kW；電機(jī)電壓V=6 000 V。從循環(huán)水泵房到主廠房的循環(huán)水壓力管道，直徑擬為DN3800，材質(zhì)為Q235A，同時(shí)擬采用犧牲陽(yáng)極及涂料聯(lián)合保護(hù)，每機(jī)配一根。

3 供水系統(tǒng)方案比較

帶海水冷卻塔的循環(huán)供水系統(tǒng)，相對(duì)運(yùn)行水溫較高，運(yùn)行背壓也較高，煤耗比直流供水系統(tǒng)也增加；直流供水系統(tǒng)由于循環(huán)水利用自然水溫冷卻，相對(duì)水溫較低，運(yùn)行背壓也較低，煤耗相應(yīng)也降低。采用方案一，由于海水補(bǔ)水量較少（約7340 m3/h），徒駭河現(xiàn)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(kāi)挖，潮河需開(kāi)挖并加高。電廠周圍有鹽場(chǎng)、農(nóng)田等，結(jié)合城市規(guī)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(huán)供水系統(tǒng)的布置方案，現(xiàn)狀河道滿足取、排水要求。對(duì)于采用直流供水系統(tǒng)方案，通過(guò)折算，在滿足電廠取水要求的前提下，徒駭河開(kāi)挖量約40萬(wàn)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(kāi)挖量約370萬(wàn)m3。

根據(jù)工程兩個(gè)方案的取排水條件，對(duì)采用帶海水冷卻塔的循環(huán)供水系統(tǒng)（方案一）與海水直流供水系統(tǒng)（方案二）的投資進(jìn)行了初步比較，詳見(jiàn)表1。

表1 循環(huán)水系統(tǒng)方案投資初步比較表 萬(wàn)元

上述方案比較，未計(jì)列兩方案投資基本相同的循環(huán)水管道、循環(huán)水泵房及循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備的投資費(fèi)用，徒駭河年清淤費(fèi)用即根據(jù)相關(guān)工程估列。

綜上所述，循環(huán)水系統(tǒng)初投資方案一比方案二少19 918萬(wàn)元，考慮年費(fèi)用方案一比方案二少1 563萬(wàn)元。由于潮河地處濱州、東營(yíng)兩地市的交界處，潮河施工也有很大難度；另外，結(jié)合研究成果［9］，考慮到電廠溫排水會(huì)對(duì)近海域海洋生態(tài)環(huán)境、海洋生物養(yǎng)殖等產(chǎn)生一定的影響，經(jīng)綜合考慮，推薦循環(huán)水系統(tǒng)采用方案一：帶海水冷卻塔的循環(huán)供水系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

采用帶海水冷卻塔的循環(huán)供水方案不僅最大限度的利用了當(dāng)?shù)氐淖匀毁Y源——海水，更減少了對(duì)環(huán)境的影響，保護(hù)了當(dāng)?shù)氐脑鷳B(tài)，做到社會(huì)與企業(yè)雙贏。采用此方案，也為沿海電廠循環(huán)水供水系統(tǒng)提供了另一種選擇。