循环冷却系统在电站技术供水中的应用

摘要：水电站由于地理位置及自然条件所限，水中含沙量大，技术供水不能采用常规的供水方式时，优先采用循环冷却供水系统的设计方案。

关键词：技术供水；循环冷却系统

1 概述

水电站技术供水系统对电站的安全稳定运行至关重要，当河水水质含沙量较大，不能满足水质要求时，需选择合理的技术供水方案，以满足机组运行要求。

2 电站技术供水方案选择

电站技术供水通常有自流减压供水、自流供水、尾水取水水泵供水，当河水水质不能满足技术供水要求时，可采用密闭循环冷却系统供水。

机组循环冷却装置包循环水池、循环水泵、尾水冷却器及相应的管道，其原理是在水电站尾水中设置冷却器（热交换器），利用循环水泵将机组冷却排水通过布置在尾水中的冷却器将其热量由尾水带走，降温后的冷却水重新进入机组油冷却器进行冷却，形成闭式循环系统，这样不仅解决磨损问题，同时解决了冷却系统的堵塞问题。

万家口子水电站位于北盘江干流上游，云南省宣威市及贵州省六盘水市境内，距云南省宣威市约56 km，电站为坝后式电站，电站最大水头139.6m，额定水头122.5m，最小水头98m，单机容量80MW，总装机容量为160MW。多年平均发电量5.8亿kW·h，年利用小时数为3644h左右，保证出力22MW。电站有不完全年调节水库，在电力系统中担任基荷任务。

本地区泥沙含量较大，除水土流失严重以外，还因为分布于拖长江、革香河上的几处洗煤厂长期向河道排放洗煤污水，使大量煤纷随水流而下，坝址河水呈浑浊黑色。河流含沙量的年内分配很不均匀，汛期5~9月平均含沙量为1.85客观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月为0.177kg/m3，相差16倍。

3 技术供水方案的确定

该水头段的水电站技术供水通常为压力钢管及蜗壳取水自流减压、顶盖取水、尾水取水水泵供水、也可打井取地下水。

由于该电站最大水头139.6m，采用自流减压供水水头偏高，技术及经济上不合理。该电站河流含沙量的年内分配很不均匀，汛期含沙量较高，枯水期含沙量较低，故技术供水采用顶盖取水与循环冷却技术供水相结合的设计方案，当河水水质满足技术供水要求时，采用顶盖取水；当河水含沙量较高，水质不能满足技术供水要求时，采用循环冷却技术供水方式。

4 技术供水系统设计

万家口电站的主要技术供水对象为发电机上导轴承、推力轴承、下导轴承、空气冷却器及水轮机水导轴承，机组各部冷却水量如下：

发电机空气冷却器：420m3/h，水压为0.15～0.25Mpa，

发电机上导轴承：20m3/h，水压为0.15～0.25Mpa，

发电机下导轴承：25m3/h，水压为0.15～0.25Mpa，

发电机推力轴承：100m3/h，水压为0.15～0.25Mpa

水轮机水导轴承：20m3/h，水压为0.15～0.25Mpa

4.1 顶盖取水

为了节省能源，当河水水质满足技术供水要求时，优先考虑顶盖取水。顶盖取水随机组启动而自动投入，技术供水通过电磁流量计及压力变送器自动控制，当顶盖取水出现故障时，压力或流量不能满足要求，循环冷却供水系统自动投入。

4.2 循环冷却供水系统

当河水水质不能满足技术供水要求时，投入循环冷却供水系统。

4.2.1 循环水泵

1)水泵扬程的确定

循环水泵的扬程应考虑机组冷却器进口水压力、循环水池水位至机组冷却器进口高差、管路系统、尾水冷却器等的水头损失等，经计算，循环水泵的扬程确定为42m。

2)水泵流量的确定

Q=Q1×n1/n2

式中Q1为一台机组冷却水量，n1为机组台数，n2为工作水泵台数，n2为2台，确定循环水泵流量为Q=680m3/h。

2)水泵的选择及布置

为了便于运行管理及供水的可靠性，节约厂用点，有利于电站自动化控制，选择长轴深井泵作为循环水泵，避免了离心泵启动充水问题及水泵电机安装过低，运行环境潮湿等不安全因素，大大提高供水可靠性，选择两台工作水泵，一台备用水泵。

4.2.2 尾水冷却器

尾水冷却器由于尺寸大，受到尾水的冲击力及内外部水压力等，因此部件全部采用钢结构件，金属管路及尾水冷却器均采用无缝钢管，且必须要由专门的压力容器或金属结构的生产厂家制作，特别是防腐必须采用外涂低热阻防锈、防腐涂料，而不能涂油漆，一利于热交换。

尾水冷却器的布置应遵循检修方便和必须在最低尾水位以下避免影响尾水出流、机组稳定运行的原则。在浇筑尾水闸墩时，必须同时浇筑好安装尾水冷却器的牛腿。尾水冷却器的检修及安装可以考虑用尾水门机起吊。

4.2.3 循环水池

循环水池的作用主要是使循环形成闭式，并可减少冷却水的波动，循环水池并不起冷却作用。循环水池布置不应影响厂房整体结构合理性，且应尽可能获得较大容积。万家口电站循环水池布置在厂房下游左侧，不但有利水泵及管路布置，而且使循环水池容积尽量增大。

4.2.4 循环水水源及循环水流向

循环水的补充取自大坝廊道集水井及地下水井，为双水源，循环水池上有溢流管。循环水的流向采用水池→水泵→机组→尾水冷却器→水池，水压满足要求。

5 结语

不同的水电站应选取适合自己电站的技术供水方式，为节省能源，对于河水水质差、含沙量大的电站，循环冷却供水方式是一个值得考虑的供水方式，其优点在于投资小，效果好，使用方便。

作者简介:宁全有（1967- ），男，高级工程师，从事水力机械设计工作。