冷水机组在小型汽轮发电机组冷却系统中的应用
摘要：本文介绍了一种应用于小型汽轮发电机组冷却系统的有效节水方法。通过在小型汽轮发电机组现有冷却系统中引入冷水机组，使冷却水系统构成闭路循环运行，既可满足汽轮机供油系统和发电机通风冷却系统的冷却要求，又可节约大量的冷却用水，具有良好的社会经济意义和推广应用价值。
1引言
为了保证汽轮发电机组的安全经济运行，供油系统必须保持汽轮机组各轴承的进口油温在35℃～45℃之间，出口油温不超过65℃。在一台汽轮发电机组的供油系统中一般是安装两台以上冷油器，既可以保证冷却效果，又可以方便进行轮换检修。冷油器是一种表面式热交换器，油在管外流动，冷却水在管内流动，通过两种流体进行热交换将热量带走。汽轮发电机在运行中，由于存在各种损耗，会引起发电机各部分温度升高。在实际运行中要求发电机定子铁芯的温度最高不超过105℃，正常运行温度要求在60℃～80℃，转子最高温度不超过120℃。通常是通过风冷系统对发电机进行冷却的，利用空气带走发电机定子绕组、铁芯和转子产生的热量，然后在表面式热交换器—空气冷却器中将热量传递给冷却水。实际运行中规定空气冷却器入口风温不得超过65℃，出口风温不得超过45℃。
发电厂的冷油器和空气冷却器通常是采用循环水作为冷却水，工业水为补充水源。随着机组运行时间的延长，冷却设备由于结垢腐蚀等而导致冷却性能下降。特别是在炎热的夏天会由于气温升高而引起循环水温的升高，致使冷油器和空气冷却器不能满足汽轮发电机组供油系统和通风冷却系统的正常冷却要求[1]。在运行中为保证汽轮发电机组的安全运行，目前一般是通过开大温度较低的工业水甚至通过降低负荷来解决上述问题。这样做必然会导致大量工业水被排掉，从而造成大量的工业水浪费。因此，在保证汽轮发电机组正常运行的条件下节约冷却系统用水具有特别重要的工程应用价值和社会经济意义。
为了解决由于夏天气温高而引起的冷却水温度升高所造成大量工业水浪费和机组降负荷运行等问题，有效节约水源，降低机组的运行费用，文献[1]通过在现有汽轮发电机组冷却系统中引入冷水机组，从而达到既可保证机组安全经济运行又可节约大量冷却用水的目的。本文是在文献[1]工作的基础上，对采用冷水机组的汽轮发电机组的冷却系统进行了系统设计、计算和分析，为进一步的工程实际应用提供参考依据。
2冷却系统构成
本文所发展的冷却系统是根据某电厂12000kw汽轮发电机组进行的。图1是该汽轮发电机组现有冷却系统的原理图。
为了消除冷油器和空气冷却器因结垢和腐蚀等因素造成的冷却性能下降，解决气温升高引起的冷却水温升高造成大量工业水浪费甚至减负荷运行的问题，节约冷却用水，现对原冷却系统进行如下改进。其基本思路是在原冷却系统中引入冷水机组，使冷却水系统构成闭路循环，从而达到既可满足发电机组冷却的要求，又可节约大量的冷却用水。图2给出了所发展的采用冷水机组的汽轮发电机组冷却系统的原理图。
在所设计的新冷却水系统中，冷却水采用的是凝结水或除氧水。温度较高的冷却水经过冷水机组，在冷水机组中将热量传出后变成7～20℃的冷水，经逆止阀进入冷水泵加压，温度较低的冷却水进入空气冷却器和冷油器，将进入空气冷却器中的空气和进入了冷油器中油的热量带走，冷却水温由于吸热而升高，升温后的冷却水再进入冷水机组，如此构成闭路循环运行，从而可保证油和空气的温度在规定的范围之内，满足了汽轮发电机冷却系统的要求。为保证油和空气的温度在规定的范围内，可以通过调整空气冷却器和冷油器前的阀门来完成。压差旁通阀前后的阀门在运行中是常开的，当调整空气冷却器和冷油器前的阀门造成压差旁通阀前后压差高到一定值时，冷却系统会因为冷却水的流量低而工作不稳定，此时压差旁通阀自动开启一定开度保持一定的压差，保证系统运行正常。为了保证冷却水系统不会因冷却水泄漏等而导致工作不正常，本系统还设有补充水入口，可及时给冷却系统补水。汽轮发电机组通常是要求连续运行的，冷却系统运行必须安全可靠。因此，在所设计的新冷却系统中保留了原冷却系统的管路。当冷水机组发生故障时，关闭冷水机组前后的阀门，关闭压差旁通阀前的阀门，同时打开阀门a和b（在正常运行中阀门a和b是关闭的），用原管路进行冷却，保证汽轮发电机组的安全可靠运行。
3冷却负荷计算与冷水机组选型
某电厂与12000KW机组相配套的空气冷却器是绕簧式空冷器，采用的油冷器是YL-42-1型冷油器[2]，本文冷却系统的设计计 算就是以此为基础进行的。计算表明空气冷却器和油冷却器的负荷分别是1.3x106 KJ/h和3.8x106 KJ/h。因此,冷水机组的负荷应满足空冷器和油冷器负荷之和的要求，即选用的冷水机组负荷应大于1.42x103 KW。
根据冷却系统负荷的要求，可以对冷水机组进行选型。根据冷水机组的负荷，可以选择冷水机组。本文认为选择水冷螺杆式冷水机组比较合适，为了运行和安全，选择两台冷水机组较好。在实际应用中，应根据发电机组的结构特点和运行要求以及现场安装条件等因素，做进一步的技术经济分析，从而选择合适的冷水机组。
4讨论
目前小型电厂大多采用开式循环冷却水系统，这就使得冷却设备在运行中，冷却水受大气温度变化等因素影响而产生蒸发损失，风吹形成的风吹损失和冷却池基础的渗漏损失，冷却水长期循环后浓缩的排污损失等[2, 3]。计算表明，本文某电厂现冷却系统由于各种损失会造成每年损失166825 m3水。这意味着采用新的冷却系统后每年可节约用水166825 m3。按每吨水3元/m3计算，每年可节约50多万元。在冷却系统中引入冷水机组使冷却水形成闭路循环，不但可以节约用水，而且在炎热的夏天也可以保证发电机组对冷却系统的要求，保证发电机组的安全经济运行。值得指出的是，在冷却系统中引入冷水机组，使小型汽轮发电机组的冷却系统复杂化，既增加了设备的初投资费用，又增加了冷却系统的运行和维护费用。因此，在实际应用本文所提出的技术方案时，还应对具体系统做进一步的技术经济分析，保证使冷却系统的综合性能达到最优化。
5结论
本文在小型汽轮发电机组冷却系统中引入冷水机组，实现了冷却水系统的闭路循环，在保证机组冷却性能要求的同时，可以节约大量的冷却用水，具有良好的社会经济意义。本方案可以消除由于冷油器和空冷器结垢腐蚀等造成的冷却系统性能下降，为解决夏季气温升高而引起的冷却水温度升高甚至使机组减负荷运行等问题提供了新途径，具有良好的推广应用价值和发展前景。
参考文献
1. 张大力, 应用于汽轮发电机组的节水方法,中国专利,200410034457.0
2. 《小型热电站使用设计手册》编写组，小型热电站使用设计手册，水利电力出版社
3. 严浚杰，发电厂热力系统及设备，西安交通大学出版社，2003
