核电站、火电厂水工系统优化设计和应用.pdf

第 3 5卷 第 5期 2 01 3年 5月 华 电技 术 Hu a d i a n Te c h n o l o g y Vo 1 ． 3 5 No ． 5 Ma v ． 2 01 3 核 电站 、 火 电厂水 工 系统优化设计和应用 杨 满成 ， 周金全 中 国华 电工程 集 团 有限公司 ， 北京 1 0 0 0 3 5 摘要 对秦山核电二期工程取排水 口位置和取水工程形式进行了优化， 在北方富煤缺水地区火电厂建设中， 采用直接 和间接空冷类型机组 ， 利用城市污水处理厂的中水作为电厂的补充用水， 对厂内水系统采用水处理岛布置形式等实例进 行了分析， 论述了核电站和火电厂水工系统优化设计的必要性 ， 可为今后类似电站 厂 的水工系统设计提供参考。 关键词 空冷机组 ； 城市中水； 取排水 口位置； 水处理岛； 优化设计 中图分类号 T K 2 2 3 ． 5 文献标 志码 B 文章 编号 1 6 7 41 9 5 1 2 0 1 3 0 5 0 0 2 2 0 3 0 引言 核电站和火电厂水工系统设计是一项复杂而又 综合性的工作 。为保证其工程质量 、 缩短建设周 期 、 降低工程造价以及建成后获得较好的经济效益 ， 优化设计方案是投入小 、 收益大 、 见效快的重要手段 之一 。水工系统的工程设计优化应紧紧围绕“ 循环 经济发 电、 节约能源 、 提高效率、 提高安全可靠性 ” 的基本要求来开展。 和低放废水对水环境造成的热 、 核污染较小。 由于杭州湾海域含沙量大 ， 在取水工程中， 安全 厂用水和循环直流水系统从取水头部 、 输水管渠 、 取 水泵房的拦污栅 、 滤网到提升水泵均 布置 了 2套系 统 ， 保证 了安全厂用水系统的供水安全 。 秦 山核电二期和二期扩建工程分别于 2 0 0 4年 和 2 0 1 1年投入运行 。实际运行情况表明 通过水工 模型试验和优化设计选取的取 、 排水 口布置合理 、 设 计紧凑、 施工简单且运行管理方便 J 。 1 核 电站工程取 、 排水 口布置设计优化 2 直接 空冷凝汽器 系统设计优化 秦山核 电二期 和二期扩 建工程均 为 2台 6 0 0 MW 机组 ， 每期循 环水总水量为 7 8 m ／ s 。该 厂址 面向杭州湾 ， 水深流急， 涨落潮流速均可达 2 ． 5 m ／ s 左右 。多年平均潮差约 5 ． 2 m， 海域取水水深 1 0 ． 0 I n以上 ， 局部地区可达 2 0余 m。该海域取水地段最 大含 沙 量 为 6 ． 0 ～8 ． 0 k g ／ m ， 平 均 含 沙 量 为 2 ． 5 k g ／ m 。 这对取水头部 、 管渠 、 泵房系统布嚣和设 计提出了更高要求。 厂址南侧海域东西方向有 2个矶头 ， 由于涨落 潮的作用 ， 矶头周围形成较深的冲刷坑 ， 为二期和二 期扩建工程设置 2个取水 口提供了有利位置 ， 两期 工程取水 口相距约 1 0 0 0 m。经水工模 型试验 和优 化方案 ， 确定二期和二期扩建工程为一个排水 口， 具 体位置设在二期取水 口下游 5 5 0 m处 ， 该处岩石露 头 ， 涨 、 落潮流速较大 ， 温排水和低放废水稀释扩散 条件较好。 秦山核电二期取排水工程物理模 型试验的结果 表明 取水 口的瞬时最大温升为 0 ． 7℃ ， 而 日平均温 升不超过 0 ． 4℃ ； 取水和排 出口温升为 1 ． 0 o C； 等温 线所包罗面积变化于 0 ． 9～3 ． 1 k m ； 核电站温排水 收稿 日期 2 0 1 2 0 6 0 6 ； 修 回日期 2 0 1 3一 O 1 2 4 中煤陕西某煤化工综合利用项 目， 一期 安装 2 台 1 0 0 MW 高温高压直接空冷抽汽式汽轮机和 2台 发电机 ， 汽轮机排汽冷凝 系统将采用直接空冷系统。 1 工程主要气象参数 典 型年 气象数据 主 厂房水平面 0 m标高 ， 1 1 3 1 ． 5 m； 年平均气温 ， 9 ． 1 3 q C； 设计气温 ， 1 3 ． 6 0℃ ； 夏天满发气温 ， 3 2 ． 【 【 】 ℃ ； 大 气压力 平均值 ， 8 9 ． 3 k P a 。 2 汽轮机发电机组额定工况下 的主要参数 排汽压力 ， 3 5 ． 0 k P a ； 排 汽流量 ， 3 5 5 ． 8 9 t ／ h ； 排 汽 比 焓 ， 2 4 8 5 k J ／ k g ； 功率 ， 1 0 0 MW。 3 技术要求。 1 满足空冷凝 汽器散热面积要求。在大气温 度为 3 2 ℃ ， 单 台汽轮机排汽量为 3 2 3 ． 8 9 t ／ h ， 排汽 比 焓为 2 4 8 5 k J ／ k g ， 外界 自然风夏季平均风速为 2 ． 2 m ／ s 最大风速 1 6 ． 2m ／ s ， 大气压力为 8 9 ． 3 k P a ， 相 对湿度为 5 7 ． 1 ％的条件下 ， 风机 1 0 0 ％转速时要满 足汽轮机发电机组额定工况的运行要求 ， 即汽轮机 排汽装置压力为 3 5 ． 0 k P a 。 2 整体空气凝汽器系统 A C C 的噪声 。当所 有风机转速为 1 0 0 ％ 额定转速时 ， 在水平距离 A C C 平台边缘 2 0 0 m、 地面上 1 ． 5 i n处 ， 噪音不 大于 5 5 d B A 。 第5期 杨满成 ， 等 核 电站 、 火电厂水工系统优化设计和应用 2 3 3 空冷凝汽器布置在汽轮机房 A列前 ， 空冷 凝汽器平台高度按 2 8 ． 5 m考虑 ， 空冷凝汽器平 台的 支撑为钢筋混凝二 匕 柱。整个 A C C系统结构的风荷 载按照 G B 5 0 0 0 9 - --2 0 0 1 建筑结构荷载规范 设计 ， 平台活荷载按 2 ． 5 k N ／ m 考虑； 地震荷载按 中国相 关标准执行 。 4 技术方案 。 方案 1 空冷凝汽器采用 44的布置方案 ， 共 1 6个冷却单元 ， 为 4列 4行 ， 与主厂房平行 ， 每台机 组有 1 2 8片换热管束 ， 每单元将管束 以接近 6 O 。 角 组成等腰三角“ 结构 。每组有 4个空冷凝汽器单 元 ， 其中 3个为顺流 ， 1 个为逆流。空冷凝汽器的换 热元件采用单排管 ， 排气管道采用高位布置， 空冷岛 结构采用混凝土管柱 的支撑方式 ， 并采用两 岛连建 布置 。 方案 2 空冷凝汽器采用 3 4的布置方 案 ， 共 1 2个冷却单元 ， 为 4列 3行 ， 与主厂房平行 ， 每台机 组共 9 6片换热管束 ， 每台冷凝器有 4个空冷凝汽器 单元 ， 其中 3个为顺流 ， 1个为逆流。空冷凝 汽器 的 换热元件采用单排管 ， 排汽管道采用高位布置 ， 空冷 岛结构采用混凝土管柱 的支撑方式 ， 并采用两岛连 建布置。 方案 3 空冷凝 汽器采用 43的布置方案 ， 共 l 2个冷却单元 ， 为 3列 4行 ， 与主厂房平行 ， 每台机 组共 9 6片换热管束 ， 每列设 3个换 热器单元 ， 其 中 2个为顺流 ， 1个 为逆流 ， 并采用两岛分开布置 。其 他条件 同方案 1 。 上述 3个空冷凝 汽器布置方案 ， 从技术方面考 虑 ， 均可满足工程要求 ； 从基建投资角度进行 比较 ， 方案 2比方案 1节省投资约 2 0 0万元 ， 而且两岛空 冷平台合并布置便于操作管理 ， 但也存在两岛合并 布置影响布气均匀性 的问题。方案 1安全裕度大 ， 有一定的备用量 ， 方案 3布气相对 比较均匀， 投资与 方案 2相近。由于分开布置管理不便 ， 综合 以上意 见 ， 推荐采用方案 2 。 3 城市 中水 的回用 3 ． 1 城市 中水处理 当前 ， 城市中水处理主要是利用城市污水二级 生化处理的出水 ， 投加石灰乳 、 聚合硫酸铁 、 聚丙烯 酰胺 P AM 等混凝剂 和助凝 剂进行混凝 、 澄 清、 过 滤处理 ， 可 以降低水 的硬度和碱度， 同时和各种有机 物在沉淀过程 中大量吸附原水 中的悬 浮物和胶体 等 ， 使出水水质达到要求 。 目前， 混凝澄清技术有机械加速澄清池和高效 澄清池 2种。虽然 2种池型都能达到 出水要 求 ， 但 机械澄清池 占地面积大， 第 1反应室 和第 2反应室 整体架桥安装复杂 ， 污泥回流无法精确调节 ， 特别是 有些城市超过 6 0 ％的工业废水水质 、 水量变化幅度 大 ， 而且成分复杂 ， 严重影响城市污水处理厂和中水 厂的稳定运行。 高效澄清池是一种新型泥渣 回流型澄清池 ， 节 省了 占地 ， 采用活性污泥 回流可 以提高药剂的利用 率 ， 节省运行和药剂费用 ， 对进水水质的适应性强 ， 耐冲击负荷能力高 ， 出水稳定。同时沉淀污泥 的浓 度高 ， 减小了污泥处理系统的规模 。 系统流程的说 明 1 石灰 投加 系统 。以高纯度 消石灰 粉 为原 料 ， 加清水搅拌成石灰乳 。 2 前混合池。为使污水 、 石灰乳 、 混凝剂 液 态聚合铁 充分混合 ， 混合池 内设快速搅拌器 ， 以便 污水凝聚。 3 高效澄清池 。该池分为机械 絮凝 区 、 推 流 絮凝区 、 沉淀浓缩 区。机械絮凝 区投加聚丙烯 酰胺 P A M P o l y a c r y l a mi d e 与 回流污泥混合 、 絮凝 ； 机械 搅拌系统采用变频控制的轴流式搅拌器 ， 并设 置导 流筒 ， 使水流在反应器内循环流动 ， 保证矾花在循环 过程中不会受到破坏。机械絮凝区产生的矾花在推 流絮凝区内进一步增 大和密实后进入沉淀浓缩区。 剩余矾花则在斜管分离区去除。沉积的矾花在沉淀 池下部浓缩 ， 设置 1台刮泥机 ， 部分浓缩污泥通过污 泥 回流泵送 回机械絮凝 区， 提 高处理效果。 4 后混凝池。后混凝池 内投加混凝剂 和各种 酸液 ， 设置 1台快速搅拌器 ， 用以增强后续滤池 的处 理效果和调整 p H值 8～1 0 。出水 自流进入变孔 隙滤池。 3 ． 2 工 程 实例 和 主要特 点 国内火电厂以城市污水为水源且已投入运行的 高效澄清池有 2例 北京某热 电循环水增容工程 ， 设 计 出力为 1 5 0 0 m ／ h ； 辽宁灯塔市热 电厂 中水深度 处理工程 ， 设计出力为 1 5 0 0m ／ h 。 与常规 圆形机械加速澄清池相 比， 高效澄清池 的上升流速提高了 3 4倍 ， 所需 的 占地面积减少 5 0 ％ ； 排放 的污泥浓度提高了 2～ 4倍 ， 污泥体积减 少 4 5 ％ ， 污泥脱水 的设计规模减少 4 5 ％ ； 虽 然设备 投资略高 ， 但低于节省的建设安装费用 ， 因此总体投 资低 ； 滤池反冲洗周期延长 2～3倍 ， 可节省反冲洗 水量 一 。 3 ． 3实施 效果 北京某热电厂和辽宁灯塔市热电厂利用城市中 水 回用 ， 采用 高效 澄 清池处 理 ， 分别 在 2 0 0 8年和 2 0 1 0年投产运行 ， 处理水量和出水水质均可满足火 2 4 华 电 技 术 第 3 5卷 电厂补水要求 ， 符合 当前国家节能减排的政策 。 4 火 电厂水处理 岛设计和应用 火电厂水处理系统一般包括原水处理 、 除盐水 处理 、 凝结水精处理 、 工业废水处理和生活污水处理 等系统 ， 原先各处理系统通常分散布置 ， 设有各 自独 立 的厂房 、 控制室和运行管理人员。火 电厂水处理 岛的概念就是将各个分散 的处 理系统进行优化 组 合 ， 有机地布置到 1个水处理“ 岛” 中， 组成 一个涵 盖整个火 电厂的水处理 区域 ， 以便分级、 分质供水 ， 综合回收废水 。火 电厂水处理 岛的设计 可使工 艺流程更为合理 ， 占地面积和建设成本减少 ， 而且可 集 中控制。 我国西北地区某火电厂采用了水处理岛布置形 式 ， 应用结果表明， 整个水处理系统布置简洁 、 合理 ， 自动化水平 明显提高 ， 降低工程造价 1 0 0 0余万元 。 目前 ， 该工程 已投产运行 ， 效果 良好 ， 也为电厂今后 实施现代化运行管理创造了良好条件 。 5 结束语 核电站 、 火 电厂水工系统优化设计 工作是非常 必要的 ， 以上实际工程 的优化设计 和实 际的生产运 行表明 采用水处理岛可以节约用水 、 节省投资、 降 低运行费用和缩短电厂建设周期 ， 完全符合火 电厂 节能减排 的要求。 参考文献 [ 1 ] 江 自生 ， 韩买 良． 火电机组水资源利用情况及对策[ J ] ． 华 电技 术 ， 2 0 0 8 ， 3 0 6 1 5 ． [ 2 ] 周保卫， 周金全． 滨海电厂取水泵房滤水设备布置研究 [ J ] ． 华电技术 ， 2 0 1 2 ， 3 4 6 1 6 2 1 ． [ 3 ] 周金全． 滨海核电厂取、 排水口平面布置工程实例分析 [ J ] ． 华电技术， 2 0 1 1 ， 3 3 2 81 4 ． [ 4 ] 周金全． 核电站厂址选择水工方案的研究[ J ] ． 华电技 术 ， 2 0 0 9 ， 3 1 2 2 6 3 1 ． [ 5 ] 于新玉， 周金全， 秦海霞． 城市中水回用于火电厂循环冷 却水的设计方案[ J ] ． 华电技术 ， 2 0 1 0 ， 3 2 7 6 7 7 0 ． [ 6 ] 周保卫． 城市污水回用于火电厂循环冷却水处理方法的 研究和工程实例[ J ] ． 水工业市场， 2 0 1 1 6 6 3 6 7 ． [ 7 ] 韩买 良， 马学 武 ， 吴志勇． 火 电厂水 处理 岛优化设 计研究 [ J ] ． 华电技术 ， 2 0 1 0 ， 3 2 6 1 21 6 ． 本文责编 白银 雷 作者简介 杨满成 1 9 6 7 一 ， 男 ， 浙江新 昌人 ， 高级 工程 师 ， 从 事发 电技术管理方面的工作。 周金全 1 9 3 6 一 ， 男， 江苏宜兴人， 高级工程师 教授 级 ， 从事 核 电厂 、 火 电厂 水 工 专业 技术 管 理 方 面 的 工作 E m a i l z h o u j q c h e c ． c o n． e n 。 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●● ● ● ● ● ●● ● ● ● 上接第 2 l页 的转化率也增加。 3 增加燃 料反应器和空气反应器 中的压力 ， 可以减少 s O ， H s的排放 ， 减少载氧体 的失活率 ， 提高载氧体的循环利用效率。 参考文献 [ 1 ] 郑瑛 ， 王保文， 宋侃， 等． 化学链燃烧技术 中新型载氧体 C a S O 的特性研 究 [ J ] ． 工 程热 物 理学 报 ， 2 0 0 6 ， 2 7 3 53153 3． [ 2 ] Q i l e i S o n g ， R u i X i a o ， Z h o n g y i D e n g ， e t a 1 ． E f f e c t o f T e m p e r a t ur e o n Re d u c t i o n o f Ca S O4 Ox y g e n Ca r r i e r i n Che mi c a l 一 1 o o p i n g Comb us t i o n o f S i mu l a t e d Co a l Ga s i n a Fl ui di z e d Be d R e a c t o r [ J ] ． I n d u s t r i a l E n g i n e e r i n g C h e m i s t r y R e s e a r c h ， 2 0 0 8， 4 7 2 1 8 1 4 88 1 5 9 ． [ 3 ] Q i l e i S o n g ， R u i X i a o ， Z h o n g y i D e n g ， e t a 1 ． Mu l t i c y c l e S t u d y o n Che mi c a l l o o p i n g Co mbu s t i o n o f S i mu l a t e d Co a l Ga s wi t h a C a S O 4 O x y g e n C a r r i e r i n a F l u i d i z e d B e d R e a c t o r [ J ] ． E n e r g y＆ F u e l ， 2 0 0 8 2 2 3 6 6 1 3 6 7 2 ． [ 4 ] 沈来宏 ， 肖军， 肖睿 ， 等． 基于 C a S O 载氧体的煤化学链 燃烧分离 C O 研究 [ J ] ．中国电机工程学报 ， 2 0 0 7 ， 2 7 2 6 97 4． [ 5 ] L a i h o n g S h e n ， Mi n Z h e n g ， J u n X i a o ， e t a1． A M e c h a n i s t i c I n v e s t i g a t i o n o f C a l c i u m-- b a s e d Ox y g e n C a r r i e r f o r Ch e mi c a l - l o o p i n g C o m b u s t i o n [ J ] ． C o m b u s t i o n a n d F l a m e ， 2 0 0 8 ， 1 5 4 3 4 8 9 5 0 6 ． [ 6 ] 周树理． 非混合燃烧中 C a S O 载氧体的研究[ D] ． 北京 中国科学院工程热物理研究所 ， 2 0 0 7 ． [ 7 ] 伊赫桑 巴伦． 纯物质的热化学数据手册 [ M] ． 北京 科 学 出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 8 ] S o n g Z， Z h a n g M， M a C ． S t u d y o n t h e O x i d a t i o n o f C al c i u m S u l fi d e U s i n g T G A a n d F T I R[ J ] ． F u e l P r o c e s s i n g T e c h n o l o g Y ， 2 0 0 7 ， 8 8 6 5 6 9 5 7 5 ． [ 9 ] A n t h o n y E J ， G r a n a t s t e i n D L ． S u l f a t i o n P h e n o m e n a i n F l u i d i z e d B e d C o m b u s t i o n S y s t e m s [ J ] ． P r o g r e s s i n E n e r g y a n d C o m b u s t i o n S c i e n c e ， 2 0 0 1 ， 2 7 2 2 1 5 2 3 6 ． 本文责编 白银雷 作者简介 郑文广 1 9 8 4 一 ， 男 ， 山西绛 州人 ， 工程 师 ， 从事 锅炉 燃 烧优化及设备改造方面的工作 E m a i l z h e n g w e n g u a n g 1 2 8 1 6 3 ． c o n 。