上游水库取水势能在火电厂中的应用赵洪瑞

上游水库取水势能在火电厂中的应用赵洪瑞

赵洪瑞

（山西京能吕临发电有限公司山西033200）

摘要：提出在靠上游水库取水的大型直流循环火电机组中加设小型水轮发电机可行性利用方案，利用水库与电厂的高程落差进行水利发电以供厂内使用，能源综合利用；并介绍水轮发电机组利用取水管道在某2*600MW电厂中应用情况。

关键词：小型水电站；火电厂；取水落差；势能；能源综合利用。充分利用火力发电生产流程及地势优势

祖国西南地区因水资源丰富，因此很多大型火力发电多为带自然通风冷却塔的循环供水系统。生产生活用水水源往往取自附近水库或自建水库，利用地势几何高差水库的水自流引至电厂。如果仅仅取水，能量未充分利用，易造成浪费。为了进一步做到能源综合利用，在厂内净水站或水库坝低取水管道上安装小型水轮发电机，充分利用其水头及流量进行取水发电，最大限度地发挥节能减排、环境保护、能源综合利用等优势。把崎岖地势的劣势转化为优势。

近年来，多个采用上游水库取水的湿冷大型火力发电厂均建设了取水综合利用发电站，都取得了良好的经济效益。某电厂2600MW机组在厂内净水站（即水库取水进厂后的储水池，起到过滤和沉淀作用）进水口处设置了2台的混流式水轮发电机组，利用取水管道发电，装机容量达2500kW。

1.上游水库来水势能发电系统流程

某电厂生产生活用水取自自建水库，通过2根DN500的取水管道进入厂内净水站。净水站设有两个配水井，两个1500m³/h絮凝沉淀池，一个900m3化学消防水池，一个200m3生活水池和一个1000m3工业水池。水库取水势能发电系统流程为：生产生活厂外取水管→水轮发电机组→配水井→絮凝沉淀池→生产生活系统。水库来水势能发电系统流程如图1所示。

2.水库取水势能发电系统装机、布置及运行方式

2.1水轮机安装条件及装机情况

某电厂水库的水由一根DN1800的有压引水隧洞引出，隧洞长约315m，隧洞规划设计流量为1.6m³/s，进口底板标高为1231.00m，出口底板标高为1220.90m。水库的水通过引水隧洞引出，再经2根DN500的补给水管自流至厂区净水站。水库死水位高程1235.00m，正常蓄水高程1275m，厂区净水站高程约1128.50m，净落差达147m。净水站位于厂区内用于循环水系统的补充水、工业用水、生活用水、化学用水及消防用水等。电厂年用水量1440万m³，在夏季10％气象条件下的用水量约为2427m3/h（0.674m³/s）。根据气象局多年来对水库气象统计，该水库来水充足，水轮机可利用水头额定水头(m)：125，最大水头Hmax(m)：128，最小水头Hmin(m)88，额定流量：0.7m³/s。根据以上参数电厂安装2台额定出力为538kW的混流式水轮机，型号为CJA475-W-105/1*11.5，并配备两台额定容量为500kW的水轮发电机，型号为SFW500-14/1430，利用火电厂生产生活用水势能进行发电，充分利用好每一份来之不易的资源。

2.2水轮机组的配套机电设备及系统布置

小型水轮发电机组机房设置在厂内净水站配水井附近，同时小水电尾水位略高于配水井，主要是考虑发电后的水进入配水井不影响火电厂的冷却水供给，遇到紧急情况可以利用现有排水渠道排水。水轮机喷管前设置DN500的调压阀，该调压阀与水轮机调速器配套运行，在小水电紧急关机时，该阀可以迅速打开，完全可以避免压力管道的水压上升，从而保障引水管道的安全。水轮机组的轴承冷却水直接从压力管道引入，通过减压阀、滤水器后直接使用。水轮发电机组的制动采用油刹，压力油直接从调速器取入。按照国家规范要求，水轮发电机组的飞逸时间为2分钟。但是针对本电站的特殊性，在设备设计、生产制造时要求增大水轮发电机组的转动惯量，同时要求水轮发电机组可以飞逸10分钟以上，虽然成本略有增加，但对整个系统的安全是值得的。

3.水库取水势能发电控制系统

某厂水轮发电机出口额定电压为6kV，通过自动准同期装置可直接接入机组公用6kV母线，从而接入厂用电系统。

3.1控制系统的控制范围

1）机组主机（水轮机和发电机）及其附属设备（包括调速器、励磁系统和主阀门）的监控、调节和保护。

2）并网设备所需的电气一次、电气二次设备及自动化设备，包括6kV断路器，自动准同期装置、继电保护装置及通向集控室监控设备。

3）电站辅助设备（油、水、气系统）的监测、控制和保护。

3.2控制方式及自动化水平

2台水轮发电机组控制系统采用DCS远程控制站的控制方式，可实现无人值守，通过冗余通讯方式与机组DCS实现通讯，在集控室内实现对2台水轮发电机组的监视、控制、报警和故障停机处理。

3.3工业电视监控系统

电站建筑面积290㎡，现场安装两台一体化智能球型机，视频监控数据通过光缆与脱硫区域监视子系统工业电视系统相连接，确保监视无死角。

4.运行效益分析

4.1经济效益

按照设计运行小时计算，两台水轮发电机组年发电量6210MWh，相当于节约燃煤1437吨，有相当的环保和经济效益。水轮发电机组年发电量估算情况如表1所示。

4.2提高火电厂供电可靠性

我国西南地区地势崎岖，自然条件恶劣，冬季线路附冰严重，夏季泥石流、雷雨天气较多，不少县乡电网薄弱。某电厂只有单条出线，线路穿过附冰区，雷暴区，备用电源与出线不属一个系统，不允许合环运行，供电可靠性非常薄弱。水电设备具有启动、停机快，运行灵活的特点，而且还有独立、孤网运行能力。这给火电厂增加了一份供电安全保障，大大调高了应对极端恶劣条件的能力。

5.结语

某电厂上游水库取水势能发电的改造项目，实现了能源的综合利用，所发电量直接接入厂用电系统，有效补充了厂用电消耗，降低了生产运行成本，提高了电厂运行经济效益，现场运行情况良好，为同类型工程项目提供了借鉴。另外如果在火电厂设计之初就综合考虑取水发电综合利用，在建设水库时就设计涵洞，水资源利用效率将更高。还可以利用这一资源改造消防水系统，利用水库来水压力，保持消防水压，取消或停用消防稳压泵，即节约能源又提高了消防水的可靠性。面对资源我们要发挥智慧才能，充分利好这份资源。

参考文献：

［1］力顺，孟雄邦，李泰来，利用火力发电厂尾水发电的设计与实践［J］.水电与新能源，2010，88（2）:72-74

［2］柳华，丁倩，循环水尾能发电在电厂中的应用［J］.节能，2015，390（3）:44-4

［3］王鹏，尾水发电在重庆市鸡冠石污水处理厂的应用［J］.中国给谁排水，2010，26（6）：69-70