背压式热电厂耦合型供水系统
阅读说明：本技术 背压式热电厂耦合型供水系统 (Back pressure type thermal power plant coupling type water supply system ) 是由 蔡兴初 朱一鸣 梁涛 陈彬 郭悦 于 2021-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了背压式热电厂耦合型供水系统,在开式水供水系统的回水母管上增设支管,支管通过第一阀门与化学水箱的工业水进水主管联通,化学水箱的工业水进水主管分别通过化学水箱的工业水支路进水管与各化学水箱连接；工业水进水管通过第二阀门与化学水箱的工业水主进水管联通,第一机力塔水池补水管通过第四阀门与工业水进水管联通；增设第二机力塔水池补水管,其通过第三阀门与工业水主进水管联通,化学水箱设溢流管至机力塔水池。本发明将开式水供水系统和化学生水供水系统耦合,梯级使用冷热水,对工业水来水的余压储能利用,实现了节能的技术目的；对系统设备布设方式的改进,利用工业水来水的余压,产生较大的节能收益。(The invention discloses a back pressure type thermal power plant coupling type water supply system.A branch pipe is additionally arranged on a return water main pipe of an open water supply system, the branch pipe is communicated with an industrial water inlet main pipe of a chemical water tank through a first valve, and the industrial water inlet main pipe of the chemical water tank is respectively connected with each chemical water tank through an industrial water branch inlet pipe of the chemical water tank; the industrial water inlet pipe is communicated with an industrial water main inlet pipe of the chemical water tank through a second valve, and the water replenishing pipe of the first mechanical tower water tank is communicated with the industrial water inlet pipe through a fourth valve; and a second power tower water tank water supplementing pipe is additionally arranged and is communicated with the industrial water main water inlet pipe through a third valve, and the chemical water tank is provided with an overflow pipe to the power tower water tank. The open water supply system is coupled with the chemical raw water supply system, cold water and hot water are used in a gradient manner, and the excess pressure of the industrial water is stored and utilized, so that the technical purpose of energy conservation is realized; the improvement of the arrangement mode of system equipment utilizes the excess pressure of the industrial water to generate greater energy-saving benefit.)
技术领域
本发明涉及背压式热电厂耦合型供水系统，属于热电厂供水系统设计领域。
背景技术
由于水量上的巨大差异及对水质的不同需求，火电厂冷却水系统和化学生水供水系统通常是两套独立系统。背压式热电厂没有主机冷却水系统，仅设辅机冷却水系统。大型背压机组供热量较大，其化学生水需求量与辅机冷却水量相近，但两者对水温有不同要求：（1）辅机开式水进水需要低温水，经换热后出水是热（温）水；（2）采用超滤-反渗透膜法制除盐水时，其化学生水需要有一定的水温：水温对反渗透装置的产水量和产水水质均有影响，水温每升高1℃，在系统条件不变的情况下，其产水通量大致增大3%；温度降低时需要通过提高运行压力提高产水量。考虑膜材料的承受温度能力及寿命，化学生水的最高设计水温不宜超过30℃, 最佳设计水温约为25℃。反渗透工艺一般考虑进水加热措施。超滤反渗透装置前供水流程如下：化学生水→生水加热器→超滤反渗透装置。
某工程A位于江苏省大型石化产业基地，为满足产业基地供热需求，拟建设9×800t/h循环流化床锅炉，配置9×35MW级背压式汽轮发电机组。全厂无汽轮机（主机）循环冷却水系统，设辅机冷却开式水（以下称开式水）系统冷却全厂辅机闭式冷却水（见图3），全厂设计开式水量为7500m3/h，设计进出水温差为5℃。机组设计年运行小时数8000h，额定工况供热量为4200t/h，化学生水需水量约为5600m3/h，采用超滤-反渗透膜法制除盐水。
工程A供水系统具有以下特点：①开式水和化学生水补充水质相同，均为园区提供的净化工业水。②额定供热工况下化学生水量相当于开式水量的75%，两者水量较为接近，75%的开式水量可以满足冷季工况的辅机冷却需求。③开式水需要低温水，而化学生水的水温不宜过低。④工业水来水在厂界水压不小于0.18MPa，有可观的余压可供利用。
因此，如何将开式水供水系统和化学生水供水系统耦合实现节能，以及进一步如何实现工业水余压利用是需要解决的技术问题。
发明内容
本发明首先旨在将开式水供水系统和化学生水供水系统耦合实现节能。为了达到该技术目的，本发明提供了背压式热电厂耦合型供水系统，包括开式水供水系统与化学生水供水系统，在开式水供水系统的回水母管上增设支管，所述支管通过第一阀门与化学水箱的工业水进水管联通，所述化学水箱的工业水进水管分别通过化学水箱的工业水支路进水管与各化学水箱连接，所述化学水箱的工业水支路进水管设置化学水箱的工业水进水阀门；第一机力塔水池补水管（小口径）通过第四阀门与工业水主进水管联通；增设大口径的第二机力塔水池补水管，所述第二机力塔水池补水管通过第三阀门与工业水主进水管联通，化学水箱设溢流管至机力塔水池。
进一步地，该系统的运行方法如下：在工业水水温低于设定阈值时，开式水系统采用工业水直流供水，经换热后的开式水供化学生水，此时关闭第二阀门以及机力塔的进水阀门，其它阀门全开。
进一步地，该系统的运行方法如下：在工业水水温高于设定阈值时，开式水系统采用带机力塔的循环供水方式，工业水直供化学生水，此时关闭第一阀门和第三阀门，其他阀门全开。
进一步地，该系统的运行方法如下：若化学生水需水量相较于开式水供水量小，并且之间差值大于设定阈值时，开式水系统采用带机力塔的循环供水方式。在冷季时，通过增大开式循环水系统补水量，以旁流的方式向化学水箱补充换热后的开式水。具体操作可通过调整化学水箱的工业水进水阀门开度，调节化学生水量与回机力塔水量的平衡来维持系统运行平稳。
进一步地，将机力塔水池抬高设定高度。
进一步地，增容机力塔水池。
进一步地，取消开式水供水系统循环水进水前池和半地下循泵房，将辅机冷却循环水泵设置在机力塔水池下方。
进一步地，将化学水池设置为钢制水箱。
本发明所取得的有益技术效果：
本发明将开式水供水系统和化学生水供水系统耦合，梯级使用冷热水，对工业水来水的余压储能利用。设计兼具直流及循环功能的节能型开式水供水系统，实现了节能的技术目的。
通过冷热水的梯级使用及对系统设备布设方式的改进，利用工业水来水的余压，产生较大的节能收益。
附图说明
图1为传统开式水供水系统示意；
图2为传统开式水供水系统高程示意图；
图3为辅机冷却水-水换热示意图；
图4为传统化学生水供水系统示意图；
图5为传统化学生水供水系统高程示意图；
图6为本发明具体实施例提供的耦合型供水系统示意图；
图7为本发明具体实施例提供的耦合型供水系统高程示意图；
图8为本发明具体实施例提供的耦合型供水系统机力塔和循泵布置 示意图；
图9为本发明具体实施例达产期开式水直流供水系统流程示意图；
图10为本发明具体实施例达产期开式水循环供水系统流程示意图；
图11为本发明具体实施例达产过渡期开式循环供水系统流程示意图； 图中标记：1：回水母管；2：支管；3:溢流管；4：化学水箱的工业 水支路进水管；5：化学水箱的工业水进水管；6：工业水主进水管； 7：第二机力塔水池补水管；8：第一阀门；9：第二阀门；10：第三阀门；11：化学水箱；12：机力塔的进水阀门；13：化学水箱的工 业水进水阀门；14：第四阀门；15：第一机力塔水池补水管。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：如图6所示，背压式热电厂耦合型供水系统，包括开式水供水系统与化学生水供水系统，在开式水供水系统的回水母管1上增设支管2，所述支管2通过第一阀门8与化学水箱的工业水进水管联通5，所述化学水箱的工业水进水管5分别通过化学水箱的工业水支路进水管4与各化学水箱连接，所述化学水箱的工业水支路进水管4设置化学水箱的工业水进水阀门13；所述化学水箱的工业水进水管5通过第二阀门9与工业水主进水管6联通，第一机力塔水池补水管15通过第四阀门14与工业水主进水管6联通；增设第二机力塔水池补水管7，第二机力塔水池补水管7通过第三阀门10与工业水主进水管6联通，化学水箱11设溢流管3至机力塔水池。
本实施例中开式水供水系统与化学生水供水系统独立设置。开式水供水系统流程如下：
工业水来水→机力塔水池→循环水泵→辅机换热器→机力塔
化学生水供水系统流程如下：
工业水来水→化学水池→化学生水泵→生水加热器→
超滤反渗透装置
开式水系统配4×33.3%辅机冷却循环水泵（以下称循泵）、3×40%机械通风冷却塔（以下称机力塔），供回水母管，供回水母管管径为DN1200，设进水前池和半地下式循环水泵房。
化学供水系统配置2座5000m3化学水池以及6台化学生水泵（以下称生水泵），化学水池为钢混结构，池高4m，半地下布置，设半地下式生水泵房。机力塔、化学水池等毗邻布置。
机力塔、循泵、化学水池、生水泵等均布置在水务区。开式水供水系统和高程示意图见图1、图2，化学生水供水系统和高程示意图见图4、图5，主要设备参数见表1。
表1 独立型供水系统主要设备参数表
本实施例中，第二机力塔水池补水管7管径为DN1000，通过扩大进机力塔水池的补充水管管径，工业水可大量进入机力塔水池，该工业水量同辅机冷却开式冷却水量。在辅机开式水回水管道上设置旁路管道及阀门。经换热后的开式水在进机力塔前可进入化水水箱。
化水水箱11的工业水支路进水管4为低位进水，并设置回阀即化水水箱的工业水进水阀门13。化水水箱设置溢流管3至机力塔。通过设置溢流管3，防止循环水供水量与化学需水量不平衡，如循环水量大于化学需水量。
通过在辅机冷却开式水回水管道即回水母管1上设置旁路管道及阀门，经换热后的辅机冷却开式水在进机力塔前可进入化学水箱。
实施例2：基于实施例1提供的背压式热电厂耦合型供水系统 地运行方法，包括：
①在工业水水温较低(低于设定阈值)的时候，开式水系统采 用直流供水方式，经换热后的开式水供化学生水；此时关 闭第二阀门Vb(即第二阀门9)(见图6，下同)和机力塔的进水阀门12(也就是开式水供水系统的回水母管连接 机力塔的阀门)，其他阀门全开。达产期开式水直流供水 系统流程如图9所示：
②在工业水水温较高(高于设定阈值)时，供水系统切换为独 立供水系统，即：开式水系统采用带机力塔的循环供水方 式，工业水直供化学水箱；此时关闭阀门第一阀门Va(即 第一阀门8)和第三阀门Vc(即第三阀门10)，其他阀门全 开。达产期开式水循环供水系统流程如图10所示：
③若化学生水需水量远小于开式水供水量，匹配较困难时， 开式水系统采用带机力塔的循环供水方式。此时关闭阀门 Vb(即第二阀门9)，其他阀门全开。在冷季时，可通过增 大循环水系统补水量，以旁流的方式向化学水箱补充换热 后的开式水。具体操作可通过调整化学水箱的进水阀门开 度，调节化学生水量与回机力塔水量的平衡来维持系统运行平稳。达产过渡期开式循环供水系统流程如图11所示：
鉴于超滤反渗透装置入口的水温不宜超过30℃，故热季(6如 夏季)采用带机力塔的循环冷却水系统，其他季节可切换成直流供 水系统。
实施3：在以上实施例的基础上，为了实现工业水余压利用，所述背压式热电厂耦合型供水系统可选择采用以下至少一种改进：
通过抬高蓄水构筑物等措施，将工业水余压转换为势能从而利用，具体实施例中可选地，拟利用工业水余压15m。
抬高机力塔水池，具体实施例中可选地，设计水池水位为15m。通过抬高蓄水构筑物内设计水位，并与钢制化学水箱高水位配套，将工业水余压转换为势能蓄能，从而利用工业水余压。
增容机力塔水池，具体实施例中可选地，在平面尺寸确定（L×B=48m×19m）的情况下，适当加大其有效水深至4m，有效容积约3600m3，机力塔水池兼具了调蓄厂外工业水功能；
取消循环水进水前池和半地下循泵房，循环水泵设置在机力塔水
池下方(如图8所示)。
钢混结构的化学水池改为钢制水箱即化学水箱，具体实施例中可选地，化学水箱直径21m，水箱设计水位15m，高19m，地面布置，相应化学水泵房也由半地下布置改为地上布置，即化学生水泵为地面布置，泵房无下部结构。
可选地，化学水箱采用钢制水箱，有效容积约为2小时的化学生水需求量。运行中可能出现化学生水需水量短时波动，将和开式水供水量不匹配，过量的开式水需要从化学水箱溢流回至机力塔水池。考虑溢流水头差需要，设定溢流水位为18m，确定水箱实际高度为19m，水箱直径为21m。
化学水箱采用钢制水箱，运行中可能出现化学生水需水量短时波动，将和开式水供水量不匹配，过量的开式水需要从化学水箱溢流回至机力塔水池。
考虑可能会出现的工业水来水水压不足工况，在工业水进入机力塔（化学水箱）输水管道上设置旁路，安装2×50%提升水泵作为备用措施。
当厂外工业水来水水压不足15m时，备用的提升水泵通过设置在管道上的压力开关自动启动，按泵出口压力16m恒压变频运行；当厂外工业水来水水压大于15m时，提升水泵自动停泵。
本实施例中，辅机冷却循环水泵和提升水泵均布置在机力塔水池下部空间，并设围护结构。该布置方案在减少占地的同时省去了通常设计中的循环水泵房前池及相应设备。
机力塔水池兼具调蓄厂外工业水功能，适当加大有效容积。
本发明/实用新型所达到的有益效果：
以工程A为例，按达产期为计算工况，通过冷热水的梯级使用及利用工业水来水的余压，产生较大的节能收益。
（1） 蓄能（工业水余压利用）
本项目设计工业水用水量约为5600 m3/h，设计利用工业水余压为15m。降低生水泵配套电机降低功率约290kW，全年（12个月）节约电耗约232万kWh，按上网电价0.475元/kWh计，年节约电费110万元。
（2） 节电
①机力塔在直流供水工况不运行。按机力塔按运行2台，全年（8个月）运行5333h计，全年节约风机电耗约141万kWh（按风机铭牌功率）。
②开式水在直流工况不上机力塔，循泵扬程降低10m，直流工况（8个月）节约电耗约103万kWh。
（3） 节汽
辅机循环水回水后供化学生水，可降低化学生水加热耗汽量68t/h（加热用蒸汽参数：P=0.6MPa，t=180℃），全年（8个月）节省蒸汽量约363万t，折合标煤37.4万t，按标煤价800元/t计，年节约燃料费2992万元。
（4）节水
直流供水工况，开式水不上机力塔，无机力塔蒸发、风吹和排污水量损失。按直流工况（8个月）平均干球温度9℃为计算工况，节水量约为60m3/h，全年共节水约32万m3，按工业水价2元计，年节约水费约64万元。
以上所述仅是本发明/实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明/实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明/实用新型的保护范围。
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