沿海大容量火电厂防控海生物聚集技术措施研究.doc

沿海大容量火电厂防控海生物聚集技术措施研究【摘 要】 沿海建设的电厂，在充分享受取水便利、煤炭海运快捷的同时，也面临着各种自然灾害的侵袭，尤其是受海生物突发性大量聚集冲击，将会给电厂循环水系统、机组安全运行带来严重威胁。本文结合工作实际，主要就沿海大容量火电厂防控海生物聚集技术措施进行了研究。【关键词】 沿海大容量电厂 海生物聚集 循环水系统 技术改造随着我国现代化建设的快速发展和东部沿海发达地区对电能需求逐年攀升，我国在沿海地区相继建设了大量的大容量火电机组。这些沿海建设的电厂，在充分享受取水便利、煤炭海运快捷的同时，也面临着各种自然灾害的侵袭，尤其是海生物突发性大量聚集冲击，将会给电厂循环水系统、机组安全运行带来严重威胁。由于各电厂设计规划初期，均没有考虑到海生物侵袭的严重性，因此在系统设备和运行管理方面还存在一些问题。笔者结合工作实际，主要就沿海大容量火电厂防控海生物聚集技术措施问题进行了研究。1 海生物大量聚集冲击危害通常少量幼鱼、水母类动物对发电厂运行并不会构成危害。但若在短时间内大量聚集的情况下，看似无危害的动植物就可能能给电厂安全运行带来严重的威胁。2009年6月25日，广东某沿海电厂大量的小鱼进入循环水明渠，5小时内捞出的小鱼达38吨之多，造成多台循环水旋转滤网停运，多台循泵相继停运，机组濒临跳机风险，这次鱼灾造成了一台循环水泵轴承损坏、叶轮磨损，维修费约150万元，并造成232块旋转滤网网板变形，维修费约122万元，检修工期约一个月，600mw机组限负荷至360mw运行，电量损失巨大。1999年12月10日菲律宾的西伯利亚乌拉尔铝业公司电厂，2006年7月20日日本中部电力公司，2009年7月12日中国青岛发电厂等都曾遭遇大量水母堵塞循环系统造成系统关闭。由此可见，海生物大量聚集冲击循环水系统将会给电厂带来巨大的损失和危害。2 海生物特性与活动规律统计数据显示，在广东南部海域2-5月份是水母生长期，容易发生水母集中涌入循环水导流明渠现象，堵塞循环水旋转滤网，导致循环水泵跳闸。6-7月份是骨鲻幼鱼与其他小型中上层鱼类生长期，容易发生鱼群集中涌入循环水导流明渠现象，堵塞循环水旋转滤网，导致循环水泵跳闸。广东地区每年的4月至10月属于台风多发季节，与海生物繁殖旺盛期重叠，由于避风效应，台风前后往往伴有海生物大量聚集流入电厂卸煤港口港池避风，随着水流被动流入循环水导流明渠，堵塞旋转滤网，冲击循环水系统运行，威胁机组运行安全。3 循环水系统现状及存在的问题由于技术经验欠缺，沿海电厂规划设计初期普遍没有考虑到海生物大量聚集的工况和影响，因此循环水系统仅仅设置一道旋转滤网作为杂质过滤设备，过滤手段简单。旋转滤网制造工艺普遍粗糙，容易出现卡涩、网板脱落等故障，且单向旋转，一旦出现大量鱼群、水母聚集，此类海生物会粘结在旋转滤网网板上无法脱落，严重时滤网前后水位差大于5m以上，将旋转滤网压变形而停转，加剧了事故损失，现有旋转滤网无法抵御大量海生物聚集的冲击。沿海各电厂普遍采用明渠取水冷却方式，由于循环水用水量巨大，导流明渠海水流速较高，流速超过1m/s，而港池湾中水体开阔，流速平缓，海水只进不出，极易形成鱼类等天然养殖场。水母、幼鱼等游泳能力弱的海洋生物随波逐流进入港湾及明渠无法返回，很容易被取水的卷吸效应吸入。每到鱼虾繁殖期，或因台风等天气鱼类海蜇等规避行为，就会导致大量生物进入取水明渠，堵塞过滤系统，造成跳机等风险。此外南部广东地区海域，每天平均潮差1.32m，最大潮差达3.59m，潮起潮落间，海生物顺流而入，堵塞循环水旋转滤网，对循泵安全运行造成影响。循环水旋转滤网冲洗水系统设置不合理，冲洗水系统水源取自旋转滤网后池，作为旋转滤网冲洗用，在正常工况下可以满足要求，当海生物聚集时，部分水母、鱼类会堵住冲洗水泵，造成冲洗水失去，无法冲掉旋转滤网附着的海生物，加剧旋转滤网堵塞，当旋转滤网堵塞严重时，后池水位会快速下降，低于冲洗水泵吸入口，导致冲洗水系统失去，损坏设备。热控保护设置不合理，没有考虑到各种极端工况。4 导流明渠加装拦网防护改造由于电厂自备港口港池水体宽阔，具有天然避风作用，往往成为海生物生长的乐园，作为导流明渠的取水口，港池内大量海生物在未经防护情况下，容易顺流而入。因此，对导流明渠进行改造，加装拦网则成为拦截海生物的第一道防线。设置拦渔网，并在导流明渠拦网上设置专人值班，负责连续打捞海生物，阻隔流入导流明渠内的海生物。通过设置拦渔网，可以拦截70%-90%的水母、小杂鱼和垃圾等漂浮物。5 循环水旋转滤网改造当海生物大量涌入导流明渠，附着在旋转滤网网板上无法清除时，将会造成旋转滤网前后水位出现巨大落差，最大可以达到5m以上，水位差产生的静压头压迫旋转滤网导致变形，造成设备损坏。现有旋转滤网只有单向旋转功能，当海生物冲击旋转滤网时，将会出现一侧海生物积累过多现象，增加反向旋转功能，同时启用高低速功能，改变旋转滤网驱动力矩，由人工操作切换，能有效提高旋转滤网冲洗效果，减少海生物附着数量。通过在旋转滤网就地增加控制箱，设一个“正反转切换开关k1”，通过改变其相序实现其正反转功能，另外设一个“高低速切换开关k2”，通过改变电动机极对数，改变其电机旋转速度，高速1450rpm，低速730rpm。切换采用就地控制。图3为技术改造后的电路图。循环水旋转滤网增加反向旋转功能，仅需对电气部分进行适当改造即可，原配电机本身即为高低双速电机，改造技术简单。正常运行保持正转，高速状态。为了防止电机在正转停止后惰走还没有停机就切至反向旋转，导致电机转向改变后启动电流大跳闸。要求必须等旋转滤网停转后方可进行正反转、高低速切换操作。6 旋转滤网冲洗水系统改造旋转滤网冲洗水系统通过冲洗水泵从旋转滤网后池取水，加压后对旋转滤网进行冲洗，每台机组配备两台立式冲洗水泵，泵轴由上、中、下三根短轴联接而成，泵轴较短，正常运行可以满足要求，但遇上海水天文大潮低潮位、海生物堵塞旋转滤网后后池水位大幅下降时，立式冲洗水泵最底部将会露出水面，无法抽吸海水。为了保证海生物聚集时冲洗水系统正常运行，必须对冲洗水系统进行改造。第一，对冲洗水泵泵轴加长，保证在低水位时仍能抽水进行冲洗。第二，单元制机组冲洗水母管互连，充分利用多台机组并列运行的优势，增加冲洗系统安全冗余。第三，增加冲洗水系统水源，从每台循环水泵出口管排空门处引出冲洗水至冲洗水母管，作为冲洗水泵不能正常工作情况下的备用冲洗水源。7 循环水系统热控逻辑改造当海生物聚集冲击循环水系统时，将会造成旋转滤网前后水位出现差值，为了实现提前预警海生物冲击，设置旋转滤网前后水位差报警系统，当旋转滤网前后水位差大于300mm时，发出报警信号，提示运行人员做好应对措施。由于运行经验的欠缺，各电厂的最初设计往往采取较为保守的策略，循环水泵跳闸保护预留较大的安全冗余，广东沿海某电厂循环水泵初设保护逻辑设置为“旋转滤网后水位小于6.0m，延时2秒，则循环水泵跳泵”，通过认真研究循环水泵特性曲线，经实验验证，当旋转滤网后水位等于5.5m时，循泵出口压力大于0.125mpa，可以保证双台循泵安全运行。兼顾循环水泵运行的安全边界条件、低潮位运行以及海生物聚集冲击循环水系统事故工况，可以将循环水泵跳泵保护水位降低至5.0m。由于机组数量多，循环水耗量大，导流明渠内循环水流速较大，当海生物涌入时，无法摆脱，通过循环水泵跳闸逻辑保护配合，极端工况下采用循环水泵选择性、错时跳闸，减少循环水耗用量，将能保证机组最低循环水供应，降低因循环水中断停机的概率。经实验验证后将循环水泵跳泵的保护逻辑修改为：“在旋转滤网后水位小于等于7.0m时开始报警；在旋转滤网后水位小于等于6.0m时再次报警，在旋转滤网后水位小于等于5.3m，延时2秒，先跳其中一台循泵；旋转滤网后水位小于等于5.0m，延时2秒，再跳最后一台循泵”。改进逻辑后，应对海生物大量聚集冲击事故时，拦渔网人工报警作为第一道防护预警，旋转滤网水位差实现第二道防护预警，后池水位低、低低成为第三、四道报警，提示运行人员进入紧急状态，当海生物数量过多，旋转滤网后池水位过低，达到第一个保护定值5.3m时，选择性跳一台循环水泵，减少循环水耗用量，降低流速，当该措施无效时，旋转滤网后池水位继续降低至5.0m以下，跳闸最后一台循环水泵，机组停机。8 建立健全防控海生物侵袭预案海生物大量聚集冲击循环水系统，是一种特殊的事故工况，无法单纯通过设备改造可以实现防控，除了上述设备、系统、保护逻辑改造外，还要建立起一套应急处理措施，设立预警、紧急、危急三级控制预案，对应不同情况，实行分级管控。预警级：在海生物繁殖季节，当旋转滤网水位差达到300mm或拦渔网人工打捞每隔10分钟打捞上来的海生物重量达50kg/次，启动应急预警级控制预案。拦渔网、旋转滤网等岗位人员就位。紧急级：当循环水取水区域海生物大量聚集，任一台旋转滤网前后水位差达500mm，或旋转滤网因力矩开关动作而跳闸，拦渔网人工打捞每隔10分钟打捞上来的海生物重量达100kg/次，进入紧急状态，所有维修、专业技术人员进入现场，将旋转滤网罩壳打开，采用人工清理方式清除附着在旋转滤网上的海生物，机组降负荷，选择性手动停运循环水泵，降低循环水耗用量，降低导流明渠海水流速，港池出动拖船，到取水口处驱赶海生物，阻挡后续海生物进入导流明渠。危急级：因海生物大量聚集原因机组两台循环水泵跳闸，造成至少有1台机组被迫停运时，按循环水中断不破坏真空紧急停运处理，暂时不回复循环水，降低循环水用量，保住剩余机组运行，确保电网安全。9 结语海生物大量聚集属于沿海地区电厂特有的自然现象，面对这一问题，如果不及时采取相应的措施，容易造成机组停机甚至损坏设备。通过改进电厂循环水系统设备，使之具备海生物聚集预警、防护功能，提高海生物聚集应急事故处理能力。该研究成果不论是对沿海已投入商业运行的机组，还是对于新建、在建电厂，都具有十分重要的借鉴意义。参考文献：1田雷.海生物大量聚集应急预案.神华广东国华粤电台山发电有限公司j.2010.3，2（3）.