CN105890434A - 一种电厂循环水冷却系统，冷却方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电厂循环水冷却系统，冷却方法及应用，属于电厂冷却设备领域。该系统中的每个冷却集群包括顺次连通的循环水进水管、配水井、配水沟、2组机力通风冷却塔、多个高位集水支槽及高位集水主槽、回水池、回水沟、循环水泵、循环水回水管、回水池上方的补水池，补水池通过逆止阀和补水管线与回水池相连通，形成双层水池结构；配水井和配水沟位于回水池上部，且配水沟与机力通风冷却塔内配置的配水主管相连通；机力通风冷却塔环绕双层水池结构布置，高位集水支槽环向设在机力通风冷却塔内填料层下方；高位集水主槽沿径向设在高位集水支槽下部，且与高位集水支槽和回水池相连通，以将高位集水支槽的冷却循环水汇流并输送至回水池。

Description

一种电厂循环水冷却系统，冷却方法及应用

技术领域

本发明涉及电厂冷却设备领域，特别涉及一种电厂循环水的冷却系统，冷却方法及应用。

背景技术

对于电厂，尤其是内陆核电厂来说，通常利用循环水冷却系统将其中汽轮机凝汽器所产生的废热或余热导入环境水体或大气中。目前，循环水冷却系统通常采用自然通风冷却塔作为冷却部件，举例来说，每个循环水冷却机组一般设置有4台循环水泵，2条循环水进水管、2条循环水回水管以及一座大型钢筋混凝土自然通风冷却塔，其工作原理如下：来自汽轮机凝汽器的循环水经循环水进水管进入自然通风冷却塔中进行冷却，然后循环水泵将冷却后的循环水提升，随后通过循环水回水管再进入汽轮机凝汽器中进行循环利用。

然而，发明人发现现有技术至少存在以下技术问题：现有技术提供的循环水冷却系统使用的自然通风冷却塔的构建工程量大，土建投资及地基处理费用高，施工工期长，其内部填料的更换过程繁杂，耗时长，且在高温、高湿环境下自然通风冷却塔的冷却效率低，一旦发生冷却塔事故，将对整个发电机组造成很大的经济性影响。

基于上述，提供一种低成本、低功耗、易构建、易检修且在高温高湿环境下均具有较高冷却效率的电厂循环水冷却系统，冷却方法及应用十分必要。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种低成本、低功耗、易构建、易检修且在高温高湿环境下均具有较高冷却效率的电厂循环水冷却系统，冷却方法及应用。具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种电厂循环水冷却系统，包括多个冷却集群，其中，每个所述冷却集群包括顺次连通的循环水进水管、配水井、配水沟、2组机力通风冷却塔、多个高位集水支槽、多个高位集水主槽、回水池、回水沟、循环水泵、循环水回水管；

每个所述冷却集群还包括设置在所述回水池上方的补水池，所述补水池通过逆止阀和补水管线与所述回水池相连通，形成双层水池结构，当所述回水池内水位低于预设水位时，所述补水池在重力作用下向所述回水池内补水；

所述配水井和所述配水沟均位于所述回水池上部，且所述配水沟紧邻所述机力通风冷却塔的塔壁并与所述机力通风冷却塔内配置的配水主管相连通；

2组所述机力通风冷却塔环绕所述双层水池结构布置，多个所述高位集水支槽环向设置在所述机力通风冷却塔内配置的填料层下方，用于收集经所述填料层冷却后的循环水；多个所述高位集水主槽沿径向设置在环向设置的所述高位集水支槽下部，且同时与所述高位集水支槽和所述回水池相连通，用于将来自所述高位集水支槽的冷却循环水汇流并输送至所述回水池。

具体地，作为优选，所述每组机力通风冷却塔的两端设置有2个山墙，以在所述机力通风冷却塔内形成封闭空间，且所述机力通风冷却塔内配置有所述高位集水支槽和所述高位集水主槽，底部配置有弧形导风墙，用于将风向由水平方向导流成竖直向上的方向。

具体地，作为优选，在所述每组机力通风冷却塔内沿径向设置有至少1道隔墙，在所述每组机力通风冷却塔内形成至少2个所述冷却单元，每个所述冷却单元的底部均配置有弧形导风墙，用于将风向由水平方向导流成竖直向上的方向。

具体地，作为优选，所述配水井和所述配水沟的连接处设置有铸铁闸门。

具体地，作为优选，所述补水池和所述回水池均呈半圆形结构，且所述补水池和所述回水池的弧面相背设置。

具体地，作为优选，所述配水井设置在所述补水池和所述回水池之间，且所述补水池和所述回水池之间还设置有溢流井、排污井；

所述溢流井上回水溢流孔、补水溢流孔和配水溢流孔，

所述回水池通过所述回水溢流孔与所述溢流井相连通用于回水池溢流；所述补水池通过所述补水溢流孔与所述溢流井相连通用于补水池溢流；所述配水井通过所述配水溢流孔与所述回水池相连通，所述配水溢流孔处设置有铸铁闸门，用于防止启停机期间冷态循环。

具体地，作为优选，所述回水池与所述溢流井之间还设置有排污阀井，所述排污阀井内的排污阀一侧通过管道与所述回水池相连通，另一侧通过管道与所述溢流井相连通，用于循环水排污；

所述补水池和所述回水池之间还包括补水阀井和循环水补水管，所述循环水补水管通过补水阀井内的第一补水浮球阀向所述补水池内补水，待所述补水池内的水补满后，所述第一补水浮球阀关闭；所述循环水补水管通过所述补水阀井内的第二补水浮球阀向所述回水池内补水，待所述回水池内的水补满后，所述第二补水浮球阀关闭；所述补水池通过所述补水阀井内的逆止阀向所述回水池补水，待所述回水池内的水补满后，所述第二补水浮球阀关闭，用于实现所述补水池向所述回水池的自动补水。

具体地，作为优选，所述高位集水支槽和所述高位集水主槽均由玻璃钢矩形钢管制备得到，所述高位集水支槽的底部粘结在所述高位集水主槽的顶部，且连接处设置有通孔。

第二方面，本发明实施例提供了上述的电厂循环水冷却系统在电厂循环水冷却中的应用。

第三方面，本发明实施例提供了利用上述的电厂循环水冷却系统对电厂循环水进行冷却的方法，包括：来自汽轮机凝汽器的循环水经循环水进水管依次进入配水井和配水沟进行分配，随后按特定的分配量通过机力通风冷却塔的配水主管进入所述机力通风冷却塔的填料层进行冷却处理，冷却后的循环水设置在所述填料层下方的高位集水支槽收集并汇流至高位集水主槽中，汇流后的循环水进入回水池后再汇流至回水沟，并由循环水泵泵入循环水回水管中，进而输送至汽轮机凝汽器中进行循环利用；在此过程中，通过使用补水池向所述回水池内补水，以满足所述循环水冷却系统的补水调节要求。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的电厂循环水冷却系统，包括多个冷却集群，通过使每个冷却集群采用2组逆流式机力通风冷却塔环绕由回水池和补水池构成的双层水池结构布置，一方面，能显著降低土建工程量、土建投资和地基处理费用，另一方面，还可增加进风口面积，提高所排出的湿热空气的抬升高度，尽可能避免热空气回流而导致的冷却效率，即使在高温、高湿环境下仍然具有较高的冷却效率。通过使多个高位集水支槽环向设置在机力通风冷却塔内配置的填料层下方，使多个高位集水主槽径向设置在高位集水支槽下部，能够有效降低循环水泵的电耗。通过在回水池上方设置补水池，以便于当回水池内水位低于预设水位时，补水池在重力作用下向回水池内补水，从而满足机力通风冷却塔的补水调节需求。通过使循环水泵和机力通风冷却塔的数量相适应，使两者可同步地运行、维护和检修，且不会干扰其他冷却集群正常运行，降低冷却塔事故对整个发电机组造成的经济性影响。可见，本发明实施例提供的电厂循环水冷却系统不仅具有低成本、低功耗、易构建、易检修等优点，且在高温高湿环境下仍具有较高冷却效率，对于核电可持续发展具有重要的意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的电厂循环水冷却系统的平面示意图；

图2是本发明又一实施例提供的电厂循环水冷却系统的A-A方向上的剖面图；

图3是本发明又一实施例提供的电厂循环水冷却系统的B-B方向上的剖面图。

附图标记分别表示：

1 循环水进水管，

2 配水井，

3 配水沟，

4 机力通风冷却塔，

5 高位集水支槽，

6 高位集水主槽，

7 回水池，

8 回水沟，

9 循环水泵，

10 循环水回水管，

11 补水池，

12 溢流井，

13 排污井，

14 排污阀井，

15 补水阀井，

16 弧形导风墙。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

第一方面，本发明实施例提供了一种电厂循环水冷却系统，如附图1、附图2及附图3所示，该电厂循环水冷却系统包括多个冷却集群，其中，每个冷却集群包括顺次连通的循环水进水管1、配水井2、配水沟3、2组机力通风冷却塔4、多个高位集水支槽5、多个高位集水主槽6、回水池7、回水沟8、循环水泵9、循环水回水管10。每个冷却集群还包括设置在回水池7上方的补水池11，补水池11通过逆止阀和补水管线与回水池7相连通，形成双层水池结构，当回水池7内水位低于预设水位时，补水池11在重力作用下向回水池7内补水。配水井2和配水沟3均位于回水池7上部，且配水沟3紧邻机力通风冷却塔4的塔壁并与机力通风冷却塔4内配置的配水主管相连通。2组机力通风冷却塔4环绕双层水池结构布置，多个高位集水支槽5环向设置在机力通风冷却塔4内配置的填料层下方，用于收集经填料层冷却后的循环水；多个高位集水主槽6径向设置在环向设置的高位集水支槽5下部，且同时与高位集水支槽5和回水池7相连通，用于将来自高位集水支槽5的冷却循环水汇流并输送至回水池7。

本发明实施例提供的电厂循环水冷却系统，包括多个冷却集群，通过使每个冷却集群采用2组逆流式机力通风冷却塔4环绕由回水池7和补水池11构成的双层水池结构布置，一方面，能显著降低土建工程量、土建投资和地基处理费用，另一方面，还可增加进风口面积，提高所排出的湿热空气的抬升高度，尽可能避免热空气回流而导致的冷却效率，即使在高温、高湿环境下仍然具有较高的冷却效率。通过使多个高位集水支槽5环向设置在机力通风冷却塔4内配置的填料层下方，使多个高位集水主槽6径向设置在高位集水支槽5下部，能够有效降低循环水泵9的电耗。通过在回水池7上方设置补水池11，以便于当回水池7内水位低于预设水位时，补水池11在重力作用下向回水池7内补水，从而满足机力通风冷却塔4的补水调节需求。通过使循环水泵9和机力通风冷却塔4的数量相适应，使两者可同步地运行、维护和检修，且不会干扰其他冷却集群正常运行，降低冷却塔事故对整个发电机组造成的经济性影响。可见，本发明实施例提供的电厂循环水冷却系统不仅具有低成本、低功耗、易构建、易检修等优点，且在高温高湿环境下仍具有较高冷却效率，对于核电可持续发展具有重要的意义。

可以理解的是，本发明实施例所述的机力通风冷却塔4为本领域常见的现有技术，本发明实施例在此不对其作更具体的限定。本发明实施例所述的“多个高位集水支槽5环向设置在机力通风冷却塔4内配置的填料层下方，多个高位集水主槽6径向设置在高位集水支槽5下部”可以理解为多个高位集水支槽5呈同心的多环形结构(例如同心的多圆环形结构)设置，而多个高位集水主槽6在由多个高位集水支槽5构成的多环形结构下方，沿着多环形结构的径向设置，并与各个高位集水支槽5相连通。

作为优选，机力通风冷却塔4的两端，即上下两端设置有2个山墙，以在机力通风冷却塔4内部形成封闭空间。机力通风冷却塔4塔均配置有高位集水支槽5和高位集水主槽6，可使配水系统配置简单化，减少事故点，降低维护、检修工作量。同时，在机力通风冷却塔4底部配置有弧形导风墙，用于将风向由水平方向导流成竖直向上的方向。

作为优选，每组机力通风冷却塔4沿径向设置有至少1道隔墙，以在机力通风冷却塔4内形成2个可独立运行的冷却单元，其中，该机力通风冷却塔的配水沟和冷却单元的各配水管连接处设置有铸铁闸门，塔内均配置有高位集水支槽5和高位集水主槽6，通过如上配置，可改善机力通风冷却塔4的进风条件，减轻机力通风冷却塔事故、检修对机组运行的影响，提高冷却塔运行的灵活性。

进一步地，每个冷却单元的底部均配置有弧形导风墙16，用于将风向由水平方向导流成竖直向上的方向。可以理解的是，每个冷却单元呈扇形结构，通过在其中设置弧形导风墙16，能够使进风的方向由水平方向变成竖直向上的风向，从而直抵填料层，提高冷却效率，降低冷却塔电耗。

进一步地，本发明实施例在配水井2和配水沟3的连接处设置有铸铁闸门(其中配水沟3位于回水池7上部)，如此可单独对任意一个机力通风冷却塔4进行隔离检修，而不会影响其他冷却集群的正常工作，降低对整个循环水冷却系统的经济性影响。

进一步地，本发明实施例中的补水池11和回水池7均呈半圆形结构，且补水池11和回水池7的弧面相背设置，且补水池11位于回水池7上部，通过逆止阀和补水管线与回水池7相连通，形成双层水池结构，其中，补水池11的容量以能满足机力通风冷却塔4的补水调节要求为宜，回水池7兼做调压池，能够有效防止循环水系统瞬态导致的高位集水支槽5漫溢以及循环水泵9淹没深度不足，且在回水池7内水量不足时，由补水池11在重力作用下向回水池7内单向地补水。

进一步地，本发明实施例将配水井2设置在补水池11和回水池7之间，且补水池11和回水池7之间还设置有溢流井12、排污井13；溢流井12上设置有回水溢流孔、补水溢流孔和配水溢流孔。回水池7通过回水溢流孔与溢流井12相连通，用于回水池7的溢流；补水池11通过补水溢流孔与溢流井12相连通，用于补水池11的溢流；配水井2通过配水溢流孔与回水池7相连通，且配水溢流孔处设置有铸铁闸门，以用于防止启停机期间的冷态循环。通过如上配置，不仅可有效降低配水，补水和回水设施的建造费用，占地面积和水头损失，且便于检修人员和其他辅助设备的进出。具体地，配水井2内的水可通过溢流孔进入溢流井12，随后经回水溢流孔进入回水池7，以实现在冬季启停堆期间，将冷态循环水导入回水池7中，防止冷却塔挂冰。当补水池11内的水位超过预设值时，补水池11内的水将通过补水溢流孔进入回水池7，以减少水资源的浪费。当回水池7的水位超过预设值时，回水池7的水通过回水溢流孔进入溢流井12，以防止回水池7发生漫溢。

进一步地，回水池7与溢流井12之间还设置有排污阀井14，排污阀井14内的排污阀一侧通过管道与回水池7相连通，另一侧通过管道与溢流井12相连通，用于循环水排污。进一步地，补水池11和回水池7之间还包括补水阀井15和循环水补水管，其中，循环水补水管通过补水阀井15内的第一补水浮球阀向补水池11内补水，待补水池11内的水补满后，该第一补水浮球阀将关闭；循环水补水管通过补水阀井15内的第二补水浮球阀向回水池7补水，待回水池7内的水补满后，第二补水浮球阀关闭；补水池11通过补水阀井15内的逆止阀向回水池7补水，待回水池7内的水补满后，第二补水浮球阀关闭，用于实现补水池11向回水池7的自动补水。

本发明实施例将多个高位集水支槽5呈多环形结构设置在机力通风冷却塔4内配置的填料层下方，此处所述的多环形结构可以理解为由多个同心不同径的圆形构成的结构，如此设置能够使经填料层冷却后的循环水被快速充分地收集至高位集水支槽5中。而多个高位集水主槽6沿该多环形结构的径向设置在高位集水支槽5下部，其不仅能将各个高位集水支槽5的来水汇流并输送至回水池7，且同时可兼作高位集水支槽5的支撑横梁。具体地，作为优选，为了兼具低成本和高强度，高位集水支槽5和高位集水主槽6均由玻璃钢矩形钢管制备得到，高位集水支槽5的底部粘结在高位集水主槽6的顶部，且连接处设置有通孔，以便于使循环水流通。

第二方面，本发明实施例提供了上述的电厂循环水冷却系统在电厂循环水冷却中的应用。通过将本发明实施例提供的电厂循环水冷却系统用于对电厂，尤其是内陆核电厂循环水的冷却，不仅可使施工造价与传统循环水冷却系统相比降低至少30％，且能使循环水泵的电耗降低约25％，节约占地约10％，缩短施工周期约20％。此外，利用本发明实施例提供了的电厂循环水冷却系统进行循环水冷却，可实现在任意一组冷却塔或任意一个冷却单元发生事故或者检修、更换期间，其他冷却设备均可正常运行，保证对发电机组提供至少80％的冷却用水。进一步地，利用本发明实施例提供了的电厂循环水冷却系统进行循环水冷却，还改善了冷却设备的安装、运行、维护及检修条件，同时可实现系统性地补水，降低能耗。

在实际应用过程中，可通过如下步骤进行实施：

(1)根据厂址条件和机组参数通过冷端优化确定循环水量，机力通风冷却塔4数量、容量、特征参数和尺寸；

(2)根据核电厂最高日逐时用水变化、循环水补水系统配置，确定补水池11容量和特征尺寸，根据循环水系统瞬态计算成果，确定回水池7容量和特征尺寸；

(3)根据厂区总平面布置，地形、地质条件，完成机力通风冷却塔4群和泵房布置；

(4)完成系统土建施工；

(5)完成机力塔组件、补水设备、各类管道安装，供电、控制设备安装；

(6)完成系统各组件和系统整体调试；

(7)系统投入运行。

第三方面，本发明实施例提供了利用上述的电厂循环水冷却系统对电厂循环水进行冷却的方法，包括：来自汽轮机凝汽器的循环水经循环水进水管1依次进入配水井2和配水沟3进行分配，随后按特定的分配量通过机力通风冷却塔4的配水主管进入机力通风冷却塔4的填料层进行冷却处理，冷却后的循环水设置在填料层下方的高位集水支槽5收集并汇流至高位集水主槽6中，汇流后的循环水进入回水池7后再汇流至回水沟8，并由循环水泵9泵入循环水回水管10中，进而输送至汽轮机凝汽器中进行循环利用；在此过程中，通过使用补水池11箱回水池7内补水，以满足机力通风冷却塔4的补水调节要求。

由上述可知，本发明实施例提供的电厂循环水冷却方法具有低成本、低功耗、易构建、易检修且在高温高湿环境下仍具有较高冷却效率的优势，便于规模化推广应用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电厂循环水冷却系统，包括多个冷却集群，其特征在于，每个所述冷却集群包括顺次连通的循环水进水管、配水井、配水沟、2组机力通风冷却塔、多个高位集水支槽、多个高位集水主槽、回水池、回水沟、循环水泵、循环水回水管；

每个所述冷却集群还包括设置在所述回水池上方的补水池，所述补水池通过逆止阀和补水管线与所述回水池相连通，形成双层水池结构，当所述回水池内水位低于预设水位时，所述补水池在重力作用下向所述回水池内补水；

所述配水井和所述配水沟均位于所述回水池上部，且所述配水沟紧邻所述机力通风冷却塔的塔壁并与所述机力通风冷却塔内配置的配水主管相连通；

2组所述机力通风冷却塔环绕所述双层水池结构布置，多个所述高位集水支槽环向设置在所述机力通风冷却塔内配置的填料层下方，用于收集经所述填料层冷却后的循环水；多个所述高位集水主槽沿径向设置在环向设置的所述高位集水支槽下部，且同时与所述高位集水支槽和所述回水池相连通，用于将来自所述高位集水支槽的冷却循环水汇流并输送至所述回水池。

2.根据权利要求1所述的电厂循环水冷却系统，其特征在于，所述每组机力通风冷却塔的两端设置有2个山墙，以在所述机力通风冷却塔内形成封闭空间，且所述机力通风冷却塔内配置有所述高位集水支槽和所述高位集水主槽，底部配置有弧形导风墙，用于将风向由水平方向导流成竖直向上的方向。

3.根据权利要求1所述的电厂循环水冷却系统，其特征在于，在所述每组机力通风冷却塔内沿径向设置有至少1道隔墙，在所述每组机力通风冷却塔内形成至少2个所述冷却单元，每个所述冷却单元的底部均配置有弧形导风墙，用于将风向由水平方向导流成竖直向上的方向。

4.根据权利要求1所述的电厂循环水冷却系统，其特征在于，所述配水井和所述配水沟的连接处设置有铸铁闸门。

5.根据权利要求1所述的电厂循环水冷却系统，其特征在于，所述补水池和所述回水池均呈半圆形结构，且所述补水池和所述回水池的弧面相背设置。

6.根据权利要求1所述的电厂循环水冷却系统，其特征在于，所述配水井设置在所述补水池和所述回水池之间，且所述补水池和所述回水池之间还设置有溢流井、排污井；

所述溢流井上设置有回水溢流孔、补水溢流孔和配水溢流孔；

所述回水池通过所述回水溢流孔与所述溢流井相连通用于回水池溢流；所述补水池通过所述补水溢流孔与所述溢流井相连通用于补水池溢流；所述配水井通过所述配水溢流孔与所述回水池相连通，所述配水溢流孔处设置有铸铁闸门，用于防止启停机期间冷态循环。

7.根据权利要求6所述的电厂循环水冷却系统，其特征在于，所述回水池与所述溢流井之间还设置有排污阀井，所述排污阀井内的排污阀一侧通过管道与所述回水池相连通，另一侧通过管道与所述溢流井相连通，用于循环水排污；

所述补水池和所述回水池之间还包括补水阀井和循环水补水管，所述循环水补水管通过补水阀井内的第一补水浮球阀向所述补水池内补水，待所述补水池内的水补满后，所述第一补水浮球阀关闭；所述循环水补水管通过所述补水阀井内的第二补水浮球阀向所述回水池内补水，待所述回水池内的水补满后，第二补水浮球阀关闭；所述补水池通过所述补水阀井内的逆止阀向所述回水池补水，待所述回水池内的水补满后，所述第二补水浮球阀关闭，用于实现所述补水池向所述回水池的自动补水。

8.根据权利要求1所述的电厂循环水冷却系统，其特征在于，所述高位集水支槽和所述高位集水主槽均由玻璃钢矩形钢管制备得到，所述高位集水支槽的底部粘结在所述高位集水主槽的顶部，且连接处设置有通孔。

9.权利要求1-8任一项所述的电厂循环水冷却系统在电厂循环水冷却中的应用。

10.利用权利要求1-8任一项所述的电厂循环水冷却系统对电厂循环水进行冷却的方法，包括：来自汽轮机凝汽器的循环水经循环水进水管依次进入配水井和配水沟进行分配，随后按特定的分配量通过机力通风冷却塔的配水主管进入所述机力通风冷却塔的填料层进行冷却处理，冷却后的循环水设置在所述填料层下方的高位集水支槽收集并汇流至高位集水主槽中，汇流后的循环水进入回水池后再汇流至回水沟，并由循环水泵泵入循环水回水管中，进而输送至汽轮机凝汽器中进行循环利用；在此过程中，通过使用补水池向所述回水池内补水，以满足所述循环水冷却系统的补水调节要求。