CN113073704B - 一种可实现尾水冷却器自清污的水电站技术供水系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可实现尾水冷却器自清污的水电站技术供水系统，该系统在现有的闭式循环技术供水系统基础上增设一套自清污单元，并对局部管路作相应调整；该自清污单元包括储存压缩空气和水体蓄能罐以及与蓄能罐出气口连接的吹扫管组。本发明不仅无需额外配套设置清淤系统，仅依靠现有的循环水泵以及新增的吹扫管组和蓄能器，即可实现尾水冷却器自动清淤；此外，本发明不仅大幅度减小了尾水冷却器的日常维护量，也缩短了尾水冷却器深度清理时检修维护人员在尾水平台的工作时间，从而降低人工维护期间发生危险的可能性。

Description

一种可实现尾水冷却器自清污的水电站技术供水系统
技术领域
本发明涉及水电站的机组技术供水系统领域，具体涉及一种可实现尾水冷却器自清污的水电站技术供水系统。
背景技术
水电站的机组技术供水系统主要为发电机空气冷却器、机组轴承冷却器、水冷式变压器冷却器等提供冷却用水；为机组主轴密封、止漏环等提供润滑水；其中冷却用水量占总用水量的80％～90％。技术供水系统包括水源、冷却器、管网、阀件、监控等。
对于水质较差，泥沙含量较高的水电站，为防止杂质对机组冷却设备造成损坏，技术供水系统一般采用闭式循环冷却系统，即以干净的生活用水作为闭式系统的循环介质，利用循环介质吸收机组运行时候的发热量，随后通过水-水冷却器再将热量传递给外界水体，从而保证水轮发电机组运行过程中各发热部件的温度在合理范围内。由于该水-水冷却器一般布置于电站下游尾水水体内，故称其为尾水冷却器。尾水冷却器一般布置在靠近下游厂房的尾水平台上。为便于尾水冷却器的安装、检修和更换，在其周围设置隔离墙，仅留一个方向与水体相通(该方向上设置有可升降的隔离闸门)，这使得尾水冷却器周围的水体将形成一个流动“缓滞区”，即该区域内的水体与主流区域的水体交换非常弱。考虑到尾水冷却器一般为管式换热器，即由许多个细小换热管组成，该结构特性以及细小换热管上适宜的温度使尾水冷却器具有易积淤、易附着水生物的特点，而“缓滞区”的存在进一步加剧了上述问题的程度。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种可实现尾水冷却器自清污的水电站技术供水系统，具体技术方案如下：
一种可实现尾水冷却器自清污的水电站技术供水系统，该系统包括两条并联的动力支路、冷却水循环回路上的水轮发电机组冷却水用户、尾水冷却器以及用于系统注水和补水的高位水箱，一条动力支路上依次设置有1#泵进口供水阀、1#泵、1#泵出口止回阀和1#泵出口供水阀，另一条动力支路上依次设置有2#泵进口供水阀、2#泵、2#泵出口止回阀和2#泵出口供水阀；
该系统还包括自清污单元，该自清污单元包括蓄能罐进水阀、蓄能罐、蓄能罐进气阀、蓄能罐出气阀、第一压力传感器、第二压力传感器以及吹扫管组，蓄能罐的上方安装第一压力传感器，下方安装第二压力传感器；清污待机状态下，蓄能罐的内部上方为压缩空气，下方为水体；蓄能罐的底部设置有进水口和排水口，进水口安装蓄能罐进水阀；蓄能罐的上部设置有进气口和出气口，进气口安装蓄能罐进气阀且蓄能罐进气阀后管路直通大气，出气口安装蓄能罐出气阀且蓄能罐出气阀后管路与吹扫管组连接；吹扫管组包含多个吹扫支管，每个吹扫支管上设置有吹扫喷头和防止尾水倒流的吹扫支管止回阀，吹扫喷头正对尾水冷却器；
该系统还在1#泵出口止回阀与1#泵出口供水阀间设置第一出口回水支管，在第一出口回水支管上设置1#泵出口回水阀；在1#泵和1#泵进口供水阀间设置第一进口回水支管，在第一进口回水支管上设置1#泵进口回水阀；在2#泵出口止回阀与2#泵出口供水阀间设置第二出口回水支管，在第二出口回水支管上设置2#泵出口回水阀；在2#泵和2#泵进口供水阀间设置第二进口回水支管，在第二进口回水支管上设置2#泵进口回水阀；1#泵出口回水阀后支管与2#泵出口回水阀后支管汇接成一根总管后与高位水箱相连接；1#泵进口回水阀前支管与2#泵进口回水阀前支管汇接成一根总管后与蓄能罐的排水口相连；另外，在高位水箱与蓄能罐的进水口之间设置连通支管；在尾水冷却器的进水管和出水管上分别安装第一温度传感器和第二温度传感器。
进一步地，系统中的所有阀门均为电动阀。
进一步地，1#泵和2#泵选用变频泵。
进一步地，在蓄能罐中设置活动隔板，将蓄能罐分隔成上部空气腔和下部水腔。
本发明的有益效果如下：
本发明以现有闭式循环技术供水系统为基础，不仅无需额外配套设置清淤系统，也无需添加新的动力设备，仅依靠现有的循环水泵以及新增的吹扫管组和蓄能器，即可实现尾水冷却器自动清淤；本发明还提供了定时和定温差两种工作模式，以适应不同的工作需求。此外，本发明不仅大幅度减小了尾水冷却器的日常维护量，也缩短了尾水冷却器深度清理时检修维护人员在尾水平台的工作时间，从而降低人工维护期间发生危险的可能性。
附图说明
图1为现有的闭式循环技术供水系统示意图；
图2为本发明的可实现尾水冷却器自清污的技术供水系统示意图(自清污待机状态)；
图3为本发明的可实现尾水冷却器自清污的技术供水系统三维示意图；
图4为本发明的可实现尾水冷却器自清污的技术供水系统示意图(自清污工作状态)；
图5为本发明的可实现尾水冷却器自清污的技术供水系统示意图(蓄能罐排水进气)；
图6为本发明的可实现尾水冷却器自清污的技术供水系统示意图(蓄能罐进水压气)；
图中，1#泵1a、2#泵1b、1#泵出口止回阀2a、2#泵出口止回阀2b、1#泵出口供水阀3a1、1#泵出口回水阀3a2、2#泵出口供水阀3b1、2#泵出口回水阀3b2、水轮发电机组冷却水用户4、尾水冷却器5、1#泵进口供水阀6a1、1#泵进口回水阀6a2、2#泵进口供水阀6b1、2#泵进口回水阀662、高位水箱7、蓄能罐进水阀8、蓄能罐9、蓄能罐进气阀10、蓄能罐出气阀11、吹扫支管止回阀12、吹扫喷头13、第一压力传感器14、第二压力传感器15、第一温度传感器16、第二温度传感器17。
具体实施方式
如图1所示，现有的闭式循环技术供水系统有两个并联的动力支路。两个支路上分别设置有1#泵1a和2#泵1b，这两台泵互为备用，交替工作。1#泵1a进口设置有1#泵进口供水阀6a1，出口依次设置有1#泵出口止回阀2a和1#泵出口供水阀3a1。2#泵1b进口设置有2#泵进口供水阀6b1，出口依次设置有2#泵出口止回阀2b和2#泵出口供水阀3b1。1#泵出口供水阀3a1后的支管与2#泵出口供水阀3b1后的支管汇接成一根总管后与水轮发电机组冷却水用户4进水侧相连。1#泵进口供水阀6a1前的支管与2#泵进口供水阀6b1前的支管汇接成一根总管后与尾水冷却器5出水侧相连。水轮发电机组冷却水用户4出水侧与尾水冷却器5进水侧相连。高位水箱7布置在高于水轮发电机组冷却水用户4的高点位置，通过管路与水轮发电机组冷却水用户4进水管相连接。高位水箱7主要用于初期系统注水和运行期系统补水。在图1中，1#泵1a处于工作状态，2#泵1b处于备用状态，形成现有的闭式循环技术供水系统的水流循环路径
Figure BDA0002963130920000031
如图2～3所示，本发明在图1的基础上增加了一套自清污单元，并对现有的闭式循环技术供水系统进行了改进。其中，自清污单元包括蓄能罐进水阀8、蓄能罐9、蓄能罐进气阀10、蓄能罐出气阀11、第一压力传感器14、第二压力传感器15以及吹扫管组。蓄能罐9的上方安装第一压力传感器14，下方安装第二压力传感器15。清污待机状态下，蓄能罐9的内部上方为压缩空气，下方为水体。蓄能罐9的底部设置有进水口和排水口，进水口安装蓄能罐进水阀8；蓄能罐9的上部设置有进气口和出气口。进气口安装蓄能罐进气阀10且蓄能罐进气阀10后管路直通大气。出气口安装蓄能罐出气阀11且蓄能罐出气阀11后管路与吹扫管组连接。吹扫管组包含多个吹扫支管，每个吹扫支管上设置有吹扫喷头13和防止尾水倒流的吹扫支管止回阀12，吹扫喷头13正对尾水冷却器5。
另外对现有的闭式循环技术供水系统的改进如下：
在1#泵出口止回阀2a与1#泵出口供水阀3a1间增设第一出口回水支管，在第一出口回水支管上增设1#泵出口回水阀3a2；在1#泵1a和1#泵进口供水阀6a1间增设第一进口回水支管，在第一进口回水支管上增设1#泵进口回水阀6a2。同样，在2#泵出口止回阀2b与2#泵出口供水阀3b1间增设第二出口回水支管，在第二出口回水支管上增设2#泵出口回水阀3b2；在2#泵1b和2#泵进口供水阀6b1间增设第二进口回水支管，在第二进口回水支管上增设2#泵进口回水阀6b2。1#泵出口回水阀3a2后支管与2#泵出口回水阀3b2后支管汇接成一根总管后与高位水箱7相连接。1#泵进口回水阀6a2前支管与2#泵进口回水阀6b2前支管汇接成一根总管后与蓄能罐9的排水口相连。另外，在高位水箱7与蓄能罐9的进水口之间增设连通支管。最后，在尾水冷却器5的进水管和出水管上分别安装第一温度传感器16和第二温度传感器17。
为了实现本发明的系统的自动控制，本发明的系统中的所有阀门均优选电动阀。
为了消除高位水箱7的布置局限性，以及适应不同的运行工况，1#泵1a和2#泵1b选用变频泵。
为了防止蓄能罐9中的空气进入正常的冷却水循环系统中，在蓄能罐9中设置活动隔板，将蓄能罐9分隔成上部空气腔和下部水腔。
本发明的工作过程如下：
(1)自清污待机模式
在正常冷却水循环工作状态下，自清污单元处于待机模式，蓄能罐9内部保有足量的压缩空气。此时，当1#泵1a处于运行状态，2#泵1b处于备用状态时，1#泵进口供水阀6a1、1#泵出口供水阀3a1、1#泵出口回水阀3a2处于开启状态，其余阀门均处于关闭状态，以此保持闭式循环冷却系统正常运行。反之，当1#泵1a处于备用状态，2#泵1b处于运行状态时，2#泵进口供水阀6b1、2#泵出口供水阀3b1、1#泵出口回水阀362处于开启状态，其余阀门均处于关闭状态，以此保持闭式循环冷却系统的正常运行。图2为1#泵1a处于运行状态，2#泵1b处于备用状态时的自清污待机模式系统图。
(2)自清污工作模式
图4为1#泵1a处于运行状态，2#泵1b处于备用状态时的自清污工作模式系统图，自清污单元具有定时和定温差两种工作模式。
在定时工作模式下，定期开启蓄能罐出气阀11，随后蓄能罐9中的压缩空气依次经蓄能罐出气阀11、吹扫支管止回阀12、吹扫喷头13，对尾水冷却器5进行吹扫，以此去除尾水冷却器5上的淤泥和水生物。单次蓄能罐出气阀11的开启时长由初期设定。
在定温差工作模式下，当尾水冷却器5进出水管上的水温差低于设定值时，开启蓄能罐出气阀11，实现对尾水冷却器5的清污吹扫，当尾水冷却器5进出水管上的水温差达到设定值时，关闭蓄能罐出气阀11。
(3)自清污蓄能模式
在自清污工作模式下，当第一压力传感器14提示蓄能罐9内的空气压力低于设定值时，系统将进入自清污蓄能模式。图5～6为1#泵1a处于运行状态，2#泵1b处于备用状态时的自清污蓄能模式系统图。
图5示意了自清污蓄能模式下的蓄能罐9排水进气阶段。此时，关闭蓄能罐出气阀11，开启蓄能罐进气阀10、2#泵进口回水阀6b2、2#泵出口回水阀3b2，同时启动2#泵1b，从而将蓄能罐9内的水输送至高位水箱7，并将外部的空气引入蓄能罐内。此时的回水回路为
Figure BDA0002963130920000051
当第二压力传感器15提示蓄能罐9内水压降低到设定值后，将进入下一阶段，即蓄能罐9进水压气阶段。
图6示意了自清污蓄能模式下的蓄能罐9进水压气阶段。此时，关闭蓄能罐进气阀10、2#泵进口回水阀6b2、2#泵出口回水阀3b2，同时停止2#泵1b。随后开启蓄能罐进水阀8，此时，高位水箱7内的水在重力作用下进入到蓄能罐9中，从而对蓄能罐9内的空气进行压缩，形成具有一定压力的压缩空气。当第一压力传感器14的压力值不再变化时，关闭蓄能罐进水阀8，系统恢复到自清污待机模式。

Claims (4)

1.一种可实现尾水冷却器自清污的水电站技术供水系统，该系统包括两条并联的动力支路、冷却水循环回路上的水轮发电机组冷却水用户(4)、尾水冷却器(5)以及用于系统注水和补水的高位水箱(7)，一条动力支路上依次设置有1#泵进口供水阀(6a1)、1#泵(1a)、1#泵出口止回阀(2a)和1#泵出口供水阀(3a1)，另一条动力支路上依次设置有2#泵进口供水阀(6b1)、2#泵(1b)、2#泵出口止回阀(2b)和2#泵出口供水阀(3b1)，其特征在于，
该系统还包括自清污单元，该自清污单元包括蓄能罐进水阀(8)、蓄能罐(9)、蓄能罐进气阀(10)、蓄能罐出气阀(11)、第一压力传感器(14)、第二压力传感器(15)以及吹扫管组，蓄能罐(9)的上方安装第一压力传感器(14)，下方安装第二压力传感器(15)；清污待机状态下，蓄能罐(9)的内部上方为压缩空气，下方为水体；蓄能罐(9)的底部设置有进水口和排水口，进水口安装蓄能罐进水阀(8)；蓄能罐(9)的上部设置有进气口和出气口，进气口安装蓄能罐进气阀(10)且蓄能罐进气阀(10)后管路直通大气，出气口安装蓄能罐出气阀(11)且蓄能罐出气阀(11)后管路与吹扫管组连接；吹扫管组包含多个吹扫支管，每个吹扫支管上设置有吹扫喷头(13)和防止尾水倒流的吹扫支管止回阀(12)，吹扫喷头(13)正对尾水冷却器(5)；
该系统还在1#泵出口止回阀(2a)与1#泵出口供水阀(3a1)间设置第一出口回水支管，在第一出口回水支管上设置1#泵出口回水阀(3a2)；在1#泵(1a)和1#泵进口供水阀(6a1)间设置第一进口回水支管，在第一进口回水支管上设置1#泵进口回水阀(6a2)；在2#泵出口止回阀(2b)与2#泵出口供水阀(3b1)间设置第二出口回水支管，在第二出口回水支管上设置2#泵出口回水阀(3b2)；在2#泵(1b)和2#泵进口供水阀(6b1)间设置第二进口回水支管，在第二进口回水支管上设置2#泵进口回水阀(6b2)；1#泵出口回水阀(3a2)后支管与2#泵出口回水阀(3b2)后支管汇接成一根总管后与高位水箱(7)相连接；1#泵进口回水阀(6a2)前支管与2#泵进口回水阀(6b2)前支管汇接成一根总管后与蓄能罐(9)的排水口相连；另外，在高位水箱(7)与蓄能罐(9)的进水口之间设置连通支管；在尾水冷却器(5)的进水管和出水管上分别安装第一温度传感器(16)和第二温度传感器(17)。
2.根据权利要求1所述的一种可实现尾水冷却器自清污的水电站技术供水系统，其特征在于，系统中的所有阀门均为电动阀。
3.根据权利要求1所述的一种可实现尾水冷却器自清污的水电站技术供水系统，其特征在于，1#泵(1a)和2#泵(1b)选用变频泵。
4.根据权利要求1所述的一种可实现尾水冷却器自清污的水电站技术供水系统，其特征在于，在蓄能罐(9)中设置活动隔板，将蓄能罐(9)分隔成上部空气腔和下部水腔。
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