600 MW間接空冷塔溫度的自動(dòng)控制和優(yōu)化

焦宏波，竇紅霞

(大唐陽(yáng)城發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 晉城 048102)

1 空冷塔及其百葉窗的控制概況

大唐陽(yáng)城發(fā)電有限責(zé)任公司2×600 MW間接空冷機(jī)組選取了哈蒙式的表面式凝汽器與海勒式空冷散熱器相結(jié)合的方式，創(chuàng)造性地采用了自然通風(fēng)冷卻塔和表面式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)流程為：循環(huán)水進(jìn)入表面式凝汽器的水側(cè)，通過(guò)表面換熱冷卻凝汽器汽側(cè)的汽輪機(jī)排汽，受熱后的循環(huán)水由循環(huán)水泵送至空冷塔，通過(guò)空冷散熱器與空氣進(jìn)行表面換熱，循環(huán)水被空氣冷卻后再返回凝汽器去冷卻汽輪機(jī)排汽，構(gòu)成了閉式循環(huán)。

該系統(tǒng)采用了自然通風(fēng)冷卻塔，散熱器布置在塔底部四周的邊緣，共分為8個(gè)區(qū)域，稱為8個(gè)扇區(qū)。每個(gè)扇區(qū)有11組冷卻三角，每組冷卻三角有2組散熱器，每個(gè)扇區(qū)的循環(huán)水從11組散熱器的底部進(jìn)入，從頂部回到循環(huán)水的母管上。每2組散熱器由1個(gè)執(zhí)行器控制的百葉窗來(lái)控制通過(guò)2組散熱器的風(fēng)量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)扇區(qū)出水溫度的控制。1座空冷塔共有90套百葉窗，分別由90個(gè)執(zhí)行器來(lái)控制其開度。

正常情況下，在夏季時(shí)室外溫度高，空冷塔各扇區(qū)的百葉窗基本保持全開，不進(jìn)行開度調(diào)節(jié)；在春、秋季時(shí)，早晚和夜間會(huì)對(duì)百葉窗的開度進(jìn)行少量調(diào)節(jié)，以保證凝汽器的背壓不致過(guò)低，最低維持在6 kPa(絕對(duì)壓力)以上；最重要的是在冬季，當(dāng)環(huán)境溫度低于零度時(shí)，如果不能很好地保證各扇區(qū)的出水溫度，就可能由于循環(huán)水溫度過(guò)低，而造成散熱器局部受凍，若發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)散熱器大面積受凍、破裂的情況。散熱器損壞意味著產(chǎn)生巨大的財(cái)產(chǎn)損失、設(shè)備無(wú)法投運(yùn)、影響機(jī)組發(fā)電量、供電煤耗增大等惡劣影響。另外，由于空冷塔內(nèi)總共有90個(gè)執(zhí)行器來(lái)控制百葉窗的開度，運(yùn)行人員無(wú)法手動(dòng)對(duì)每個(gè)執(zhí)行器操作，且手動(dòng)調(diào)節(jié)溫度會(huì)有很大的超前或滯后，無(wú)法滿足負(fù)荷快速變化對(duì)系統(tǒng)的要求。所以，百葉窗的自動(dòng)控制對(duì)于空冷塔的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著極其重要的作用。

2 空冷塔百葉窗的自動(dòng)控制

空冷塔百葉窗自動(dòng)控制的主要對(duì)象為循環(huán)水的熱水溫度和每個(gè)扇區(qū)的回水溫度。因?yàn)橹灰h(huán)水的熱水溫度和扇區(qū)的回水溫度穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，就能保證通過(guò)散熱器的水溫，從而防止過(guò)冷的空氣將散熱器的溫度降到冰點(diǎn)以下。同時(shí)，由于扇區(qū)出水溫度的高低與循環(huán)水回水溫度的高低是相對(duì)應(yīng)的，這就意味著扇區(qū)出水溫度同時(shí)影響著凝汽器的背壓。所以，在進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)時(shí)，凝汽器背壓的大小也是一個(gè)重要的控制對(duì)象。

由于百葉窗的開度對(duì)扇區(qū)出水溫度、凝汽器背壓影響較大，以及機(jī)組、空冷塔的工況的不連續(xù)性，百葉窗的開度不能連續(xù)調(diào)節(jié)，否則可能使凝汽器背壓頻繁上下波動(dòng)，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性、安全性。所以，百葉窗的執(zhí)行器選用了AUMA關(guān)斷型執(zhí)行器，接受開關(guān)量的脈沖指令，指令延續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間，執(zhí)行器就動(dòng)作多長(zhǎng)時(shí)間。根據(jù)調(diào)試結(jié)果，確定執(zhí)行器每4 min檢測(cè)1次動(dòng)作條件，如果條件滿足，就動(dòng)作1次，每次動(dòng)作脈沖時(shí)間為2 s；如果條件不滿足，等待4 min后再次檢測(cè)。以下各種工況下的開啟、關(guān)閉調(diào)節(jié)都是以此為基礎(chǔ)的。

2.1 環(huán)境溫度 >6 ℃

(1) 如果凝汽器背壓>7 kPa，循環(huán)水熱水溫度>38 ℃或8 min內(nèi)溫升達(dá)4 ℃(為響應(yīng)溫度的快速變化)，則扇區(qū)的百葉窗進(jìn)行開啟調(diào)節(jié)；如果熱水管溫度<35 ℃，則扇區(qū)的百葉窗進(jìn)行關(guān)閉調(diào)節(jié)。

(2) 如果背壓<7 kPa ，背壓升到了最高限(用主汽流量的函數(shù)計(jì)算的背壓低限，加上2 kPa的回滯區(qū))或8 min內(nèi)背壓壓升達(dá)1 kPa(為響應(yīng)背壓的快速變化)，則扇區(qū)的百葉窗進(jìn)行開啟調(diào)節(jié)；如果背壓達(dá)低限(用主汽流量的函數(shù)計(jì)算的背壓低限)，或8 min內(nèi)背壓降低了1 kPa(為響應(yīng)背壓的快速變化)，則扇區(qū)的百葉窗進(jìn)行關(guān)閉調(diào)節(jié)。

2.2 環(huán)境溫度 <6 ℃

(1) 如果背壓>7 kPa，循環(huán)水熱水溫度>(28-環(huán)境溫度×0.091) ℃，且熱水管溫度>38 ℃，則扇區(qū)的百葉窗進(jìn)行開啟調(diào)節(jié)；或者在每8 min檢測(cè)1次，扇區(qū)回水和循環(huán)水熱水溫度溫升達(dá)4 ℃，則扇區(qū)的百葉窗進(jìn)行開啟調(diào)節(jié)。

(2) 如果背壓<7 kPa，扇區(qū)回水溫度>(28-環(huán)境溫度×0.091) ℃，且背壓達(dá)高限(用主汽流量的函數(shù)計(jì)算值，加上2 kPa的回滯區(qū))，則扇區(qū)的百葉窗進(jìn)行開啟調(diào)節(jié)；或者在每8 min檢測(cè)1次，扇區(qū)回水溫度溫升達(dá)4 ℃且背壓升高達(dá)1 kPa，則扇區(qū)的百葉窗進(jìn)行開啟調(diào)節(jié)；如果背壓達(dá)低限(用主汽流量的函數(shù)計(jì)算的背壓低限)，或者8 min內(nèi)其溫降達(dá)4 ℃且扇區(qū)回水溫度<34 ℃，則扇區(qū)的百葉窗進(jìn)行關(guān)閉調(diào)節(jié)。

2.3 環(huán)境溫度 <2 ℃

如果扇區(qū)回水溫度<(16-環(huán)境溫度×0.091)℃，則認(rèn)為過(guò)冷，開始關(guān)閥。延時(shí)150 s后扇區(qū)將切除放水。

2.4 非溫度影響

(1) 如果背壓>7 kPa，8 min內(nèi)循環(huán)水熱水溫度溫降達(dá)4 ℃，則扇區(qū)進(jìn)行關(guān)閉調(diào)節(jié)。

(2) 如果背壓<7 kPa，8 min內(nèi)背壓壓降達(dá)1 kPa，則扇區(qū)進(jìn)行關(guān)閉調(diào)節(jié)。

(3) 如果扇區(qū)回水溫度<(30-環(huán)境溫度×0.091) ℃，扇區(qū)進(jìn)行關(guān)閉調(diào)節(jié)。

(4) 如果扇區(qū)回水溫度<(21 -環(huán)境溫度×0.091) ℃，則禁止開啟扇區(qū)，延時(shí)10 s后將扇區(qū)的百葉窗全關(guān)。

背壓低限計(jì)算公式：

背壓低限=[69.7-(1 980-主汽流量)×0.032 4]÷10+2(kPa)。

3 極端惡劣天氣下自動(dòng)控制和優(yōu)化

機(jī)組投產(chǎn)后的2年多來(lái)，每年冬天都會(huì)出現(xiàn)少量散熱片受凍的情況。經(jīng)過(guò)觀察，發(fā)現(xiàn)空冷塔每2個(gè)冷卻三角之間的連接處存在微小縫隙，在大風(fēng)降溫天氣時(shí)，冷風(fēng)通過(guò)這些細(xì)縫帶走了散熱片的部分熱量。另外，由于每個(gè)扇區(qū)的循環(huán)水都是從11組散熱片的底部、中間進(jìn)入的，造成了中間流量大，兩邊流量小的情況。

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，在空冷塔每個(gè)扇區(qū)的第6，17冷卻柱上各安裝2支溫度計(jì)，位置在散熱器的表面，同一個(gè)冷卻三角兩面各1支，用于測(cè)量散熱片進(jìn)口的最低風(fēng)溫，并通過(guò)控制每個(gè)扇區(qū)兩側(cè)各3個(gè)百葉窗的開度，提高通過(guò)這些扇區(qū)冷卻三角的水溫，最終提高每個(gè)扇區(qū)最容易受凍的兩側(cè)的防凍能力。具體的自動(dòng)控制方式如下。

(1) 當(dāng)?shù)?冷卻柱上的溫度降到冰凍臨界點(diǎn)溫度以下(約8 ℃)時(shí)，該扇區(qū)冷卻三角左側(cè)的3個(gè)百葉窗轉(zhuǎn)入新的控制方式，將關(guān)閉5 %(約3 s)；系統(tǒng)每隔1 min檢測(cè)1次，如果溫度依然較低，繼續(xù)關(guān)閉，直至溫度上升到危險(xiǎn)臨界溫度以上(約12℃)，停止關(guān)閉。

(2) 當(dāng)?shù)?冷卻柱上的溫度穩(wěn)定上升到15 ℃時(shí)，這3個(gè)百葉窗的控制轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)溫度控制模式，即原來(lái)的控制方式。

(3) 第17冷卻柱上的溫度用于控制該扇區(qū)冷卻三角右側(cè)的3個(gè)百葉窗，原理同上。

(4) 除左、右各3個(gè)百葉窗的控制邏輯需要改變，其余百葉窗的控制邏輯不變。

4 百葉窗自動(dòng)控制需要注意的幾個(gè)問(wèn)題

(1) 散熱片保護(hù)的重要性不亞于汽輪機(jī)的保護(hù)，所有調(diào)節(jié)所涉及到的環(huán)境溫度、循環(huán)水熱水溫度、循環(huán)水冷水溫度等溫度測(cè)量元件，都需要采取“三取二”的方式，以確保測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。

(2) 因?yàn)槊總€(gè)扇區(qū)的11個(gè)百葉窗都是脈沖式的動(dòng)作，而每個(gè)百葉窗動(dòng)作時(shí)可能會(huì)由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)卡澀、百葉窗卡澀、百葉窗阻力等不同情況，導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間調(diào)節(jié)中各個(gè)百葉窗的開度會(huì)出現(xiàn)不一致。這樣就需要增加“同步”的功能，即每隔1天的時(shí)間，由運(yùn)行人員來(lái)操作“同步”功能，將本扇區(qū)的11個(gè)執(zhí)行器同時(shí)關(guān)至全關(guān)位，然后再同時(shí)開啟到原來(lái)的開度位置，以保證各百葉窗的開度一致。

(3) 當(dāng)環(huán)境溫度低于0 ℃時(shí)，需要將4，5號(hào)扇區(qū)中的1個(gè)扇區(qū)放水，關(guān)閉所有百葉窗，即將1個(gè)扇區(qū)退出運(yùn)行，以提高其他扇區(qū)的流速；當(dāng)環(huán)境溫度低于-5 ℃時(shí)，將4，5號(hào)扇區(qū)全部放水，關(guān)閉所有百葉窗，再次提高流速。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)空冷塔冷卻三角的百葉窗的自動(dòng)控制和優(yōu)化，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的試驗(yàn)，掌握了大量的優(yōu)化、自動(dòng)調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)，便于機(jī)組在不同工況、不同季節(jié)及時(shí)地進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，使空冷塔長(zhǎng)期、安全的運(yùn)行。作為國(guó)內(nèi)首例間接空冷機(jī)組，其控制方式、優(yōu)化和累積的經(jīng)驗(yàn)、數(shù)據(jù)，對(duì)于同類型機(jī)組的運(yùn)行來(lái)說(shuō)，具有很好的參考價(jià)值。