300 MW機組直接空冷控制系統(tǒng)的設計

孔慶軍

（華能濟寧運河發(fā)電有限公司，山東 濟寧 272000）

0 引言

我國是以煤電為主體的能源生產(chǎn)和消費大國，煤炭資源卻分布在水資源匱乏的西部和中部的廣大地區(qū)。因此，在這些富煤缺水地區(qū)發(fā)展火電空冷機組，成為電力建設必由之路。直接空冷系統(tǒng)是將汽輪機排出的乏汽，由管道引入空冷凝汽器中，由環(huán)境空氣直接將排汽冷凝為凝結(jié)水，減少了常規(guī)二次換熱所需要的中間冷卻介質(zhì)，換熱溫差大，效果好?？紤]到直接空冷系統(tǒng)的節(jié)水優(yōu)勢，在新疆哈密大南湖電廠一期2×300 MW工程設計中采用了直接空冷系統(tǒng)。

1 工程概況

工程為亞臨界空冷燃煤發(fā)電機組。汽輪發(fā)電機組是北京北重汽輪電機有限責任公司的單軸、一次中間再熱、三缸雙排汽、直接空冷抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機組。直接空冷系統(tǒng)由首航艾啟威冷卻技術(shù)（北京）有限公司供貨。直接空冷系統(tǒng)主要是指自汽輪機低壓缸排汽口至凝結(jié)水泵入口范圍內(nèi)的設備和管道，直接空冷的凝汽設備稱為空冷凝汽器。

直接空冷系統(tǒng)主要包括汽輪機低壓排汽管道系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)。

汽輪機低壓排汽管道系統(tǒng)。低壓排汽管道系統(tǒng)是指由汽輪機低壓缸排汽裝置至A列外空冷凝汽器蒸汽分配管道之間的大直徑排汽管道。排汽管道直徑為DN5500，從汽機房A列引出后，橫向排汽母管采用低位布置方式。

凝結(jié)水系統(tǒng)。凝結(jié)水系統(tǒng)是指汽輪機的排汽通過排汽管道系統(tǒng)被送到空冷凝汽器的冷凝單元，與空氣進行表面換熱后在管內(nèi)冷凝，而冷卻空氣橫掠過管外，將管內(nèi)的熱量帶走。冷凝單元排列成屋頂形，上部與蒸汽分配管道相聯(lián)形成屋脊，冷凝單元的下部通過管箱和接管與凝結(jié)水收集管道相連，凝結(jié)水在此匯集后排至凝結(jié)水箱，由凝結(jié)水泵送至凝結(jié)水精處理車間[1]。冷凝單元所需的冷卻空氣由排列在屋頂下部的軸流風機提供。每臺機組空冷凝汽器（ACC）由6列凝汽器組成，每列包括：5個冷凝單元 （3個順流單元和2個逆流單元）；5套通風系統(tǒng)（每個冷凝單元一套），包括風機、變速箱和電氣裝置。

抽真空系統(tǒng)。真空排汽冷凝的蒸汽中總含有一定量的不凝氣體，如果這些氣體不能被及時排除，它們就會在以后的運行中不斷聚集在冷凝器的頂端，從而阻礙了蒸汽在此流動，導致冷卻能力下降，甚至會導致管內(nèi)通道阻塞使凝結(jié)水過冷，增加了結(jié)冰和腐蝕的危險。抽真空系統(tǒng)就是在機組啟動和正常運行時排出汽輪機、空冷凝汽器和其它輔助設備和管道中的空氣，建立和維持機組真空。每臺機組抽真空系統(tǒng)由3臺水環(huán)式真空泵組成。

2 直接空冷系統(tǒng)的熱控設計

2.1 控制方式

主廠房控制系統(tǒng)采用以微處理器為基礎(chǔ)的分散控制系統(tǒng)（DCS），直接空冷系統(tǒng)監(jiān)控采用 DCS遠程站方式納入單元機組DCS中控制，機組DCS采用山東魯能控制工程有限公司的LN2000系統(tǒng)。在集中控制室實現(xiàn)集中監(jiān)控，由DCS的操作員站完成對空冷工藝系統(tǒng)的監(jiān)控，就地不設置單獨的操作員站?？绽淇刂葡到y(tǒng)的遠程柜布置在空冷平臺下面的空冷電子間內(nèi)。

2.2 控制系統(tǒng)的設計方案及配置

主要監(jiān)控測點：排汽壓力、環(huán)境溫度、大氣壓力、風速風向、凝結(jié)水溫度、抽汽溫度、抽汽壓力、ACC清洗系統(tǒng)、閥門位置顯示和控制、空冷風機變頻控制、抽真空系統(tǒng)。

主要監(jiān)控內(nèi)容：控制系統(tǒng)通過控制啟停風機臺數(shù)和改變風機轉(zhuǎn)速來改變通過冷凝器換熱片的空氣流量，從而控制ACC性能；控制系統(tǒng)通過排汽壓力控制變頻風機，當排汽壓力改變時，風機轉(zhuǎn)速也改變，以確保提前設定的運行工況；蒸汽分配管道、凝結(jié)水及抽真空管道上執(zhí)行器的控制，通過啟閉蝶閥控制換熱面積從而實現(xiàn)背壓的調(diào)控；控制抽真空系統(tǒng)；空冷系統(tǒng)的控制作為一個模塊整合入機組DCS中實現(xiàn)空冷系統(tǒng)的智能化、自動化控制。

直接空冷系統(tǒng)空冷凝汽器的排汽壓力是主要控制參數(shù)。排汽壓力的調(diào)整是通過改變ACC管束的冷空氣流量，冷空氣的流量是通過改變風機的頻率實現(xiàn)的。風機是通過變頻控制器來實現(xiàn)一定范圍的速度控制，風機利用變頻器可以實現(xiàn)無級調(diào)速[2]。通過管束的冷空氣的速度來改變壓力和溫度是緩慢的，因此控制系統(tǒng)充分地考慮了相互之間的延遲，避免控制器出現(xiàn)振蕩。

控制系統(tǒng)的硬件配置：單元機組空冷控制系統(tǒng)設有3對控制器，1面繼電器柜，3面遠程柜?？绽湎到y(tǒng)I/O點數(shù)統(tǒng)計如表1所示（單臺機組）。

表1 空冷系統(tǒng)I/O點數(shù)統(tǒng)計表

2.3 控制系統(tǒng)的配電及接地

空冷系統(tǒng)DCS柜接受來自電氣UPS饋線屏的UPS電源及電氣汽機保安MCC的保安電源各1路，分別向空冷系統(tǒng)各DCS機柜供電，電源容量為8 kVA。

空冷系統(tǒng)的所有信號均在空冷DCS機柜側(cè)接地，每個控制機柜的系統(tǒng)地和屏蔽地銅排用接地電纜接至空冷DCS電源柜，在空冷DCS電源柜匯集后接至空冷就地電氣接地網(wǎng)。

2.4 熱控儀表設置及選型原則

空冷系統(tǒng)主要控制儀表的設置原則：排汽壓力與排氣溫度等重要調(diào)節(jié)信號按照三冗余設置；同時在排汽管道上設置就地壓力表與溫度計；每個凝結(jié)水聯(lián)箱管路中的設置溫度檢測；抽真空管道上設置壓力與溫度測點；此外，還設有風機振動測點、風機電機繞組溫度測點、風機電機減速箱潤滑油壓力測點、大氣溫度與壓力測點、環(huán)境風向風速測點等。

熱控儀表的選型原則：熱電阻采用雙支絕緣式鎧裝型鉑熱電阻（Pt100，三線制）；在就地溫度計采用不銹鋼萬向型抽芯式雙金屬溫度計，壓力表選用不銹鋼充油耐振式壓力表；變送器選擇二線制智能變送器；風機振動、過程邏輯開關(guān)、環(huán)境風向風速等儀表選擇進口優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

3 結(jié)語

除了資源分布情況，直接空冷系統(tǒng)還具有設備少、占地面積小、初投資較小、系統(tǒng)相對簡單、運行靈活等優(yōu)點[3]，因此電廠直接空冷技術(shù)在我國北方地區(qū)的應用越來越廣泛。目前新疆哈密大南湖電廠一期2×300 MW直接空冷機組已經(jīng)實現(xiàn)雙投，直接空冷通過改變風機轉(zhuǎn)速或停運風機或使風機反轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)空冷凝汽器的進風量或采取直吸熱風防止空冷凝汽器凍結(jié)，調(diào)節(jié)相對靈活，效果好。直接空冷控制系統(tǒng)運行良好，系統(tǒng)各工況工作穩(wěn)定，在寒冷地區(qū)運行經(jīng)濟性較好，并積累了成熟的運行經(jīng)驗。