大型空冷機組協(xié)調(diào)控制技術(shù)研究

王曉峰

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱150046）

1 引言

空冷汽輪機是利用空氣作為凝汽系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)，把排汽凝結(jié)為凝結(jié)水。由于空氣的干泡溫度高于濕泡溫度，所以空冷汽輪機運行背壓高于濕冷汽輪機，并且空氣溫度隨年月和晝夜變化很大，空冷機組的允許運行背壓范圍也很大。因此，目前應(yīng)用于濕冷機組的常規(guī)DEH控制方法需要進一步改進才可以使空冷機組安全經(jīng)濟地運行，本文通過分析空冷機組的特點及現(xiàn)有需要解決的問題，提出了需要進一步研究的問題及方向，為進一步提高電廠運行的經(jīng)濟性給出了較好的建議。

2 空冷機組的特點

直接空冷機組與常規(guī)濕冷機組在大部分結(jié)構(gòu)上是一致的，其最主要區(qū)別存在于冷端系統(tǒng)。直接空冷機組中的空冷凝汽器、軸流冷卻風機、立式電動機代替了濕冷機組中的晾水塔，成為冷卻蒸汽的主要器件。在這種結(jié)構(gòu)中，蒸汽從空冷凝汽器中流過，被軸流冷卻風機中的風冷卻，為表面式換熱，換熱只有一次，和濕冷換熱方式存在很大區(qū)別。正是這種區(qū)別使得空冷機組有著獨特的特點［1-4］：（1）節(jié)約用水。可以減少全廠用水的65%～80%，增加了廠址選擇的靈活性，為在北方富煤少水地區(qū)建立大型火電廠提供了條件。（2）空冷系統(tǒng)的冷卻性能受環(huán)境（氣溫、風向、風速、沙塵暴、逆溫差等）影響很大。（3）直接空冷系統(tǒng)取消了濕式水塔，減少了廠面積，消除了霧氣污染和淋水噪聲。

3 空冷機組背壓限制曲線

根據(jù)空冷機組大部分時間都處在高背壓小容積流量工況下運行的特點，首先控制汽輪機的排汽溫度，在低負荷，高背壓時，排汽熱焓高，排汽溫度高，必須通過噴水來降低和控制排汽溫度的進一步升高，保證機組在規(guī)定的排汽溫度以下能夠長期安全運行；其次是對末級葉片的保護，在高負荷、高背壓時，高密度的排汽蒸汽激發(fā)的動應(yīng)力高，要保證末級葉片動應(yīng)力在允許范圍內(nèi)長期安全運行。這就需要制定一條背壓限制曲線。空冷機組運行限制曲線是要兼顧到機組的排汽溫度控制和末級動應(yīng)力控制。使這兩部分都能達到適合于機組長期安全運行目的。圖1為某電廠600MW空冷機組運行限制曲線（背壓限制運行曲線）。

由曲線可以看出背壓和相對負荷的關(guān)系。圖1中的曲線可以分為5個區(qū)域：（1）阻塞線和相對負荷圍成的區(qū)域，為汽機不能運行的區(qū)域。（2）報警線和阻塞線圍成的區(qū)域，為汽機可以長時間運行的區(qū)域。（3）限制線和報警線圍成的區(qū)域，為背壓高報警區(qū)域。（4）跳機線和和限制線圍成的區(qū)域，為背壓高報警且限制運行時間區(qū)域（允許時間為15min，如果 15min后背壓還是在此區(qū)域，也要跳機來保護汽機）。（5）旁路停用線和跳機線圍成的區(qū)域，為停機后背壓所在的區(qū)域。

圖1 某電廠600MW空冷機組運行限制曲線

4 現(xiàn)有背壓機組的兩種背壓調(diào)整方案

4.1 在汽機的電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）中調(diào)節(jié)

將汽機的背壓作為一個現(xiàn)場控制信號采入DEH系統(tǒng)中，同時將圖1背壓運行限制區(qū)線以折線函數(shù)的形式寫入DEH。這樣在一定的相對負荷下，通過寫入DEH的折線函數(shù)，就能夠得到對應(yīng)于當前相對負荷的允許背壓，再用這個背壓和現(xiàn)場返回控制系統(tǒng)的實際背壓作比較，從而得出機組此時的背壓是否合理，如不合理，將采取相應(yīng)的控制方案來調(diào)整當前系統(tǒng)的背壓。如20%至80%相對負荷，背壓不在運行曲域時，要根據(jù)汽輪機特性和空冷塔的特性來增減負荷，控制背壓。如果背壓限制性的斜率大于空冷塔背壓特性線的斜率，采取加負荷的方法。反之，采取減負荷的方法；一般來說，根據(jù)我們的工程實踐經(jīng)驗，都是應(yīng)該減負荷,使當前背壓盡快回到運行允許的安全區(qū)域來。

4.2 在空冷島側(cè)調(diào)節(jié)

大型空冷機組的空冷島都配有獨立的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由其來控制空冷設(shè)備的運行。當反饋背壓比給定的背壓高時，要求背壓降低，可以加大軸流風機的轉(zhuǎn)速，提高空氣的流動速度，加強換熱效果，在汽機排汽流量不變時，可使背壓降低。當反饋背壓比給定的背壓低時，要求背壓升高，可以降低軸流風機的轉(zhuǎn)速，減弱空氣的流動速度，降低換熱效果，在汽機排汽流量不變時，可使背壓上升，來滿足運行限制曲線對背壓的要求。

5 需要進一步研究的問題

5.1 建立DEH與空冷島的關(guān)系（協(xié)調(diào)控制）

由于現(xiàn)有的方案都是相對獨立的，沒有建立相互的聯(lián)系，這就有一些弊病，如要求背壓降低，由空冷島控制提高軸流風機的轉(zhuǎn)速，能使背壓降低，在汽機排汽流量不變時，背壓降低，可使得汽機的功率增加。汽機增加的功率能否大于風機消耗的功率是決定此次調(diào)節(jié)當前背壓是否經(jīng)濟的關(guān)鍵。但是由于沒有建立空冷島與DEH系統(tǒng)間的控制關(guān)系，使得背壓的調(diào)整完全憑借于運行人員的經(jīng)驗，是否經(jīng)濟沒有定量數(shù)據(jù)。建立兩者關(guān)系后，即可根據(jù)當前的氣溫和主蒸汽量，確定投運空冷塔和風機的數(shù)量，得到最佳背壓和最大機組出力。反過來也可以根據(jù)當前的氣溫和出力要求，確定投運空冷塔和風機的數(shù)量，得到最佳背壓和最小主蒸汽量，使機組在最經(jīng)濟狀態(tài)下運行。

5.2 建立基于氣溫預(yù)測和發(fā)電能力預(yù)測的綜合控制模型

空氣溫度隨年月和晝夜變化也大，如果能夠建立空冷塔所在地區(qū)的氣象模型，把空氣溫度這個外界因素也考慮進去，就可以建立一個預(yù)期調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即根據(jù)氣溫趨勢和發(fā)電能力預(yù)測，確定下一時段投運空冷塔和風機的數(shù)量，提前預(yù)熱空冷設(shè)備或減少設(shè)備，提高空冷塔的響應(yīng)特性，得到最佳背壓和最小主蒸汽量，從而使空冷系統(tǒng)的控制由被動的適應(yīng)變?yōu)橹鲃拥恼{(diào)節(jié)，提高了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的能力，更有利于電廠的經(jīng)濟運行。

6 結(jié)論

本文對空冷機組的背壓曲線做了詳細的說明，并結(jié)合現(xiàn)場調(diào)試的經(jīng)驗，針對空冷機組的背壓調(diào)節(jié)，分別從汽機電液控制系統(tǒng)（DEH）和空冷島系統(tǒng)方面進行了分析，發(fā)現(xiàn)了其中需完善的地方，提出了進一步的研究方向，為提高電廠運行的經(jīng)濟性給出了較好的建議。

［1］ 王佩璋.60萬kW直接空冷機組的技術(shù)特點及其示范性［J］.山西能源與節(jié)能，2006（6）：16-17.

［2］ 楊立軍，杜小澤，楊勇平，等.直接空冷機組空冷系統(tǒng)運行問題分析及對策［J］.現(xiàn)代電力，2006，23（2）：52-55.

［3］ 謝林.直接空冷技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用［J］.電力學報，2006，21（2）：186-189.

［4］ 趙之東，楊豐利.直接空冷凝汽器的發(fā)展和現(xiàn)狀［J］.華北電力技術(shù)，2004（5）：44-50.