海勒式間接空冷控制技術(shù)在300 MW火電機(jī)組中的應(yīng)用及研究

張志剛,白東海,王 健

（國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院,山西 太原 030001）

海勒式間接空冷控制技術(shù)在300 MW火電機(jī)組中的應(yīng)用及研究

張志剛,白東海,王 健

（國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院,山西 太原 030001）

介紹了山陰昱光電廠海勒式間接空冷系統(tǒng)的控制邏輯以及系統(tǒng)和設(shè)備的保護(hù)邏輯。分析和總結(jié)了在調(diào)試和運(yùn)行過程中遇到的各種問題,并提出了具體的解決方法和措施,極大地減輕了運(yùn)行人員的操作,同時(shí)也保護(hù)了設(shè)備的安全。

海勒式間接空冷系統(tǒng)；順序控制；凝汽器

0 引言

海勒式間接空冷是由匈牙利的海勒教授創(chuàng)建的帶有噴射式混合凝汽器的空冷系統(tǒng)，近年來該技術(shù)在國外已經(jīng)有了較大地發(fā)展和應(yīng)用，而在國內(nèi)應(yīng)用的比較少，山西省目前只有山陰昱光電廠一家。海勒式間接空冷技術(shù)與直接空冷相比主要有如下的優(yōu)點(diǎn): 用水量及耗水率低；冷卻效率高，提高了電廠的經(jīng)濟(jì)效率；受氣候條件的影響?。徊捎脽熕弦?，通過冷卻塔排煙對(duì)環(huán)境影響小; 噪音較低。

1 某電廠設(shè)備現(xiàn)狀

山陰昱光電廠2×300 MW機(jī)組采用海勒式間接空冷系統(tǒng)。如圖1所示，2臺(tái)機(jī)組配置1座空冷塔，冷卻扇段在塔內(nèi)交錯(cuò)布置（每臺(tái)機(jī)組共有5個(gè)扇段，1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)扇段為一部分，4號(hào)、5號(hào)扇段為一部分，這兩部分各設(shè)有一個(gè)旁路閥）。每臺(tái)機(jī)組的循環(huán)水系統(tǒng)由自然通風(fēng)間接空冷塔、2×50 %容量水力機(jī)械組（每臺(tái)水力機(jī)械組包含1臺(tái)循環(huán)水循環(huán)泵、1臺(tái)能量回收水輪機(jī)和1臺(tái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)）、循環(huán)水管道、凝汽器組成，在循環(huán)泵出口及水輪機(jī)入口有用于快關(guān)的液壓閥,系統(tǒng)冷熱水事故疏水門則是采用能夠快開的液壓閥。

海勒式間接空冷系統(tǒng)有兩次換熱：第一次在噴射式凝汽器內(nèi)對(duì)汽輪機(jī)排氣的冷凝，屬混合式換熱；第二次是由循環(huán)泵將凝汽器內(nèi)的循環(huán)水送入空冷塔經(jīng)與空氣換熱進(jìn)行冷卻，屬表面式換熱。循環(huán)水冷卻系統(tǒng)是指擔(dān)任散熱任務(wù)的冷卻三角和空冷塔等，循環(huán)水進(jìn)入混合式凝汽器，與汽機(jī)排汽混合換熱以冷卻汽機(jī)排汽，受熱后的大部分循環(huán)冷卻水約98%由循環(huán)泵送入冷卻塔經(jīng)與空冷散熱器的冷卻元件（冷卻三角）與空氣進(jìn)行表面換熱，少部分約2%經(jīng)過精處理裝置送到汽機(jī)回?zé)醄1]。冷卻后的循環(huán)水再由與循環(huán)泵同軸安裝的水力機(jī)械組經(jīng)壓頭回收后返回凝汽器去冷卻汽輪機(jī)排汽，整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)全部采用合格的除鹽水。

分散式控制系統(tǒng)DCS(Distributed Control System)采用美國 ABB公司生產(chǎn)的Symphony控制系統(tǒng)，其中給間接空冷系統(tǒng)配置了2對(duì)冗余的控制器，而循環(huán)水系統(tǒng)和輔機(jī)干冷共用2對(duì)冗余的控制器。

2 系統(tǒng)的主要保護(hù)邏輯和控制功能描述

2.1 循環(huán)水系統(tǒng)

海勒式間接空冷的循環(huán)水系統(tǒng)主要有循環(huán)泵、循環(huán)泵入口電動(dòng)閥、循環(huán)泵出口液動(dòng)閥、水輪機(jī)導(dǎo)葉、水輪機(jī)導(dǎo)葉入口液動(dòng)閥、水輪機(jī)出口電動(dòng)閥，以及擔(dān)負(fù)散熱任務(wù)的冷卻三角散熱器、百葉窗、空冷塔等。

圖1 海勒式間接空冷系統(tǒng)簡圖

2臺(tái)循環(huán)水泵將來自噴射式凝汽器的循環(huán)水經(jīng)過冷卻塔冷卻扇段然后從冷卻塔再回到噴射式凝汽器。管道系統(tǒng)內(nèi)恒定的壓力由水輪機(jī)導(dǎo)葉的位置進(jìn)行控制，其同時(shí)控制冷卻元件頂部的水位。系統(tǒng)內(nèi)恒定的水量由儲(chǔ)水箱和凝汽器水位控制。

水力機(jī)械功能組包括同軸連接布置的循環(huán)水泵、水輪機(jī)以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)，除此以外還有2臺(tái)位于泵的排水側(cè)以及水輪機(jī)進(jìn)口側(cè)的水壓重錘閥，作為冷卻系統(tǒng)和噴射式凝汽器的必要保護(hù)設(shè)備。在泵的吸入側(cè)以及水輪機(jī)出口側(cè)有2臺(tái)用于阻斷水力機(jī)械組的電動(dòng)機(jī)械閥門。水力機(jī)械功能組的順序控制可分為打開和關(guān)閉兩種程控。打開程序分為水力機(jī)械組一次啟動(dòng)和水力機(jī)械組二次啟動(dòng)，打開程序的啟動(dòng)由操作員手動(dòng)啟動(dòng)，關(guān)閉程序可以由操作員手動(dòng)啟動(dòng)或者通過一些保護(hù)程序自動(dòng)完成。所有打開程序均有一些前提條件，這些條件必須在啟動(dòng)程序開始之前得到滿足。關(guān)閉程序的自動(dòng)啟動(dòng)有一定標(biāo)準(zhǔn)要求，操作員可以在任何時(shí)候手動(dòng)啟動(dòng)關(guān)閉程序。

2.2 溫度（百葉窗）控制

冷卻三角扇段由冷卻塔外圍電動(dòng)機(jī)械百葉窗，相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)械進(jìn)水閥門，出水閥門，冷熱水疏水閥門等組成。冷卻三角扇段并排連接并獨(dú)立工作，因此5個(gè)扇段功能組控制是完全相同的，主要執(zhí)行冷卻三角扇區(qū)的順控投入和退出，以及在出現(xiàn)故障時(shí)啟動(dòng)扇區(qū)的自動(dòng)疏水功能。

冷卻三角在第三個(gè)面上(進(jìn)氣側(cè))安裝有百葉窗，夏季情況下百葉窗大部分時(shí)間是全開的。而當(dāng)環(huán)境溫度偏低，尤其在冬季時(shí)可以使冷凝器內(nèi)產(chǎn)生更低的真空度（低于阻塞點(diǎn)真空度），因此需要通過關(guān)小百葉窗的開度來降低冷卻塔的散熱能力。

打開百葉窗：主熱水管線的溫度高于（設(shè)定點(diǎn)+非工作區(qū)），就發(fā)打開百葉窗的脈沖指令，如果240 s后打開百葉窗的條件仍在，就接著再發(fā)打開百葉窗的指令，直到打開百葉窗的條件不存在。

關(guān)閉百葉窗：主熱水管線的溫度低于（設(shè)定點(diǎn)－非工作區(qū)），就發(fā)關(guān)閉百葉窗的脈沖指令，如果240 s后關(guān)閉百葉窗的條件仍在，就接著再發(fā)關(guān)閉百葉窗的指令，直到關(guān)閉百葉窗的條件不存在；主熱水管線的溫度高于（設(shè)定點(diǎn)－3×非工作區(qū)），就發(fā)關(guān)閉百葉窗的脈沖指令，如果120 s后關(guān)閉百葉窗的條件仍在，就接著再發(fā)關(guān)閉百葉窗的指令，直到關(guān)閉百葉窗的條件不存在。

百葉窗的保護(hù)：環(huán)境溫度<2 ℃，扇區(qū)出水溫度<(12－環(huán)境溫度×0.2) ℃發(fā)90 s脈沖關(guān)閉百葉窗；扇區(qū)冷卻柱溫度共有4個(gè)，其中任意一個(gè)<6℃，發(fā)6 s的脈沖指令關(guān)閉百葉窗，同時(shí)在90 s后，如果本扇區(qū)任意一個(gè)冷卻柱溫度仍<6 ℃就再發(fā)6 s的關(guān)閉百葉窗脈沖指令，直到本扇區(qū)所有的冷卻柱溫度>10 ℃； 環(huán)境溫度<2 ℃，本扇區(qū)剛投運(yùn)（扇區(qū)剛充水完成），發(fā)60 s的脈沖指令關(guān)閉百葉窗。

百葉窗的同步：在扇區(qū)充水完成后，由于百葉窗的位置反饋都是依靠指令在DCS邏輯中計(jì)算出來的，因此運(yùn)行人員監(jiān)視不到百葉窗的實(shí)際位置，只能定期去就地檢查。并且同一個(gè)扇區(qū)每個(gè)百葉窗的實(shí)際開關(guān)時(shí)間有差異，而發(fā)指令的時(shí)間卻一樣，這樣百葉窗動(dòng)作的次數(shù)多了以后，造成同一扇區(qū)每個(gè)百葉窗的位置不一致，這樣就造成了百葉窗開度大的部分對(duì)應(yīng)的冷卻元件在冬季可能被凍壞。因此運(yùn)行人員應(yīng)該每隔一段時(shí)間對(duì)處于運(yùn)行狀態(tài)扇區(qū)的百葉窗執(zhí)行一次位置同步程序。百葉窗同步順序如下。

a）確定并記憶存儲(chǔ)在發(fā)出同步指令時(shí)相應(yīng)扇段百葉窗執(zhí)行器的平均位置。

b）關(guān)閉相應(yīng)扇段百葉窗。

c）發(fā)出百葉窗打開指令直到百葉窗平均位置達(dá)到記憶存儲(chǔ)時(shí)的平均位置。

2.2.1 壓力控制

壓力控制的任務(wù)在于確保冷卻系統(tǒng)內(nèi)冷卻元件和管道內(nèi)理想的壓力狀態(tài)。其主要任務(wù)是保持冷卻元件頂部水位以確保冷卻元件中冷卻水的正常循環(huán)，防止空氣進(jìn)入系統(tǒng)，同時(shí)確保冷卻系統(tǒng)的最大流量。

通過水輪機(jī)導(dǎo)葉對(duì)5個(gè)三角冷卻扇區(qū)的立管水位進(jìn)行控制：當(dāng)5個(gè)立管水位中的最小水位>3800mm，以一定的速率加大水輪機(jī)導(dǎo)葉的開度，時(shí)間為2 s，同時(shí)在5 s后，如果開啟水輪機(jī)導(dǎo)葉開度的條件仍存在，就再發(fā)2 s的指令加大水輪機(jī)導(dǎo)葉的開度，直到5個(gè)立管水位中的最小水位<3 750mm；當(dāng)5個(gè)立管水位中的最小水位<2800 mm，以一定的速率減小水輪機(jī)導(dǎo)葉的開度，時(shí)間為2 s，同時(shí)在5 s后，如果減小水輪機(jī)導(dǎo)葉開度的條件仍存在，就再發(fā)2 s的指令減小水輪機(jī)導(dǎo)葉的開度，直到5個(gè)立管水位中的最小水位>2 850mm。

2.2.2 水平衡控制

水平衡控制的目的是確保凝汽器和儲(chǔ)水箱內(nèi)正確和理想水位。 凝汽器水位控制優(yōu)先于儲(chǔ)水箱水位控制。

3 海勒式間接空冷系統(tǒng)調(diào)試問題分析及建議

a) 所有扇段百葉窗的位置反饋都是依靠開關(guān)指令在DCS邏輯中計(jì)算出來的，并不能準(zhǔn)確地反映百葉窗的實(shí)際位置，只能定期去就地檢查，建議把百葉窗的位置信號(hào)從就地引到運(yùn)行操作畫面上來，這在河坡項(xiàng)目的間接空冷系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)了。EGI（日產(chǎn)公司）設(shè)計(jì)扇區(qū)百葉窗的控制采用的是開關(guān)量信號(hào)，不同于傳統(tǒng)的模擬量控制，極大地增加了控制的難度，造成背壓的大幅波動(dòng)，自動(dòng)控制投入的效果不理想。

b）凝汽器水位控制的設(shè)計(jì)不合理，由于采用的是帶中停地電動(dòng)門，結(jié)果造成凝汽器水位的波動(dòng)，為了使得凝汽器水位控制平穩(wěn)，避免造成機(jī)組不必要的擾動(dòng)和跳機(jī)。增加了一個(gè)薄膜氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)凝汽器水位，而電動(dòng)門改為在凝汽器水位<2060mm時(shí)保護(hù)開，凝汽器水位>5 100 mm時(shí)保護(hù)關(guān)。經(jīng)過改進(jìn)后的凝汽器水位控制平穩(wěn)，滿足了機(jī)組運(yùn)行的要求。

c）循環(huán)泵出口液動(dòng)閥和水輪機(jī)導(dǎo)葉入口液動(dòng)閥只設(shè)計(jì)了一個(gè)電磁閥，這樣做不安全，因?yàn)楫?dāng)一個(gè)電磁閥出現(xiàn)故障時(shí)，液動(dòng)閥就會(huì)關(guān)閉，進(jìn)而造成循環(huán)泵跳閘，很快就會(huì)導(dǎo)致背壓大幅升高，造成低壓缸防爆膜破裂，機(jī)組停機(jī)，這種情況在調(diào)試中發(fā)生過。因此需要在原先的電氣回路上再增加一個(gè)電磁閥，這樣，就可以有效地防止機(jī)組誤動(dòng)。

4 結(jié)論

本文闡述了海勒式間接空冷控制技術(shù)在300MW火電機(jī)組中的應(yīng)用，其中以在山陰昱光電廠的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，分析和總結(jié)了在調(diào)試過程中遇到的各種問題和解決的方法。300 MW海勒式間接空冷系統(tǒng)的順控和保護(hù)比較完善，極大地減輕了運(yùn)行人員的操作，同時(shí)也保護(hù)了設(shè)備的安全。但也在其他方面存在一些弊端，尤其是在冬季的時(shí)候，由于百葉窗的位置反饋都是依靠指令計(jì)算出來的，并不能準(zhǔn)確反映百葉窗的實(shí)際位置，因此需要運(yùn)行人員經(jīng)常執(zhí)行同步操作，并就地實(shí)際檢查，防止同一扇區(qū)的百葉窗開度不一致，造成冷卻元件凍裂，這種情況在河坡電廠間接空冷調(diào)試中進(jìn)行了改進(jìn)。另外，百葉窗的溫度自動(dòng)控制效果不理想，需要運(yùn)行人員手動(dòng)操作來控制熱水管線的溫度。

[1] 田亞釗，陳曉峰. 直接空冷系統(tǒng)與海勒式間接空冷系統(tǒng)的比較[J].華北電力技術(shù)，2006（1）:38-41.

Application and Research o f Heller Indirect Air Cooling Control Technology in 300 MW Coal-f ired Power Unit

ZHANG Zhigang, BAI Donghai, WANG Jian

（State Grid Shanxi Electirc Power Research Institute, Taiyuan, Shanxi 030001, China）

The paper discusses control and protection logic of Heller indirect air cooling system in Shanyin Yuguang power plant. Various problems during commissioning and operation are analysed and summarized, and specific solutions and measures are proposed.

Heller indirect air cooling; sequence control; control scheme

TK264.1

B

1671-0320（2016）04-0048-04

2016-03-11，

2016-05-24

張志剛（1975）,男，山西定襄人，2005年畢業(yè)于太原理工大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，工程師，從事熱工自動(dòng)化研究工作；白東海（1980），男，山西太原人，2007年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電子信息專業(yè)，高級(jí)工程師,從事熱工自動(dòng)化研究工作；

王 ?。?989），男，山西渾源人，2011年畢業(yè)于山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電一體化專業(yè)，從事熱工自動(dòng)化研究工作。