極寒地區(qū)空冷機(jī)組防凍優(yōu)化分析

孫永斌，王 禮，劉國華，揭其良

(華電電力科學(xué)研究院東北分院，遼寧 沈陽 110079)

極寒地區(qū)空冷機(jī)組防凍優(yōu)化分析

孫永斌，王 禮，劉國華，揭其良

(華電電力科學(xué)研究院東北分院，遼寧 沈陽 110079)

空冷機(jī)組在富煤貧水地區(qū)有降低能耗、減少污染、占地面積小、調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點(diǎn)，但其防凍問題一直是制約其在北方寒冷地區(qū)發(fā)展的主要原因。以白音華金山坑口發(fā)電廠(空冷機(jī)組)為例，針對(duì)其冬季氣溫低導(dǎo)致空冷島結(jié)冰嚴(yán)重、效率降低的問題，提出了抽真空過冷保護(hù)控制、霜凍保護(hù)控制、回暖控制3種優(yōu)化控制策略，經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用，解決了空冷島結(jié)凍問題，大大提高了機(jī)組真空度和冬季運(yùn)行效率，可供其它空冷機(jī)組電廠借鑒。

空冷機(jī)組；防凍控制；極寒地區(qū)

白音華地處蒙東地區(qū)，地廣人稀，風(fēng)力較大，氣溫偏低，冬季時(shí)常伴有暴雪現(xiàn)象，氣溫在-50～-40 ℃，從風(fēng)力和地理位置來看，非常適合應(yīng)用空冷機(jī)組，但由于氣溫偏低，給空冷機(jī)組的防凍問題及機(jī)組效率帶來了巨大的考驗(yàn)，因此本機(jī)組采用了3種優(yōu)化控制策略，防止極端溫度對(duì)空冷機(jī)組造成凍結(jié)[1-2]。

1 空冷系統(tǒng)概況

白音華金山坑口發(fā)電廠2×660 MW機(jī)組空冷島是由德國GEA能源技術(shù)有限公司生產(chǎn)，主要實(shí)現(xiàn)用空氣來冷凝汽輪機(jī)的排汽，通過空氣與蒸汽進(jìn)行熱交換來達(dá)到冷凝的作用。

本機(jī)組空冷凝汽器共56臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，所有風(fēng)機(jī)均采用變頻調(diào)速控制。翅片管束以等腰三角“A”型結(jié)構(gòu)構(gòu)成，“A”型兩側(cè)的翅片管束布置為順流管束和逆流管束，當(dāng)汽輪機(jī)乏汽經(jīng)聯(lián)箱流經(jīng)空冷凝汽器的翅片管束時(shí)，大量的冷空氣通過翅片管被軸流風(fēng)機(jī)吸入，進(jìn)行表面換熱，冷凝下來的凝結(jié)水由凝結(jié)水管道收集并排至凝結(jié)水箱，經(jīng)凝結(jié)水泵送入凝結(jié)水系統(tǒng)。汽輪機(jī)排汽的75%～80%乏汽在順流凝汽器中被冷卻，剩余的蒸汽在逆流凝汽器中被冷凝，避免了凝結(jié)水過冷、溶氧和凍害。在逆流管束頂部設(shè)有抽汽系統(tǒng)，防止運(yùn)行中在管束內(nèi)部的某些部位形成死區(qū)，避免在冬季產(chǎn)生凍結(jié)。

2 抽真空過冷保護(hù)控制

空冷島真空度過冷可能造成散熱面內(nèi)蒸汽流動(dòng)不暢，換熱效果差，起不到冷凝蒸汽的作用，影響機(jī)組效率，嚴(yán)重情況下可能會(huì)發(fā)生冰凍事故，給機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來困難。因此本機(jī)組采用如下的控制策略來防止抽真空度過冷情況的發(fā)生。

在機(jī)組正常運(yùn)行過程中，當(dāng)排汽溫度與所有非隔離段抽真空溫度的平均值之差超過15 ℃時(shí)，發(fā)出抽真空過冷報(bào)警，如果經(jīng)過10 min，過冷保護(hù)信號(hào)仍然存在，則抽真空過冷保護(hù)動(dòng)作，啟動(dòng)備用的水環(huán)真空泵；當(dāng)排汽溫度與所有非隔離段的抽真空溫度的平均值之差小于6 ℃并持續(xù)10 min以上，則停止運(yùn)行中的非工作真空泵。

該控制策略的目的是當(dāng)溫差過高時(shí)，通過真空泵的啟動(dòng)將空冷島受熱面內(nèi)積聚的不凝結(jié)氣體排除空冷島，當(dāng)溫差減小時(shí)，停止真空泵，保證機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3 霜凍保護(hù)控制

空冷機(jī)組中如果排汽壓力控制正常，就會(huì)避免因排汽壓力低于抽真空組的抽汽限值，導(dǎo)致過多空氣和不凝結(jié)氣體積存的情況，氣體積存可導(dǎo)致凝汽器內(nèi)的凝結(jié)水過冷，在冬季較低的環(huán)境溫度下還會(huì)結(jié)霜。因此，控制排汽壓力是霜凍保護(hù)的有效手段[3-4]。

如果在機(jī)組正常運(yùn)行的過程中，環(huán)境溫度小于2 ℃，排汽溫度與凝結(jié)水溫度之差大于15 ℃或凝結(jié)水溫度大于35 ℃時(shí)，則發(fā)出凝結(jié)水過冷信號(hào)，如果經(jīng)過10 min，霜凍保護(hù)信號(hào)仍然存在，則霜凍保護(hù)運(yùn)行動(dòng)作，延時(shí)2 s啟動(dòng)備用的水環(huán)真空泵，同時(shí)將空冷系統(tǒng)的排汽壓力設(shè)定值在原來的基礎(chǔ)上增加3 kPa，以維持系統(tǒng)的真空度。

當(dāng)排汽溫度與凝結(jié)水溫度的平均值之差小于6 ℃，并且凝結(jié)水溫度小于35 ℃時(shí)，延時(shí)10 min，復(fù)位霜凍保護(hù)運(yùn)行指令，同時(shí)控制系統(tǒng)將排汽壓力的設(shè)定值設(shè)回之前的值，停止運(yùn)行中的非工作真空泵。

該控制策略的目的是防止凝結(jié)管束過冷或者結(jié)霜，造成凝汽器真空下降，影響機(jī)組的出力，所以應(yīng)提前啟動(dòng)備用真空泵并提高真空設(shè)定值，以保證機(jī)組負(fù)荷不受影響。

4 回暖控制

出于對(duì)防凍的考慮，當(dāng)環(huán)境溫度小于2 ℃時(shí)，空冷系統(tǒng)運(yùn)行需要同時(shí)考慮列的投切和風(fēng)機(jī)的運(yùn)行；當(dāng)環(huán)境溫度大于2 ℃時(shí)，僅需要考慮風(fēng)機(jī)的運(yùn)行即可。因此當(dāng)環(huán)境溫度小于2 ℃時(shí)，采用回暖的控制策略，可以防止逆流換熱器抽汽口結(jié)冰，造成堵塞。

回暖功能投入的條件是環(huán)境溫度低于2 ℃，要有一定的熱負(fù)荷，也就是處于一定的風(fēng)機(jī)步序。熱負(fù)荷過小意味著風(fēng)機(jī)逆轉(zhuǎn)并不能吸入熱風(fēng)，也就沒有了回暖的意義?；嘏瘯r(shí)風(fēng)機(jī)先停機(jī)，然后以15 Hz反轉(zhuǎn)300 s，抽吸周邊的熱空氣，融化可能形成的冰塊。風(fēng)機(jī)停止后，正轉(zhuǎn)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)速與其它順流風(fēng)機(jī)保持一致。

當(dāng)環(huán)境溫度小于2 ℃，回暖系統(tǒng)未運(yùn)行，且風(fēng)機(jī)處于第15或16轉(zhuǎn)速級(jí)時(shí)，延時(shí)300 s自動(dòng)啟動(dòng)10～80排回暖；風(fēng)機(jī)處于第11或12轉(zhuǎn)速級(jí)時(shí)，延時(shí)300 s自動(dòng)啟動(dòng)20～70排回暖；風(fēng)機(jī)處于第7或第8轉(zhuǎn)速級(jí)時(shí)，延時(shí)300 s自動(dòng)啟動(dòng)30～60排回暖；風(fēng)機(jī)處于第3或第4轉(zhuǎn)速級(jí)時(shí)，延時(shí)300 s自動(dòng)啟動(dòng)40～50排回暖。

當(dāng)環(huán)境溫度大于5 ℃，或風(fēng)機(jī)上切至第16級(jí)，或風(fēng)機(jī)下切至第15級(jí)時(shí)，停止10～80排回暖;當(dāng)環(huán)境溫度大于5 ℃，或風(fēng)機(jī)上切至第12級(jí)，或風(fēng)機(jī)下切至第11級(jí)時(shí)，停止20～70排回暖;風(fēng)機(jī)上切至第8級(jí)，或風(fēng)機(jī)下切至第7級(jí)時(shí)，停止30～60排回暖;當(dāng)風(fēng)機(jī)上切至第4級(jí)，或風(fēng)機(jī)下切至第3級(jí)時(shí)，停止40～50排回暖。在某排逆流凝汽管束回暖時(shí)，若出現(xiàn)停止回暖保護(hù)的信號(hào)，要在該排的回暖結(jié)束后，才能停止回暖保護(hù)。

回暖的目的是防止空冷島抽汽口在冬季被凝華的冰絮堵塞，導(dǎo)致空氣在管束內(nèi)積存。

5 結(jié)束語

通過3種控制模式的優(yōu)化，空冷機(jī)組在冬季的運(yùn)行效率得到了明顯的提升，避免了因凝結(jié)水溫度過低或結(jié)霜造成真空度的降低，從而保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，避免可能造成的跳機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。該控制方式有效提高了機(jī)組的運(yùn)行效率，為空冷機(jī)組在極寒地區(qū)的可靠運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1] 李 波，楊 輝.600 MW直接空冷機(jī)組空冷控制系統(tǒng)邏輯優(yōu)化[J].東北電力技術(shù)，2010,31(4):40-41.

[2] 傅 松，于淑梅，王立新.空冷電站冬季防凍措施[J].東北電力技術(shù)，1998,19 (8):39-42.

[3] 席新銘. 電站直接空冷系統(tǒng)對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性影響的研究[D]. 北京:華北電力大學(xué),2007.

[4] 魏 德. 北方典型氣候條件下600 MW直接空冷機(jī)組的優(yōu)化運(yùn)行[D]. 北京:華北電力大學(xué),2007.

Optimization Analysis on Anti Freezing of Air-cooling Unit in Extremely Cold Area

SUN Yongbin，WANG Li，LIU Guohua，JIE Qiliang

(The Northeast Branch of Huadian Electric Power Research Institute, Shenyang, Liaoning 110079，China)

Air-cooling unit is the best choise in the much coal and less water area, it can reduce energy consumption and pollution, also can reduce area, system adjustment more flexible. The anti freezing problem of air-cooling unit is the basic reason to restrict its development in the cold area of North China, so how to control the air-cooling unit of anti freezing is the key to the development in the north.

air-cooling unit; anti freezing control; polar region

TM621

A

1004-7913(2017)01-0037-02

孫永斌(1984)，男，學(xué)士，工程師，從事電力系統(tǒng)控制自動(dòng)化方向研究與優(yōu)化改造工作。

2016-10-25)