大風天氣下間接空冷系統(tǒng)DCS控制策略研究

邢照凱++高麗紅

【摘 要】通常認為大風天氣對直接空冷系統(tǒng)運行的影響要遠大于間接空冷系統(tǒng)，但通過相關模擬分析及機組的實際運行經驗表明，大風條件下間接空冷系統(tǒng)的散熱能力也會顯著惡化。針對上述情況，本文提出了大風天氣下間接空冷系統(tǒng)可以在DCS中采取的控制策略及措施，為應對此種天氣影響提供了可行的方案。

【關鍵詞】大風天氣 間接空冷 DCS控制策略

1 引言

通常來說，環(huán)境風對于空冷系統(tǒng)的散熱能力影響較為明顯。直接空冷系統(tǒng)由于空氣動力學性能較差，其散熱能力容易受到環(huán)境風的影響，易造成凝汽器背壓升高，嚴重時可能導致機組停機。對于間接空冷系統(tǒng)，由于間冷塔出口離散熱器入口較遠，因而基本能消除熱回流現(xiàn)象，另外圓柱形塔筒的空氣動力學性能相對較好，所以通常認為間接空冷系統(tǒng)受風影響遠小于直接空冷系統(tǒng)。

2 大風天氣對間接空冷效果的影響

然而，根據(jù)文獻[1]中所進行的數(shù)值模擬分析結果來看，在小風條件下間接空冷系統(tǒng)散熱能力較好，凝汽器背壓的波動幅度小。但在大風條件下其散熱能力顯著惡化，造成凝汽器背壓升高，機組無法滿發(fā)。從環(huán)境來風的角度分析來看（圖1），間冷塔內空氣流動的動力來自塔內外密度差引起的浮力抽吸。當環(huán)境來風經過間冷塔進口時，散熱器所處條件主要有以下幾種：

（1）迎風面為正壓區(qū)，該區(qū)域的進風速度增大，從而提高了相應扇區(qū)的散熱能力；

（2）側面為加速低壓區(qū)，由于此處風速加快導致壓力降低，從而減小了原有的抽吸力，降低了相應扇區(qū)的散熱能力；

（3）背風面為渦流區(qū)，此處易產生渦流而導致熱空氣無法流出，降低了相應扇區(qū)的散熱能力。

根據(jù)以上幾種散熱器入口條件，當環(huán)境風速小時，產生的風壓變化較小，不同區(qū)域的散熱器散熱能力有的提高有的下降，造成的整體影響較小。當環(huán)境風速較大時，產生的風壓變化與間冷塔內散熱器的阻力甚至整塔的抽力相當，而正壓區(qū)的散熱能力提高難以彌補其他區(qū)域散熱器散熱能力下降的趨勢，從而造成間接空冷系統(tǒng)散熱能力的顯著惡化。

文獻[2]則從間接空冷機組實際運行角度佐證了上述分析的正確性。在我國西北地區(qū)，大風天氣較為頻繁。該地區(qū)的某機組間接空冷系統(tǒng)在大風天氣下，迎風面區(qū)域的來風量很大，間冷塔內風速很高，從而顯著影響了背風面進入的空氣量。嚴重時甚至使背風面扇區(qū)空氣的流向由塔內流向塔外，使該扇區(qū)完全沒有散熱效果。而對于間冷塔兩側的扇區(qū)，此處風速加快導致風壓降低，也影響了相應扇區(qū)進入的空氣量。由于大風天氣使除迎風面外的其他區(qū)域散熱器散熱能力顯著下降，致使間冷塔循環(huán)水出水溫度升高，進而導致凝汽器背壓升高，機組無法滿發(fā)。

3 大風天氣下可行的控制策略及措施

根據(jù)以上分析結果來看，大風環(huán)境將使間接空冷系統(tǒng)的散熱能力顯著惡化。為了降低這種影響，建議可以采取以下控制策略及措施：

（1）考慮從DCS系統(tǒng)的控制邏輯上減小大風對于凝汽器背壓的影響。

通常在環(huán)境溫度>5℃的運行工況下，間接空冷系統(tǒng)的主要被控參數(shù)為凝汽器背壓。在DCS系統(tǒng)的百葉窗控制回路中，凝汽器背壓的PID調節(jié)器可以根據(jù)背壓實際值與設定值的偏差進行計算，從而產生百葉窗開度指令[3]。

而凝汽器背壓又直接受間接空冷塔循環(huán)水出水溫度的影響。因此，在DCS的各扇區(qū)百葉窗控制回路中，建議加入風速風向對于凝汽器背壓的前饋作用?？梢酝ㄟ^建模仿真及現(xiàn)場調試，以維持凝汽器背壓在設定值為目標，建立當?shù)氐湫铜h(huán)境風向及風速與各扇區(qū)百葉窗開度的函數(shù)。通過前饋調節(jié)，當大風出現(xiàn)時百葉窗開度可以快速響應，以維持凝汽器背壓在設定值。

另一方面，對于間接空冷系統(tǒng)也可以考慮在DCS系統(tǒng)中采用預測控制等智能控制算法，將風速風向這些環(huán)境參數(shù)，連同環(huán)境溫度、機組負荷等參數(shù)一并考慮，以維持凝汽器背壓在設定值為目標，克服大風對于系統(tǒng)的擾動。

對于智能控制算法中的預測控制，其具有多步預測、滾動優(yōu)化、反饋校正等特點。預測控制采用傳統(tǒng)的參數(shù)模型，對模型的要求低且計算量少，易于在計算機系統(tǒng)中實現(xiàn)。尤其是對于那些狀態(tài)模型難辨識、實時計算要求高、環(huán)境參數(shù)變化大的被控對象，預測控制具有明顯優(yōu)于傳統(tǒng)PID調節(jié)器的控制品質和魯棒性。

（2）考慮對于間接空冷系統(tǒng)采用消能導流裝置。消能導流裝置已在某電廠660MW直接空冷系統(tǒng)中有成功應用，在大風天氣下有效降低了機組背壓，保證了機組安全、經濟運行。而對于間接空冷系統(tǒng)，也可以考慮在間冷塔設置消能導流裝置，以機組運行背壓最低為目標函數(shù)，根據(jù)環(huán)境風速、風向的變化為條件，通過DCS系統(tǒng)中的控制邏輯，調節(jié)不同區(qū)域消能倒流板的開度，使百葉窗的冷卻效率最高。當然要實現(xiàn)上述目標，還需要大量的數(shù)模、物模實驗和現(xiàn)場調試等工作。

4 結語

通過相關模擬分析及機組的實際運行經驗，大風條件下間接空冷系統(tǒng)的散熱能力也會顯著惡化，機組無法滿發(fā)。針對上述情況，本文提出了大風天氣下可以在DCS系統(tǒng)中采取的控制策略及措施，為應對此種天氣影響提供了可行的方案。

參考文獻：

[1]鄭冠軍，王琦峰，王一偉.大型電廠2×l000 MW機組間接空冷系統(tǒng)環(huán)境風影響分析[J].科學技術與工程，2012，229（12）：2780-2785.

[2]楊志軍.極端氣候環(huán)境下間接空冷發(fā)電機組的運行控制[J].中國電力，2015，48（1）：52-59.

[3]張長志，張應田，劉衛(wèi)平，張宇.大型火電機組間接空冷自動控制系統(tǒng)優(yōu)化[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2014（2），21-23.