淺談直接空冷島全自動(dòng)清洗裝置的優(yōu)化與應(yīng)用

白繼亮，王潤(rùn)全，韓平

（國(guó)家能源集團(tuán)國(guó)神集團(tuán)公司，陜西 榆林 719000）

能源是推動(dòng)現(xiàn)代社會(huì)不斷向前發(fā)展的動(dòng)力，其中，電能更是現(xiàn)階段重要的能源之一，因此，發(fā)電廠在現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展中的地位十分重要。電廠形式很多，傳統(tǒng)的火電廠、水電廠，新式的風(fēng)電廠、太陽光伏電廠等，但無論是哪種形式的電廠，都離不開冷卻裝置，特別是火電廠，更是需要冷卻裝置的輔助，才能確保電廠的正常運(yùn)行。傳統(tǒng)的火電冷卻裝置采用是“晾水塔”，需要大量的水資源，不符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。新型的“直接空冷島”由56 臺(tái)風(fēng)機(jī)組合而成，以空氣作為“冷卻劑”，極大地降低了水資源的消耗，特別適合缺水地區(qū)。但是，由于灰塵，表面沉積和污垢的堆積，“直接空冷島”的工作效率大大降低，且存在安全隱患。一種解決方案是基于預(yù)定程序定期清潔“直接空冷島”，以提升“直接空冷島”的工作效率并降低維護(hù)成本。

1 直接空冷島清洗現(xiàn)狀

1.1 清洗方式

現(xiàn)階段，直接空冷島的清洗主要分作人工清洗和半自動(dòng)清洗裝置清洗兩種方式。其中，人工清洗又分作本單位人員清洗與外包人員清洗兩種情況。

人工清洗時(shí)，在至少兩個(gè)操作員的協(xié)助下，將裝備有手臂和清潔頭的機(jī)器人以及水箱安裝在直接空冷島上，用一個(gè)裝有泵和水箱的籃子來進(jìn)行清洗。這種清洗方式，危險(xiǎn)系數(shù)高，存在安全隱患，且影響其他工作進(jìn)行。

半自動(dòng)清洗是將清洗裝置安裝于空冷島平臺(tái)后，由人工操作機(jī)器人進(jìn)行清洗工作，工作過程中，需要操作員注意力集中，并且，半自動(dòng)清洗容易產(chǎn)生清潔死角，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)費(fèi)用較高，性價(jià)比不高。

1.2 存在問題

在人工清洗的過程中，人為因素（操作員）在執(zhí)行此操作中起著重要作用，清洗過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，危險(xiǎn)性較高。半自動(dòng)清洗裝置可以消除手動(dòng)清潔系統(tǒng)的缺點(diǎn)，但是，這些方法仍然很耗時(shí)，并且大多數(shù)仍然要靠人員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)控，清洗效率低，能耗高，耗水大，增加了每年人工和設(shè)備的維護(hù)量，綜合考慮降低了半自動(dòng)清洗裝置的經(jīng)濟(jì)性。并且，目前，半自動(dòng)清洗裝置多采用感溫電纜，其在線監(jiān)控受熱元件點(diǎn)數(shù)限制監(jiān)測(cè)范圍，不能實(shí)現(xiàn)無死角的溫度場(chǎng)監(jiān)控?？梢暬t外測(cè)溫也有單獨(dú)的應(yīng)運(yùn)，但將其與清洗系統(tǒng)融為一體實(shí)現(xiàn)智能控制，目前在空冷島尚無應(yīng)用。

2 全自動(dòng)清洗裝置優(yōu)化與應(yīng)用

2.1 裝置結(jié)構(gòu)

直接空冷島全自動(dòng)清洗裝置分作三個(gè)部分，分別是用于清洗的高壓水泵、用于傳輸高壓水的管路系統(tǒng)、用于輔助的清洗裝置。其中，高壓水泵是裝置的核心部分，通常采用壓力為8 ～10MPa，流量為10 ～20t 的高壓柱塞泵。管路系統(tǒng)與高壓水泵連接，將清洗用水傳輸?shù)街苯涌绽鋶u上。

清洗裝置包括帶行走輪的支架、帶噴嘴的清洗架等，必要的輔助結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了直接空冷島全自動(dòng)清洗裝置的移動(dòng)，擴(kuò)大了直接空冷島全自動(dòng)清洗裝置的覆蓋面，方便了直接空冷島全自動(dòng)清洗裝置的操作運(yùn)行。具體如圖1 所示。

圖1 清洗裝置圖示

2.2 系統(tǒng)優(yōu)化

現(xiàn)階段有不同的控制系統(tǒng)和技術(shù)，諸如可編程邏輯控制器（PLC），監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集（SCADA），網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（NCS），和Arduino 控制系統(tǒng)等。其中，SCADA 被廣泛用于收集和管理數(shù)據(jù)，總成本很高，通常用于大型工業(yè)部門；NCS 控制系統(tǒng)的主要功能之一是信息獲取，例如傳感器，命令（如控制器），通信和網(wǎng)絡(luò)以及控制。NCS 已經(jīng)使用了很長(zhǎng)時(shí)間，但是，仍然存在挑戰(zhàn)性的問題和未解決的問題，有待進(jìn)一步研究。隨著NCS 在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用不斷增加，實(shí)時(shí)安全控制至關(guān)重要。這種情況引起了NCS 中的實(shí)時(shí)優(yōu)化問題和安全威脅建模要求。此外，由于大量傳感器、控制器和執(zhí)行器在空間上分布在網(wǎng)絡(luò)上，因此，使用NCS 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)大規(guī)模的容錯(cuò)控制系統(tǒng)仍然非常困難；Arduino 是一個(gè)用于電子編程的開源平臺(tái)，由物理可編程電路板（微控制器）和一塊軟件組成。與其他控制系統(tǒng)相比，對(duì)Arduino 微控制器進(jìn)行編程不僅在安裝方面非常容易，而且Arduino 的初始和維護(hù)成本較低；與Arduino 系統(tǒng)相比，PLC 在保持Arduino 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，更加可靠，并且PLC 具有更好的處理器能力和內(nèi)存。因此，直接空冷島全自動(dòng)清洗裝置的控制系統(tǒng)采取了PLC 控制系統(tǒng)，具有極高的成本效益，并且機(jī)制更快。

2.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為了提升直接空冷島全自動(dòng)清洗裝置的工作效率，進(jìn)一步降低直接空冷島全自動(dòng)清洗裝置的使用限制，對(duì)直接空冷島全自動(dòng)清洗裝置的優(yōu)化主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）實(shí)施全自動(dòng)空氣炮清洗，為空冷島配置清洗主機(jī)、特制清洗架、壓縮空氣集成系統(tǒng)、水氣系統(tǒng)、清洗裝置。用高效節(jié)能清洗裝置代替原有的高壓水清洗裝置，大幅降低清洗用水量。

（2）利用全自動(dòng)清洗裝置結(jié)合紅外熱成像儀，有助于冬季防凍，故障診斷。器件采用標(biāo)準(zhǔn)的0.5μm CMOS 工藝制造，然后，采用無掩模CMOS 微加工工藝制造。像素感測(cè)元件的面積為800μm2。測(cè)得的像素靈敏度為0.57mV/K，等效溫度噪聲為√6mK/Hz，等效電容噪聲為0.2aF/Hz。

（3）整套系統(tǒng)采用全自動(dòng)控制系統(tǒng)和測(cè)溫系統(tǒng)。系統(tǒng)控制的所有功能均由在線微型計(jì)算機(jī)（TRS-80 型III）執(zhí)行，從而形成了一種多功能系統(tǒng)，能夠交替記錄多個(gè)溫度位置，實(shí)現(xiàn)清洗裝置、測(cè)溫裝置一體化遠(yuǎn)程控制。

2.4 應(yīng)用效果

本次設(shè)計(jì)的全自動(dòng)清洗裝置應(yīng)用于店塔電廠的直接空冷島清洗項(xiàng)目，運(yùn)行費(fèi)用為：除鹽水5.86 萬元/年，電費(fèi)17.9 萬元/年。具體應(yīng)用效果如下所述：

（1）由于空冷島清洗實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)清洗，因此，大幅降低了店塔電廠用于清洗空冷島的操作人員數(shù)量；（2）由于空冷島清洗實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)清洗，因此，清洗周期大幅縮短，節(jié)水效果顯著約節(jié)水80%；（3）由于全自動(dòng)清洗裝置采用了紅外熱成像技術(shù)，以及遠(yuǎn)程測(cè)溫系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)某一列空冷翅片定向清洗；（4）由于全自動(dòng)清洗裝置采用了空化泡氣水混合清洗，機(jī)組發(fā)電煤耗約降低3g/kWh，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。

總之，將優(yōu)化后的全自動(dòng)清洗裝置應(yīng)用于店塔電廠的直接空冷島清洗項(xiàng)目后，為店塔電廠直接節(jié)省清洗費(fèi)用50 萬元/年，節(jié)省電費(fèi)29 萬元/年，節(jié)省標(biāo)煤356.4 萬元/年。

3 結(jié)語

綜上所述，電廠空冷島應(yīng)用全自動(dòng)清洗裝置后，極大地降低了人力成本，達(dá)到了節(jié)能減排的目的。特別是經(jīng)過優(yōu)化后的全自動(dòng)清洗裝置，配合熱紅外成像技術(shù)和遠(yuǎn)程控溫控制技術(shù)后，更是強(qiáng)化了裝置的實(shí)踐應(yīng)用效果，提升了裝置的工作效率，進(jìn)一步降低了裝置的運(yùn)行成本，讓自動(dòng)清洗裝置功能更加豐富的同時(shí)，重量卻沒有增加，甚至更加簡(jiǎn)單。