儲(chǔ) 墨，常威武，習(xí)大偉，高金龍，楊柏依

（1.華能萊蕪發(fā)電公司，山東 萊蕪 271100；2.西安熱工研究院有限公司，西安 710054；3.吉林電力股份有限公司白城發(fā)電公司，吉林 白城 137000）

火電機(jī)組三排管翅空冷系統(tǒng)控制策略優(yōu)化

儲(chǔ) 墨1，常威武2，習(xí)大偉2，高金龍3，楊柏依1

（1.華能萊蕪發(fā)電公司，山東 萊蕪 271100；2.西安熱工研究院有限公司，西安 710054；3.吉林電力股份有限公司白城發(fā)電公司，吉林 白城 137000）

空冷系統(tǒng)的全程自動(dòng)運(yùn)行是空冷發(fā)電機(jī)組控制的一個(gè)難題。以某電廠2臺(tái)660 MW空冷機(jī)組為例，對(duì)空冷機(jī)組的自動(dòng)控制組態(tài)和調(diào)試經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。針對(duì)空冷系統(tǒng)冬夏季工況的互相切換、機(jī)組在快速變負(fù)荷時(shí)空冷系統(tǒng)的快速響應(yīng)等問題提出優(yōu)化方案。經(jīng)過優(yōu)化的空冷機(jī)組在冬夏季工況切換和變負(fù)荷時(shí)，機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行和快速響應(yīng)方面都有明顯改善。

空冷系統(tǒng)；三排管翅；控制策略；工況切換

0 引言

隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，大容量高參數(shù)汽輪發(fā)電機(jī)組不斷增加，不僅需要消耗大量的一次能源，同時(shí)也消耗大量的水資源［1］。水資源的日益匱乏，使直接空冷機(jī)組在世界富煤貧水地區(qū)得到了快速發(fā)展［2］。然而在投產(chǎn)的空冷機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，機(jī)組的負(fù)荷變動(dòng)、環(huán)境參數(shù)的變化均會(huì)使空冷系統(tǒng)偏離正常的運(yùn)行狀態(tài)，造成機(jī)組背壓的波動(dòng)，影響整個(gè)機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性［3-5］。為了使空冷機(jī)組在不同工況和不同環(huán)境因素下更經(jīng)濟(jì)、更安全運(yùn)行，以某600 MW三排翅直接空冷系統(tǒng)為例，對(duì)三排翅空冷系統(tǒng)的控制策略提出優(yōu)化方案。

1 系統(tǒng)概述

某電廠一期工程2臺(tái)660 MW超臨界燃煤空冷發(fā)電機(jī)組，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司制造的超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。汽輪機(jī)為超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)。空冷系統(tǒng)為斯必克斯（SPX）冷卻技術(shù)（北京）有限公司提供的三排翅片管束空冷機(jī)組。

空冷系統(tǒng)由8列共640片換熱管束和64臺(tái)風(fēng)機(jī)組成，每臺(tái)風(fēng)機(jī)向10片管束供風(fēng)?？绽湎到y(tǒng)由480個(gè)管束作為冷凝器（順流管束），160個(gè)管束作為分凝器（逆流管束）。其中每列的2號(hào)和6號(hào)風(fēng)機(jī)為逆流風(fēng)機(jī)；1號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、7號(hào)和8號(hào)風(fēng)機(jī)為順流風(fēng)機(jī)，并且順流風(fēng)機(jī)為冷凝器提供冷卻空氣，逆流風(fēng)機(jī)為分凝器提供冷卻空氣。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 空冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

來自汽輪機(jī)的蒸汽經(jīng)由主蒸汽管道進(jìn)入空冷系統(tǒng)，并由蒸汽分配管箱進(jìn)入冷凝器管束。冷凝器元件由平行排列的翅片管組成，蒸汽在管內(nèi)表面冷凝，同時(shí)冷卻空氣橫過管束外表面。蒸汽分配管箱位于屋頂形管束的頂部，并與作為冷凝器的管束焊接在一起。管束下部的接管直接與凝結(jié)水箱連接，聯(lián)箱將凝結(jié)水送到凝結(jié)水疏水管道且將未凝結(jié)的氣體送至逆流管束。逆流管束的頂端有一個(gè)聯(lián)箱，未凝結(jié)的氣體經(jīng)聯(lián)箱上的接管被真空系統(tǒng)抽離空冷系統(tǒng)。

空冷系統(tǒng)中的64臺(tái)風(fēng)機(jī)由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)齒輪箱減速后最終驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)葉片。

2 空冷系統(tǒng)控制策略

空冷系統(tǒng)的控制工況分為夏季工況和冬季工況，夏季工況時(shí)，所有管束、風(fēng)機(jī)均投入，且所有風(fēng)機(jī)跟隨凝汽器背壓主控制器輸出，以統(tǒng)一的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，控制策略比較簡(jiǎn)單，著重說明空冷系統(tǒng)在冬季工況時(shí)控制策略。

2.1 凝汽器背壓控制

凝汽器背壓控制器根據(jù)凝汽器背壓在一定的死區(qū)內(nèi)調(diào)節(jié)運(yùn)行變頻風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使低壓缸排汽在空冷換熱管束中冷凝成凝結(jié)水，從而達(dá)到所要求的凝汽器背壓，凝汽器背壓控制策略如圖2所示。

空冷系統(tǒng)凝汽器背壓主控輸出最小值為0%，空冷系統(tǒng)凝汽器背壓主控輸出最大值為110%（對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)的頻率為55 Hz）；當(dāng)環(huán)境溫度小于20℃時(shí)，空冷系統(tǒng)不允許風(fēng)機(jī)超頻運(yùn)行；環(huán)境溫度大于20℃時(shí)，空冷系統(tǒng)凝汽器背壓主控輸出最大值110%。

圖2 凝汽器背壓控制策略

凝汽器背壓初始設(shè)定值為15 kPa；當(dāng)防凍保護(hù)觸發(fā)時(shí)，空冷系統(tǒng)凝汽器背壓設(shè)定值自動(dòng)增加2 kPa，0.5 h后再自動(dòng)增加2 kPa；防凍保護(hù)消失后設(shè)定值自動(dòng)減2 kPa，0.5 h后設(shè)定值回復(fù)正常。

當(dāng)主控被調(diào)量凝汽器背壓信號(hào)質(zhì)量壞、空冷系統(tǒng)未運(yùn)行，空冷系統(tǒng)手動(dòng)，所有風(fēng)機(jī)在手動(dòng)方式時(shí)，空冷系統(tǒng)凝汽器背壓主控強(qiáng)制手動(dòng)（脈沖）。當(dāng)凝汽器背壓控制不在自動(dòng)方式時(shí)，凝汽器背壓設(shè)定值跟蹤凝汽器背壓實(shí)際值，主控輸出跟蹤運(yùn)行風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的最大值。

2.2 空冷系統(tǒng)換熱管束控制

每列換熱管束安裝有1個(gè)蒸汽立管閥、1個(gè)凝結(jié)水排出閥和1個(gè)抽真空閥（第4列和第5列為常投入列未安裝閥門）。換熱管束的投入和退出由排入空冷系統(tǒng)的蒸汽流量多少?zèng)Q定。表1和表2分別給出了各個(gè)換熱管束投退時(shí)所對(duì)應(yīng)的蒸汽流量。

表1 換熱管束列投入對(duì)照

表2 換熱管束列退出對(duì)照表

系統(tǒng)蒸汽流量條件滿足投入新?lián)Q熱管束列前，首先打開其凝結(jié)水閥及抽真空閥，在真空度合格后，打開蒸汽立管閥投入此列換熱管束列。退出時(shí)，首先關(guān)閉立管閥，當(dāng)換熱管束列中蒸汽和凝結(jié)水全部排出后，關(guān)閉凝結(jié)水閥和抽真空閥。

2.3 風(fēng)機(jī)控制

正常情況下，所有運(yùn)行的風(fēng)機(jī)根據(jù)空冷系統(tǒng)凝汽器背壓主控輸出以相同轉(zhuǎn)速運(yùn)行。每段（每列分為前后兩段）4臺(tái)空冷系統(tǒng)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)了成組轉(zhuǎn)速操作器，運(yùn)行人員也可以通過各個(gè)風(fēng)機(jī)的偏置設(shè)定，對(duì)各風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在限值范圍內(nèi)進(jìn)行微量調(diào)整。風(fēng)機(jī)運(yùn)行反饋信號(hào)（脈沖）自動(dòng)投入本風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制器為自動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)此風(fēng)機(jī)未運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速主控被強(qiáng)制為手動(dòng)。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制器輸出最小值為26.2 Hz。

空冷系統(tǒng)任一段防凍保護(hù)I運(yùn)行時(shí)，此段順流風(fēng)機(jī)被強(qiáng)制為手動(dòng)跟蹤狀態(tài)，并以10%／min減速，到最低轉(zhuǎn)速為止；此列逆流風(fēng)機(jī)在防凍保護(hù)II未觸發(fā)的前提下保持原轉(zhuǎn)速不變。防凍保護(hù)II發(fā)生后，此段逆流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速以10%／min下降直至最低轉(zhuǎn)速。霜凍保護(hù)II運(yùn)行信號(hào)消失，則此段逆流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速鎖定，直到防凍保護(hù)I復(fù)位。霜凍保護(hù)運(yùn)行信號(hào)消失，此段風(fēng)機(jī)切回自動(dòng)并接收PID主控輸出。當(dāng)回暖程控請(qǐng)求反轉(zhuǎn)此列逆流風(fēng)機(jī)時(shí)，逆流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制輸出被強(qiáng)制跟蹤至最低轉(zhuǎn)速。每列風(fēng)機(jī)都是根據(jù)主控制器輸出值進(jìn)行啟動(dòng)和停止的。風(fēng)機(jī)啟停的數(shù)據(jù)見圖3～4。

2.4 系統(tǒng)防凍保護(hù)

冬季工況防止凍壞換熱面管束影響空冷系統(tǒng)的冷凝效果，從而影響到整個(gè)發(fā)電機(jī)組發(fā)電負(fù)荷。空冷系統(tǒng)的冬季霜凍保護(hù)措施分為逆流管束回暖程控和防凍保護(hù)報(bào)警。

圖3 逆流風(fēng)機(jī)啟停數(shù)據(jù)

圖4 順流風(fēng)機(jī)啟停數(shù)據(jù)

2.4.1 逆流管束回暖程控

當(dāng)環(huán)境溫度低于-2℃，空冷系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，在分凝器管束的上端可能會(huì)結(jié)霜，有不可凝結(jié)的氣體出現(xiàn)過冷。如果這種狀況持續(xù)一段時(shí)間，即一天或幾天的環(huán)境溫度一直在霜點(diǎn)以下，可能導(dǎo)致分凝器管束的上部端口逐漸堵塞，妨礙不可凝結(jié)的氣體被抽出。作為一項(xiàng)防護(hù)措施，逆流風(fēng)機(jī)必須先停止3 min，再以最低轉(zhuǎn)速反轉(zhuǎn)5 min，使逆凝汽管束回暖，融化可能已形成的冰霜。

逆流管束回暖程控會(huì)在空冷系統(tǒng)運(yùn)行的前提下，環(huán)境溫度低于-2℃自動(dòng)啟動(dòng)，并且在每一個(gè)循環(huán)結(jié)束間隔2.5 min（在環(huán)境溫度低于-15℃，間隔時(shí)間自動(dòng)改為為2 min）后循環(huán)運(yùn)行，直到環(huán)境溫度大于0℃，或者空冷系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)停止循環(huán)。

2.4.2 防凍保護(hù)報(bào)警

在凝汽器背壓控制器工作不正常時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)凝汽器背壓低于抽真空系統(tǒng)的抽氣限值，從而造成過多的空氣和不凝結(jié)氣體的積存，而上述積存可能導(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。所以，凝汽器背壓控制也還是一種霜凍保護(hù)的手段。該空冷系統(tǒng)是以每段為基礎(chǔ)做防凍保護(hù)。當(dāng)環(huán)境溫度低于3℃、空冷系統(tǒng)投運(yùn)且該列回暖程控未運(yùn)行時(shí)，該段任一凝結(jié)水溫度和抽真空溫度小于25℃，防凍保護(hù)I報(bào)警觸發(fā)；該段任一抽真空溫度小于20℃，防凍保護(hù)II觸發(fā)。當(dāng)該段抽真空溫度高于25℃時(shí)，防凍保護(hù)II復(fù)位，該段凝結(jié)水溫度和抽真空溫度都正常，防凍保護(hù)I復(fù)位。在環(huán)境溫度大于4℃時(shí)，防凍保護(hù)I和II同時(shí)復(fù)位。

3 空冷控制系統(tǒng)優(yōu)化措施

夏季工況時(shí)，所有列和風(fēng)機(jī)都投入運(yùn)行，所以空冷系統(tǒng)在冬夏季兩種工況之間切換時(shí)，會(huì)導(dǎo)致大批風(fēng)機(jī)同時(shí)啟停，這樣會(huì)對(duì)整個(gè)發(fā)電機(jī)組的協(xié)調(diào)控制和整個(gè)廠用電網(wǎng)造成不良影響。建議風(fēng)機(jī)控制和列投入控制按照原冬季工況運(yùn)行。

考慮到蒸汽立管閥的密封效果和空冷系統(tǒng)的快速響應(yīng)負(fù)荷變化，建議凝結(jié)水閥和抽真空閥改為手動(dòng)操作，并且在空冷系統(tǒng)停運(yùn)前保持常開。

凝汽器背壓主控中可以加入增負(fù)荷前饋和環(huán)境風(fēng)向前饋。讓空冷系統(tǒng)更快響應(yīng)系統(tǒng)負(fù)荷變化且降低由于爐后風(fēng)對(duì)整個(gè)機(jī)組的影響。

換熱管束投入控制的準(zhǔn)確性直接影響空冷系統(tǒng)的運(yùn)行效率，所以排入空冷系統(tǒng)的蒸汽流量就尤為重要。而蒸汽流量又是一個(gè)很難計(jì)算準(zhǔn)確的參數(shù)。建議在低負(fù)荷時(shí)，換熱管束列的投退由運(yùn)行人員根據(jù)系統(tǒng)工況決定；高負(fù)荷時(shí)，根據(jù)機(jī)組負(fù)荷的來調(diào)節(jié)投入管束列的多少。

4 結(jié)語(yǔ)

該空冷系統(tǒng)經(jīng)過以上優(yōu)化措施的改進(jìn)，提高了該機(jī)組在快速變負(fù)荷工況時(shí)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性；減少了因空冷系統(tǒng)造成機(jī)組非停的次數(shù)；大大改善了在冬季低負(fù)荷時(shí)凍壞冷凝管束的情況。當(dāng)然，在空冷系統(tǒng)的密封性達(dá)到設(shè)計(jì)要求的前提下，凝結(jié)水閥和抽真空閥在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)該關(guān)閉，這樣能夠減少真空泵的運(yùn)行負(fù)荷，提高空冷機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

［1］嚴(yán)俊杰，張春雨，李秀云，等.直接空冷系統(tǒng)變工況特性的理論研究［J］.熱能動(dòng)力工程，2000，15（6）：601-603.

［2］楊立軍，杜小澤，楊勇平.空冷凝汽器全工況運(yùn)行特性分析［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008，28（8）：24-28.

［3］李高潮，朱寶田，陳勝利，等.空冷機(jī)組直接空冷系統(tǒng)變工況特性的計(jì)算分析［J］.熱力發(fā)電，2008，37（10）：80-82.

［4］周蘭欣，白中華，李衛(wèi)華，等.自然風(fēng)對(duì)空冷凝汽器換熱效率影響的數(shù)值模擬［J］.動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2008，28（1）：104-107.

［5］唐正偉，熊揚(yáng)恒，胡玲.橫向自然風(fēng)對(duì)直接空冷機(jī)組運(yùn)行的影響及其數(shù)值模擬［J］.熱力發(fā)電，2010，39（4）：12-16.

Control Strategy Optimization of Three-pipe Fin ACC for Thermal Power Plant

CHU Mo1，CHANG Weiwu2，XI Dawei2，GAO Jinlong3，YANG Baiyi1
（1.Huaneng Laiwu Power Generation Co.，Ltd.，Laiwu 271100，China；2.Xi’an Thermal Power Research Institute Co.，Ltd.，Xi’an 710054，China；3.Baicheng Power Generation Co.，Ltd.，Baicheng 137000，China）

The automatic control of air cooled condenser（ACC）is a difficult problem for air-cooled generator units.Taking two 660 MW air-cooled generator units in a power plant as examples，the automatic control configuration of air-cooled generator units and the debugging experience are summarized.Aiming at problems of the mutual switching of the winter and summer working conditions of the ACC and the fast response of the ACC when the load of units is rapidly changing，the optimization scheme is proposed.The stability and the response speed of optimized air-cooled generator units have improved significantly during the mutual switching of the winter and summer working conditions and the load variation.

ACC；three-pipe fin；the control strategy；operating mode switch

TM621

：A

：1007－9904（2017）04－0058－04

2016-12-30

儲(chǔ) 墨（1980），男，工程師，主要從事熱控檢修、基建等工作；

常威武（1981），男，工程師，主要從事火電廠DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研究和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作；

習(xí)大偉（1984），男，主要從事火電廠DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研究和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作；

高金龍（1980），男，高級(jí)工程師，主要從事熱工專業(yè)管理、技術(shù)監(jiān)督管理等工作；

楊柏依 （1981），男，工程師，主要從事熱控檢修、基建等工作。