600 MW间接空冷塔温度的自动控制和优化

2011-04-02焦宏波窦红霞

电力安全技术 2011年10期

焦宏波，窦红霞

(大唐阳城发电有限责任公司，山西晋城 048102)

1 空冷塔及其百叶窗的控制概况

大唐阳城发电有限责任公司2×600 MW间接空冷机组选取了哈蒙式的表面式凝汽器与海勒式空冷散热器相结合的方式，创造性地采用了自然通风冷却塔和表面式凝汽器的间接空冷系统。该系统流程为：循环水进入表面式凝汽器的水侧，通过表面换热冷却凝汽器汽侧的汽轮机排汽，受热后的循环水由循环水泵送至空冷塔，通过空冷散热器与空气进行表面换热，循环水被空气冷却后再返回凝汽器去冷却汽轮机排汽，构成了闭式循环。

该系统采用了自然通风冷却塔，散热器布置在塔底部四周的边缘，共分为8个区域，称为8个扇区。每个扇区有11组冷却三角，每组冷却三角有2组散热器，每个扇区的循环水从11组散热器的底部进入，从顶部回到循环水的母管上。每2组散热器由1个执行器控制的百叶窗来控制通过2组散热器的风量，从而实现对每个扇区出水温度的控制。1座空冷塔共有90套百叶窗，分别由90个执行器来控制其开度。

正常情况下，在夏季时室外温度高，空冷塔各扇区的百叶窗基本保持全开，不进行开度调节；在春、秋季时，早晚和夜间会对百叶窗的开度进行少量调节，以保证凝汽器的背压不致过低，最低维持在6 kPa(绝对压力)以上；最重要的是在冬季，当环境温度低于零度时，如果不能很好地保证各扇区的出水温度，就可能由于循环水温度过低，而造成散热器局部受冻，若发现不及时，就会出现散热器大面积受冻、破裂的情况。散热器损坏意味着产生巨大的财产损失、设备无法投运、影响机组发电量、供电煤耗增大等恶劣影响。另外，由于空冷塔内总共有90个执行器来控制百叶窗的开度，运行人员无法手动对每个执行器操作，且手动调节温度会有很大的超前或滞后，无法满足负荷快速变化对系统的要求。所以，百叶窗的自动控制对于空冷塔的安全、稳定、经济运行有着极其重要的作用。

2 空冷塔百叶窗的自动控制

空冷塔百叶窗自动控制的主要对象为循环水的热水温度和每个扇区的回水温度。因为只要循环水的热水温度和扇区的回水温度稳定在一定的范围内，就能保证通过散热器的水温，从而防止过冷的空气将散热器的温度降到冰点以下。同时，由于扇区出水温度的高低与循环水回水温度的高低是相对应的，这就意味着扇区出水温度同时影响着凝汽器的背压。所以，在进行温度调节时，凝汽器背压的大小也是一个重要的控制对象。

由于百叶窗的开度对扇区出水温度、凝汽器背压影响较大，以及机组、空冷塔的工况的不连续性，百叶窗的开度不能连续调节，否则可能使凝汽器背压频繁上下波动，影响机组的经济性、安全性。所以，百叶窗的执行器选用了AUMA关断型执行器，接受开关量的脉冲指令，指令延续多长时间，执行器就动作多长时间。根据调试结果，确定执行器每4 min检测1次动作条件，如果条件满足，就动作1次，每次动作脉冲时间为2 s；如果条件不满足，等待4 min后再次检测。以下各种工况下的开启、关闭调节都是以此为基础的。

2.1 环境温度 >6 ℃

(1) 如果凝汽器背压>7 kPa，循环水热水温度>38 ℃或8 min内温升达4 ℃(为响应温度的快速变化)，则扇区的百叶窗进行开启调节；如果热水管温度<35 ℃，则扇区的百叶窗进行关闭调节。

(2) 如果背压<7 kPa ，背压升到了最高限(用主汽流量的函数计算的背压低限，加上2 kPa的回滞区)或8 min内背压压升达1 kPa(为响应背压的快速变化)，则扇区的百叶窗进行开启调节；如果背压达低限(用主汽流量的函数计算的背压低限)，或8 min内背压降低了1 kPa(为响应背压的快速变化)，则扇区的百叶窗进行关闭调节。

2.2 环境温度 <6 ℃

(1) 如果背压>7 kPa，循环水热水温度>(28-环境温度×0.091) ℃，且热水管温度>38 ℃，则扇区的百叶窗进行开启调节；或者在每8 min检测1次，扇区回水和循环水热水温度温升达4 ℃，则扇区的百叶窗进行开启调节。

(2) 如果背压<7 kPa，扇区回水温度>(28-环境温度×0.091) ℃，且背压达高限(用主汽流量的函数计算值，加上2 kPa的回滞区)，则扇区的百叶窗进行开启调节；或者在每8 min检测1次，扇区回水温度温升达4 ℃且背压升高达1 kPa，则扇区的百叶窗进行开启调节；如果背压达低限(用主汽流量的函数计算的背压低限)，或者8 min内其温降达4 ℃且扇区回水温度<34 ℃，则扇区的百叶窗进行关闭调节。

2.3 环境温度 <2 ℃

如果扇区回水温度<(16-环境温度×0.091)℃，则认为过冷，开始关阀。延时150 s后扇区将切除放水。

2.4 非温度影响

(1) 如果背压>7 kPa，8 min内循环水热水温度温降达4 ℃，则扇区进行关闭调节。

(2) 如果背压<7 kPa，8 min内背压压降达1 kPa，则扇区进行关闭调节。

(3) 如果扇区回水温度<(30-环境温度×0.091) ℃，扇区进行关闭调节。

(4) 如果扇区回水温度<(21 -环境温度×0.091) ℃，则禁止开启扇区，延时10 s后将扇区的百叶窗全关。

背压低限计算公式：

背压低限=[69.7-(1 980-主汽流量)×0.032 4]÷10+2(kPa)。

3 极端恶劣天气下自动控制和优化

机组投产后的2年多来，每年冬天都会出现少量散热片受冻的情况。经过观察，发现空冷塔每2个冷却三角之间的连接处存在微小缝隙，在大风降温天气时，冷风通过这些细缝带走了散热片的部分热量。另外，由于每个扇区的循环水都是从11组散热片的底部、中间进入的，造成了中间流量大，两边流量小的情况。

根据实际运行情况，在空冷塔每个扇区的第6，17冷却柱上各安装2支温度计，位置在散热器的表面，同一个冷却三角两面各1支，用于测量散热片进口的最低风温，并通过控制每个扇区两侧各3个百叶窗的开度，提高通过这些扇区冷却三角的水温，最终提高每个扇区最容易受冻的两侧的防冻能力。具体的自动控制方式如下。

(1) 当第6冷却柱上的温度降到冰冻临界点温度以下(约8 ℃)时，该扇区冷却三角左侧的3个百叶窗转入新的控制方式，将关闭5 %(约3 s)；系统每隔1 min检测1次，如果温度依然较低，继续关闭，直至温度上升到危险临界温度以上(约12℃)，停止关闭。

(2) 当第6冷却柱上的温度稳定上升到15 ℃时，这3个百叶窗的控制转换到标准温度控制模式，即原来的控制方式。

(3) 第17冷却柱上的温度用于控制该扇区冷却三角右侧的3个百叶窗，原理同上。

(4) 除左、右各3个百叶窗的控制逻辑需要改变，其余百叶窗的控制逻辑不变。

4 百叶窗自动控制需要注意的几个问题

(1) 散热片保护的重要性不亚于汽轮机的保护，所有调节所涉及到的环境温度、循环水热水温度、循环水冷水温度等温度测量元件，都需要采取“三取二”的方式，以确保测量的准确性和可靠性。

(2) 因为每个扇区的11个百叶窗都是脉冲式的动作，而每个百叶窗动作时可能会由于执行机构卡涩、百叶窗卡涩、百叶窗阻力等不同情况，导致长时间调节中各个百叶窗的开度会出现不一致。这样就需要增加“同步”的功能，即每隔1天的时间，由运行人员来操作“同步”功能，将本扇区的11个执行器同时关至全关位，然后再同时开启到原来的开度位置，以保证各百叶窗的开度一致。

(3) 当环境温度低于0 ℃时，需要将4，5号扇区中的1个扇区放水，关闭所有百叶窗，即将1个扇区退出运行，以提高其他扇区的流速；当环境温度低于-5 ℃时，将4，5号扇区全部放水，关闭所有百叶窗，再次提高流速。