辅机间接空冷系统在300 MW机组的应用及控制方案研究

白东海，孙昌雯，张光炜

（山西电力科学研究院，山西 太原 030001）

0 引言

辅机间接空冷系统主要包括空冷散热器系统、风机系统、充水/排水系统、补给水系统、喷雾冷却系统、清洗系统、排气系统、充氮保护系统和紧急排水系统。辅机冷却系统的冷却进水管路中的热水经各个冷却扇段的分支管通过进口联箱，进入各个冷却扇段的翅片管束，通过大型轴流风机强迫冷却空气掠过翅片管束，从而将翅片管束内的热水冷却，而冷却后的水通过各个冷却扇段的出口联箱经分支管汇集至辅机冷却系统的冷却出水管路，由循环水泵再循环回各个用户，经用户后热水再次进入各个冷却扇段，如此循环往复。

1 辅机间接空冷控制系统功能组成

为了实现辅机冷却系统的控制和安全运行，设置独立的功能组（包括辅机冷却系统首次充水、充氮、辅机冷却系统启动、辅机冷却系统停止），各子组分别为充水/排水子组、百叶窗和风机子组、旁路阀子组、膨胀水箱子组、地下储水箱子组、喷雾冷却子组、紧急泄水阀子组、冲氮进口电磁阀子组。其中，百叶窗和风机步序控制、冷却塔冷却水出水温度调节、防冻保护控制包含在百叶窗和风机子组中，图1为辅机间接空冷系统功能组组成框图。

图1 辅机间接空冷系统功能组组成框图

2 辅机间接空冷系统功能组控制方案研究

辅机间接空冷系统功能组包括充水/排水子组控制、百叶窗和风机子组控制等，其中防冻保护控制包含在百叶窗和风机子组中。

2.1 充水/排水子组控制

充水/排水子组的目的是根据辅机冷却系统运行的需要，对各个冷却扇段进行相应的充水和排水。每个冷却扇段整合相关的冷却三角元件及其对应的进水管、出水管和泄水管，它们并行布置并且独立工作，因此，有4个同样的充水/排水子组控制冷却扇段的充水/排水。程序按控制逻辑关闭传送泵排水侧电动阀和溢水阀且打开传送泵充水侧电动阀，启动1台运行传送泵，关闭冷却扇段泄水阀和冷却扇段进出水连通阀，点动控制打开冷却扇段进水阀和冷却扇段出水阀，且全部打开冷却扇段冲氮进口阀。在等待冷却扇段充水约8 min后，如果冷却扇段排气管道液位开关闭合，且膨胀水箱为正常水位停止1台运行传送泵，关闭传送泵充水侧电动阀和冷却扇段冲氮进口阀。

2.2 百叶窗和风机子组控制

百叶窗和风机子组控制的目的是控制冷却塔冷却水出水温度运行在安全、合理、经济的范围内。辅机冷却系统的冷却扇段的百叶窗和风机按表1顺序投入。

表1 百叶窗和风机步序表

在环境温度小于2℃时，辅机间接空冷系统认为进入冬季运行工况，百叶窗和风机步序根据冷却塔出水温度由1→2→4→5→6→7上切，在进入第2步序自动投入百叶窗控制，百叶窗开度大于97%且冷却塔冷却水出水温度测量值与设定值的偏差大于1℃时进入下一步序，启动风机自动投入风机控制。在环境温度大于5℃时，系统认为进入夏季运行工况，百叶窗和风机步序根据冷却塔出水温度由3→4→5→6→7上切。夏季工况下百叶窗不参与调节，直接开到100%，按步序启动风机自动投入自动。

冷却塔冷却水出水温度调节通过对出水温度测量值与设定值之间的偏差进行比例积分微分PID（Proportion Integration Differentiation） 运算，结合百叶窗和风机步序表，其PID控制器输出连续对各个冷却扇段的百叶窗开度和风机转速进行自动控制，使冷却空气的流量与运行工况（不同机组负荷及环境条件）相协调，最终控制出水温度运行在安全、合理、经济的范围内。

2.3 防冻保护控制

空冷机组因散热器冻结造成的设备损坏和停机事故每年给发电企业带来严重的经济损失，因而空冷机组散热器的冻结问题已成为影响空冷机组安全运行最主要的问题之一[1]。防冻保护控制的目的就是为了防止冷却塔在冬季运行工况下因发生过冷而导致翅片管冻结，避免因冻结造成的散热器损坏。在环境温度小于2℃时，冷却塔的防冻保护分为单个冷却扇段防冻保护和整塔防冻保护两部分。

使用压片法对原淀粉和 OSA淀粉颗粒的结构进行鉴定。将样品与光谱纯的溴化钾（KBr）按照质量比为100：1混合，将混合物于玛瑙研钵中充分混合后用压片机压成薄片，用FTIR光谱仪进行光谱扫描，扫描范围4000～500 cm-1分辨率4 cm-1，扫描次数32次。

2.3.1 单个冷却扇段防冻保护

当冷却扇段冷却水出水温度小于28℃时，在控制室分散控制系统DCS（Distributed Control System） 监控屏幕上提示“冷却扇段过冷报警”；当冷却扇段冷却水出水温度小于26℃时，触发冷却扇段防冻保护动作风机控制条件，置冷却扇段风机最低转速并停止；当冷却扇段冷却水出水温度小于24℃时，触发冷却扇段防冻保护动作百叶窗控制条件，关闭冷却扇段百叶窗1号—8号；当冷却扇段冷却水出水温度小于20℃且延时3 min，触发冷却扇段防冻保护动作排水触发条件，进入“冷却扇段排水”；当冷却扇段冷却水出水温度大于30℃时，延时5 min，解除冷却扇段防冻保护动作，该冷却扇段的百叶窗和风机返回系统正常控制状态。

2.3.2 整塔防冻保护

在环境温度小于2℃，当冷却塔冷却水出水温度小于15℃且延时3 min，控制室DCS监控屏幕上提示“冷却塔冷却水出水温度低故障，进入整体防冻”，进行声、光报警。整塔进行紧急疏水，是决定某个冷却扇段排水还是各冷却扇段均排水应由操作人员立即决定并谨慎处理。这是辅机干冷塔整塔防冻保护。

3 辅机间接空冷系统调试问题及分析

1号机组在2012年4月上旬投入生产，对运行过程中出现的一些问题进行了改进。

在理想状况下按照充水/排水程序充水或许可实现，实际无法完成充水过程。首先，液位开关无法正确反映液位，在充水过程中液面波动会使开关误发，实际未到液位开关定值，进水阀和出水阀就已经全开，液面上氮气还未全部由冲氮进口阀返回地下膨胀水箱而导致充水失败。其次，充水过程中进出水阀开门过快会使冷却水进口压力下降太快，导致循环水泵出口失压。经过反复实验，控制程序修改如下：进出水阀开度大于20%中停等待扇段充水，在液位开关稳定60 s后继续开进出水阀（进出水阀开度大于30%只需等待5 s即可），在此过程中压力突降20 kPa以上时中停进出水阀2 s，稳定后继续开阀。修改后控制充水成功。

防冻控制措施原方案只是以环境温度简单划分冬夏两季，在本工程所处地区春秋两季温差大，白天超过20℃，晚上在2℃附近，带低负荷时冷却水出水温度低于防冻保护值时就会触发单体防冻保护导致整个扇段泄水。这种工况下没必要触发防冻保护，所以，在原方案基础上多设条件，根据全天最高温度调低扇段泄水的防冻保护值，如果全天最低温度过低恢复原有防冻保护值，避免了不必要的泄水动作。

在冬季，冷却塔除采取上述防冻控制措施外，还要注意以下事项。

a）在冬季要投入保护运行模式，并且与冬季运行模式共同运行。

b）进入冬季前要对各种保护进行实验，确保各阀门、百叶窗动作可靠正确[2]。

c）确保2台循环水泵正常运行，防止循环水流速过低而在散热器内结冰。

d）确保2台传送泵正常运行，防止扇段充水失败。

e）当扇区发生泄漏时，需及时将该扇区退出运行，防止外部结冰冻坏散热器。

f）避免在环境温度较低和夜间对扇区进行充水和泄水操作，以免扇区结冻。

本工程冷却塔冷却水出水温度调节为一个单回路控制系统。百叶窗自动控制原方案是由冷却水出水温度测量值与设定值之间的偏差进行PID运算，其PID控制器输出对百叶窗连续控制。这样设计实际运行效果不好。根据运行经验，百叶窗在环境温度小于-20℃，且开度小于30%的情况下对出水温度才具有良好的调节功能。百叶窗设计为点动控制，取百叶窗位置反馈作为该百叶窗开度的测量值，这样的设计无法满足温度连续调节。所以新方案完全放弃原设计，新方案根据冷却水出水温度运行经验值设定不同的百叶窗开度。这样做避免了百叶窗频繁开关导致步序上切启动风机，同时也满足运行要求。

4 结束语

辅机冷却系统采用带机力通风的冷却塔进行冷却，这是国内利用国外间接空冷技术在国内300MW间接空冷机组辅机冷却系统的首次应用，所以该系统运行经验比较少，在系统的控制方法和安全过冬等系统运行方面还需积累经验并做相应的优化调整。该电厂辅机干冷塔充/排水控制和百叶窗、风机的控制方式的调整，及进入冬季前所采取的防冻保护措施是可行的，为同类机组辅机冷却系统的调试及运行积累了经验。

［1］ 李春山.600 MW机组间接空冷系统冬季防冻控制研究［J］.电力安全技术，2010（6）：53-54.

［2］ 梁振明，白志刚.600 MW表凝式间接空冷系统冬季运行方式探讨［J］.山西电力，2010（1）：55-56.