大风天气下间接空冷系统DCS控制策略研究

邢照凯++高丽红

【摘 要】通常认为大风天气对直接空冷系统运行的影响要远大于间接空冷系统，但通过相关模拟分析及机组的实际运行经验表明，大风条件下间接空冷系统的散热能力也会显著恶化。针对上述情况，本文提出了大风天气下间接空冷系统可以在DCS中采取的控制策略及措施，为应对此种天气影响提供了可行的方案。

【关键词】大风天气 间接空冷 DCS控制策略

1 引言

通常来说，环境风对于空冷系统的散热能力影响较为明显。直接空冷系统由于空气动力学性能较差，其散热能力容易受到环境风的影响，易造成凝汽器背压升高，严重时可能导致机组停机。对于间接空冷系统，由于间冷塔出口离散热器入口较远，因而基本能消除热回流现象，另外圆柱形塔筒的空气动力学性能相对较好，所以通常认为间接空冷系统受风影响远小于直接空冷系统。

2 大风天气对间接空冷效果的影响

然而，根据文献[1]中所进行的数值模拟分析结果来看，在小风条件下间接空冷系統散热能力较好，凝汽器背压的波动幅度小。但在大风条件下其散热能力显著恶化，造成凝汽器背压升高，机组无法满发。从环境来风的角度分析来看（图1），间冷塔内空气流动的动力来自塔内外密度差引起的浮力抽吸。当环境来风经过间冷塔进口时，散热器所处条件主要有以下几种：

（1）迎风面为正压区，该区域的进风速度增大，从而提高了相应扇区的散热能力；

（2）侧面为加速低压区，由于此处风速加快导致压力降低，从而减小了原有的抽吸力，降低了相应扇区的散热能力；

（3）背风面为涡流区，此处易产生涡流而导致热空气无法流出，降低了相应扇区的散热能力。

根据以上几种散热器入口条件，当环境风速小时，产生的风压变化较小，不同区域的散热器散热能力有的提高有的下降，造成的整体影响较小。当环境风速较大时，产生的风压变化与间冷塔内散热器的阻力甚至整塔的抽力相当，而正压区的散热能力提高难以弥补其他区域散热器散热能力下降的趋势，从而造成间接空冷系统散热能力的显著恶化。

文献[2]则从间接空冷机组实际运行角度佐证了上述分析的正确性。在我国西北地区，大风天气较为频繁。该地区的某机组间接空冷系统在大风天气下，迎风面区域的来风量很大，间冷塔内风速很高，从而显著影响了背风面进入的空气量。严重时甚至使背风面扇区空气的流向由塔内流向塔外，使该扇区完全没有散热效果。而对于间冷塔两侧的扇区，此处风速加快导致风压降低，也影响了相应扇区进入的空气量。由于大风天气使除迎风面外的其他区域散热器散热能力显著下降，致使间冷塔循环水出水温度升高，进而导致凝汽器背压升高，机组无法满发。

3 大风天气下可行的控制策略及措施

根据以上分析结果来看，大风环境将使间接空冷系统的散热能力显著恶化。为了降低这种影响，建议可以采取以下控制策略及措施：

（1）考虑从DCS系统的控制逻辑上减小大风对于凝汽器背压的影响。

通常在环境温度>5℃的运行工况下，间接空冷系统的主要被控参数为凝汽器背压。在DCS系统的百叶窗控制回路中，凝汽器背压的PID调节器可以根据背压实际值与设定值的偏差进行计算，从而产生百叶窗开度指令[3]。

而凝汽器背压又直接受间接空冷塔循环水出水温度的影响。因此，在DCS的各扇区百叶窗控制回路中，建议加入风速风向对于凝汽器背压的前馈作用。可以通过建模仿真及现场调试，以维持凝汽器背压在设定值为目标，建立当地典型环境风向及风速与各扇区百叶窗开度的函数。通过前馈调节，当大风出现时百叶窗开度可以快速响应，以维持凝汽器背压在设定值。

另一方面，对于间接空冷系统也可以考虑在DCS系统中采用预测控制等智能控制算法，将风速风向这些环境参数，连同环境温度、机组负荷等参数一并考虑，以维持凝汽器背压在设定值为目标，克服大风对于系统的扰动。

对于智能控制算法中的预测控制，其具有多步预测、滚动优化、反馈校正等特点。预测控制采用传统的参数模型，对模型的要求低且计算量少，易于在计算机系统中实现。尤其是对于那些状态模型难辨识、实时计算要求高、环境参数变化大的被控对象，预测控制具有明显优于传统PID调节器的控制品质和鲁棒性。

（2）考虑对于间接空冷系统采用消能导流装置。消能导流装置已在某电厂660MW直接空冷系统中有成功应用，在大风天气下有效降低了机组背压，保证了机组安全、经济运行。而对于间接空冷系统，也可以考虑在间冷塔设置消能导流装置，以机组运行背压最低为目标函数，根据环境风速、风向的变化为条件，通过DCS系统中的控制逻辑，调节不同区域消能倒流板的开度，使百叶窗的冷却效率最高。当然要实现上述目标，还需要大量的数模、物模实验和现场调试等工作。

4 结语

通过相关模拟分析及机组的实际运行经验，大风条件下间接空冷系统的散热能力也会显著恶化，机组无法满发。针对上述情况，本文提出了大风天气下可以在DCS系统中采取的控制策略及措施，为应对此种天气影响提供了可行的方案。

参考文献：

[1]郑冠军，王琦峰，王一伟.大型电厂2×l000 MW机组间接空冷系统环境风影响分析[J].科学技术与工程，2012，229（12）：2780-2785.

[2]杨志军.极端气候环境下间接空冷发电机组的运行控制[J].中国电力，2015，48（1）：52-59.

[3]张长志，张应田，刘卫平，张宇.大型火电机组间接空冷自动控制系统优化[J].资源节约与环保，2014（2），21-23.