浅谈直接空冷岛全自动清洗装置的优化与应用

白继亮，王润全，韩平

（国家能源集团国神集团公司，陕西 榆林 719000）

能源是推动现代社会不断向前发展的动力，其中，电能更是现阶段重要的能源之一，因此，发电厂在现代社会发展中的地位十分重要。电厂形式很多，传统的火电厂、水电厂，新式的风电厂、太阳光伏电厂等，但无论是哪种形式的电厂，都离不开冷却装置，特别是火电厂，更是需要冷却装置的辅助，才能确保电厂的正常运行。传统的火电冷却装置采用是“晾水塔”，需要大量的水资源，不符合我国可持续发展战略。新型的“直接空冷岛”由56 台风机组合而成，以空气作为“冷却剂”，极大地降低了水资源的消耗，特别适合缺水地区。但是，由于灰尘，表面沉积和污垢的堆积，“直接空冷岛”的工作效率大大降低，且存在安全隐患。一种解决方案是基于预定程序定期清洁“直接空冷岛”，以提升“直接空冷岛”的工作效率并降低维护成本。

1 直接空冷岛清洗现状

1.1 清洗方式

现阶段，直接空冷岛的清洗主要分作人工清洗和半自动清洗装置清洗两种方式。其中，人工清洗又分作本单位人员清洗与外包人员清洗两种情况。

人工清洗时，在至少两个操作员的协助下，将装备有手臂和清洁头的机器人以及水箱安装在直接空冷岛上，用一个装有泵和水箱的篮子来进行清洗。这种清洗方式，危险系数高，存在安全隐患，且影响其他工作进行。

半自动清洗是将清洗装置安装于空冷岛平台后，由人工操作机器人进行清洗工作，工作过程中，需要操作员注意力集中，并且，半自动清洗容易产生清洁死角，设备结构复杂，维护费用较高，性价比不高。

1.2 存在问题

在人工清洗的过程中，人为因素（操作员）在执行此操作中起着重要作用，清洗过程费时费力，危险性较高。半自动清洗装置可以消除手动清洁系统的缺点，但是，这些方法仍然很耗时，并且大多数仍然要靠人员现场调控，清洗效率低，能耗高，耗水大，增加了每年人工和设备的维护量，综合考虑降低了半自动清洗装置的经济性。并且，目前，半自动清洗装置多采用感温电缆，其在线监控受热元件点数限制监测范围，不能实现无死角的温度场监控。可视化红外测温也有单独的应运，但将其与清洗系统融为一体实现智能控制，目前在空冷岛尚无应用。

2 全自动清洗装置优化与应用

2.1 装置结构

直接空冷岛全自动清洗装置分作三个部分，分别是用于清洗的高压水泵、用于传输高压水的管路系统、用于辅助的清洗装置。其中，高压水泵是装置的核心部分，通常采用压力为8 ～10MPa，流量为10 ～20t 的高压柱塞泵。管路系统与高压水泵连接，将清洗用水传输到直接空冷岛上。

清洗装置包括带行走轮的支架、带喷嘴的清洗架等，必要的辅助结构，实现了直接空冷岛全自动清洗装置的移动，扩大了直接空冷岛全自动清洗装置的覆盖面，方便了直接空冷岛全自动清洗装置的操作运行。具体如图1 所示。

图1 清洗装置图示

2.2 系统优化

现阶段有不同的控制系统和技术，诸如可编程逻辑控制器（PLC），监督控制和数据采集（SCADA），网络控制系统（NCS），和Arduino 控制系统等。其中，SCADA 被广泛用于收集和管理数据，总成本很高，通常用于大型工业部门；NCS 控制系统的主要功能之一是信息获取，例如传感器，命令（如控制器），通信和网络以及控制。NCS 已经使用了很长时间，但是，仍然存在挑战性的问题和未解决的问题，有待进一步研究。随着NCS 在现实生活中的应用不断增加，实时安全控制至关重要。这种情况引起了NCS 中的实时优化问题和安全威胁建模要求。此外，由于大量传感器、控制器和执行器在空间上分布在网络上，因此，使用NCS 控制系统设计大规模的容错控制系统仍然非常困难；Arduino 是一个用于电子编程的开源平台，由物理可编程电路板（微控制器）和一块软件组成。与其他控制系统相比，对Arduino 微控制器进行编程不仅在安装方面非常容易，而且Arduino 的初始和维护成本较低；与Arduino 系统相比，PLC 在保持Arduino 系统的优点的基础上，更加可靠，并且PLC 具有更好的处理器能力和内存。因此，直接空冷岛全自动清洗装置的控制系统采取了PLC 控制系统，具有极高的成本效益，并且机制更快。

2.3 结构优化

为了提升直接空冷岛全自动清洗装置的工作效率，进一步降低直接空冷岛全自动清洗装置的使用限制，对直接空冷岛全自动清洗装置的优化主要体现在以下几个方面：

（1）实施全自动空气炮清洗，为空冷岛配置清洗主机、特制清洗架、压缩空气集成系统、水气系统、清洗装置。用高效节能清洗装置代替原有的高压水清洗装置，大幅降低清洗用水量。

（2）利用全自动清洗装置结合红外热成像仪，有助于冬季防冻，故障诊断。器件采用标准的0.5µm CMOS 工艺制造，然后，采用无掩模CMOS 微加工工艺制造。像素感测元件的面积为800μm2。测得的像素灵敏度为0.57mV/K，等效温度噪声为√6mK/Hz，等效电容噪声为0.2aF/Hz。

（3）整套系统采用全自动控制系统和测温系统。系统控制的所有功能均由在线微型计算机（TRS-80 型III）执行，从而形成了一种多功能系统，能够交替记录多个温度位置，实现清洗装置、测温装置一体化远程控制。

2.4 应用效果

本次设计的全自动清洗装置应用于店塔电厂的直接空冷岛清洗项目，运行费用为：除盐水5.86 万元/年，电费17.9 万元/年。具体应用效果如下所述：

（1）由于空冷岛清洗实现了全自动清洗，因此，大幅降低了店塔电厂用于清洗空冷岛的操作人员数量；（2）由于空冷岛清洗实现了全自动清洗，因此，清洗周期大幅缩短，节水效果显著约节水80%；（3）由于全自动清洗装置采用了红外热成像技术，以及远程测温系统和控制系统，因此，实现对某一列空冷翅片定向清洗；（4）由于全自动清洗装置采用了空化泡气水混合清洗，机组发电煤耗约降低3g/kWh，实现了生态可持续发展。

总之，将优化后的全自动清洗装置应用于店塔电厂的直接空冷岛清洗项目后，为店塔电厂直接节省清洗费用50 万元/年，节省电费29 万元/年，节省标煤356.4 万元/年。

3 结语

综上所述，电厂空冷岛应用全自动清洗装置后，极大地降低了人力成本，达到了节能减排的目的。特别是经过优化后的全自动清洗装置，配合热红外成像技术和远程控温控制技术后，更是强化了装置的实践应用效果，提升了装置的工作效率，进一步降低了装置的运行成本，让自动清洗装置功能更加丰富的同时，重量却没有增加，甚至更加简单。