空冷风机冷端优化闭环调整系统在直接空冷机组中的应用

摘 要：托克托电厂7号机是600MW亚临界直接空冷机组，运行中表现出背压高、煤耗高、经济性差的特点，特别是冷端系统空冷风机频率调整，一直处于手动方式，无法投入自动，调整效果完全取决于运行人员技术水平、责任心，效率低、经济性差。为了响应国家智慧电厂建设和清洁电力、节能减排的号召，贯彻执行集团公司智能技术应用的要求，解决空冷机组冷端优化不能闭环调整的问题，设计研发空冷风机冷端优化闭环调整系统并投入使用。

关键词：直接空冷;空冷凝汽器;冷端优化;闭环调整

1前言

汽轮机冷端系统是火电厂节能降耗的重要部分，直接影响机组能耗水平。直接空冷机组以环境空气做为介质冷却汽轮机排汽，通过调节空冷风机频率来控制机组背压，与湿冷机组相比，空冷机组背压调整更灵活，不同的负荷、环境温度工况下必然存在一个最佳背压值，对应一个最佳风机频率。空冷机组最佳背压理论研究成果很多，能形成闭环控制[1]并应用到现场实际少之又少。

空冷风机冷端优化闭环调整系统在国内首次实现了空冷风机随负荷和环境温度变化的闭环控制和精细化调整。通过空冷岛温度场在线监测技术，采集空冷凝汽器温度场红外成像数据[2]，建立空冷岛运行状态智能监测系统;运用空冷岛运行状态智能感知系统，找出关键特征参量“温度转变界面”，借助参量捕捉系统，将空冷凝汽器温度场分布情况以三维彩色成像形式展现，提供给运行人员监视调整。基于运行状态智能监测、感知系统和关键特征参量捕捉系统，设计控制策略、控制逻辑和控制系统，通过顺流区风机和逆流区风机的分区控制，实现冷端优化闭环调整。

2功能介绍

2.1设备简介

托克托电厂7号机为600MW亚临界直接空冷机组，空冷平台上共安装有56组空冷凝汽器，分为8排冷却单元垂直于A列布置，每排有7组空冷凝汽器，其中第2、第6组为逆流凝汽器，其余5组为顺流凝汽器。顺流散热器管束是冷凝蒸汽的主要部分，逆流散热器管束主要是为了将系统内空气和不凝结气体排出，避免冬季空冷凝汽器冻结。配套设置56台单速变频调节空冷风机，优化前空冷风机频率手动调节，分每台风机单独调节、每排7台风机同步调节、56台风机同步调节共三种调节方式，频率调整范围20-55Hz。

2.2空冷风机冷端优化闭环调整系统主页面

主页面显示机组当前负荷、真空、环境温度、空冷风机电功率等主要参数，同时计算得出当前机组空冷风机电率。主要位置通过三维立体模型展示空冷凝汽器内部蒸汽运行情况，红色代表超温、蓝色代表低温。右侧显示当前凝汽器逆流区蒸汽相变位置情况，由上至下共10米。不同的蒸汽相变位置对应不同的频率调整逻辑，保证汽轮机冷端在最优方式运行。画面下方包括热风回流监测模块、风机进风量监测模块、风机单元湿度监测模块，帮助运行人员更好的监测和掌握空冷凝汽器运行状况。

2.3空冷风机冷端优化闭环调整系统分页面

风机温度监测分页面，主要展示空冷凝汽器内蒸汽分布详细情况，蒸汽相变位置及过冷度，同时给出风机频率调整建议。

风机运行优化分页面，主要展示当前风机运行频率及优化建议频率，同时计空冷风机总耗电和机组真空优化前后数据，并在右侧展示优化运行具体结果及调节后目标达成率。

3运行分析

3.1系统运行方式

1）冷端优化闭环调整系统空冷风机的操作模式有两种：优化系统自动、优化系统手动控制。

2）增加空冷风机优化控制一键投入、切除按钮：控制所有56台空冷风机全部投入或退出空冷风机优化控制，紧急状况下操作。

3）每台风机均设置投/切按钮，不退出系统的情况下，可以实现单台风机的启停。

4）空冷风机优化控制系统投入后风机频率调整范围20-50Hz，暂时不具备自动启停功能。

5）空冷优化系统投退、风机投退均可实现无扰切换。

6）空冷风机优化控制系统投入时，若发生空冷风机频率发散变化或机组真空大幅变化，立即将该系统切除。

3.2控制逻辑

3.2.1空冷风机频率控制：

1）调整频率：增量信号2分钟/次;

2）调整幅度：服务器侧和DCS侧均控制在±10Hz以内;

3）空冷风机频率增量信号根据智能监测系统数据，分工况调节：

当某一排温度转变界面在顺流区时：该排7台风机同步调节，频率增量为-5Hz;

当某一排温度转变界面在逆流区底部时：只调该排2台逆流风机，频率增量为-3Hz;

当某一排温度转变界面在逆流区合理区间时：该排7台空冷风机频率保持不变;

当某一排温度转变界面在逆流区顶部时：该排7台台风机同步调节，频率增量为3Hz。

3.2.2空冷风机优化控制系统切自动逻辑：

1）机组退出CCS状态。

2）优化系统通讯不正常。

3）心跳信号消失。

4）机组RB。

3.3运行分析

冷端优化系统总体调整规律，风机频率跟随负荷波动而调节，频率调节每2分钟一次，与负荷变化相比，频率调节相对滞后，但是整体真空稳定性保持良好;环境温度较高、非典型夏季工况时，风机频率调整频次少且主要为逆流风机，幅度小，节能空间不大;典型春秋季工况，风机频率调整频次增加，但以逆流风机频率调整为主，顺流风机调整少，节能效果主要在逆流风机;典型冬季工况，风机频率调整频次居中，调整时多以顺、逆流风机同步调整为主，调整时间滞后负荷变化较多。

4效益分析

2019年12月风机调整试验结果：冬季典型工况，机组负荷420MW，环境温度5.7℃，风机调节前机组负荷稳定，56台空冷风机平均频率45Hz，通过空冷岛智能检测与实时控制系统的提示，该工况仍然有较大的节能空间，风机仍需降频。空冷风机降频调整过程中，机组负荷稳定，真空值基本不变。系统稳定后空冷风机频率平均下降8.2Hz/台，电流平均降低18.4A/台，对应降低煤耗0.467g/kWh。

5结论

国内首次实现了空冷风机随负荷和环境温度变化的闭环控制和精细化调整，形成了空冷岛提效优化与实时控制的完整技术路线及成套工程实现方法。解决了空冷凝汽器冬季易冻结、空冷风机电耗高等一系列难题，春秋及冬季非严寒期的节能效果尤为显著。

空冷风机冷端优化闭环调整系统的开发应用，提升了空冷岛数字化运行水平，改变了空冷机组背压调整模式，机組真空提高，煤耗下降。通过空冷凝汽器管束外温度场分布情况及风机单元风温、风速、湿度数据，运行人员能准确了解空冷管内蒸汽的凝结情况，在保证空冷管束不发生冻结的情况下，各项参数调整能达到或接近设计水平。冷端优化系统自动在线调整能有效提高机组经济性，但调整精度仍有欠缺，需结合运行数据，优化空冷风机频率调整频次、幅度及空冷风机自动启停功能。

参考文献：

[1].李建平，胡勇，吕海涛等.基于实时稳态模型的汽轮机冷端系统闭环优化控制[J]汽轮机技术2017（04）

[2].王岗.空冷凝汽器温度场红外成像及应用试验研究[J]东北电力技术2020（12）

作者简介：

夏尊宇（1980-），男，大学本科，工程师，从事汽轮机运行管理工作.