輔機間接空冷系統(tǒng)在300 MW機組的應用及控制方案研究

白東海，孫昌雯，張光煒

（山西電力科學研究院，山西 太原 030001）

0 引言

輔機間接空冷系統(tǒng)主要包括空冷散熱器系統(tǒng)、風機系統(tǒng)、充水/排水系統(tǒng)、補給水系統(tǒng)、噴霧冷卻系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、充氮保護系統(tǒng)和緊急排水系統(tǒng)。輔機冷卻系統(tǒng)的冷卻進水管路中的熱水經(jīng)各個冷卻扇段的分支管通過進口聯(lián)箱，進入各個冷卻扇段的翅片管束，通過大型軸流風機強迫冷卻空氣掠過翅片管束，從而將翅片管束內的熱水冷卻，而冷卻后的水通過各個冷卻扇段的出口聯(lián)箱經(jīng)分支管匯集至輔機冷卻系統(tǒng)的冷卻出水管路，由循環(huán)水泵再循環(huán)回各個用戶，經(jīng)用戶后熱水再次進入各個冷卻扇段，如此循環(huán)往復。

1 輔機間接空冷控制系統(tǒng)功能組成

為了實現(xiàn)輔機冷卻系統(tǒng)的控制和安全運行，設置獨立的功能組（包括輔機冷卻系統(tǒng)首次充水、充氮、輔機冷卻系統(tǒng)啟動、輔機冷卻系統(tǒng)停止），各子組分別為充水/排水子組、百葉窗和風機子組、旁路閥子組、膨脹水箱子組、地下儲水箱子組、噴霧冷卻子組、緊急泄水閥子組、沖氮進口電磁閥子組。其中，百葉窗和風機步序控制、冷卻塔冷卻水出水溫度調節(jié)、防凍保護控制包含在百葉窗和風機子組中，圖1為輔機間接空冷系統(tǒng)功能組組成框圖。

圖1 輔機間接空冷系統(tǒng)功能組組成框圖

2 輔機間接空冷系統(tǒng)功能組控制方案研究

輔機間接空冷系統(tǒng)功能組包括充水/排水子組控制、百葉窗和風機子組控制等，其中防凍保護控制包含在百葉窗和風機子組中。

2.1 充水/排水子組控制

充水/排水子組的目的是根據(jù)輔機冷卻系統(tǒng)運行的需要，對各個冷卻扇段進行相應的充水和排水。每個冷卻扇段整合相關的冷卻三角元件及其對應的進水管、出水管和泄水管，它們并行布置并且獨立工作，因此，有4個同樣的充水/排水子組控制冷卻扇段的充水/排水。程序按控制邏輯關閉傳送泵排水側電動閥和溢水閥且打開傳送泵充水側電動閥，啟動1臺運行傳送泵，關閉冷卻扇段泄水閥和冷卻扇段進出水連通閥，點動控制打開冷卻扇段進水閥和冷卻扇段出水閥，且全部打開冷卻扇段沖氮進口閥。在等待冷卻扇段充水約8 min后，如果冷卻扇段排氣管道液位開關閉合，且膨脹水箱為正常水位停止1臺運行傳送泵，關閉傳送泵充水側電動閥和冷卻扇段沖氮進口閥。

2.2 百葉窗和風機子組控制

百葉窗和風機子組控制的目的是控制冷卻塔冷卻水出水溫度運行在安全、合理、經(jīng)濟的范圍內。輔機冷卻系統(tǒng)的冷卻扇段的百葉窗和風機按表1順序投入。

表1 百葉窗和風機步序表

在環(huán)境溫度小于2℃時，輔機間接空冷系統(tǒng)認為進入冬季運行工況，百葉窗和風機步序根據(jù)冷卻塔出水溫度由1→2→4→5→6→7上切，在進入第2步序自動投入百葉窗控制，百葉窗開度大于97%且冷卻塔冷卻水出水溫度測量值與設定值的偏差大于1℃時進入下一步序，啟動風機自動投入風機控制。在環(huán)境溫度大于5℃時，系統(tǒng)認為進入夏季運行工況，百葉窗和風機步序根據(jù)冷卻塔出水溫度由3→4→5→6→7上切。夏季工況下百葉窗不參與調節(jié)，直接開到100%，按步序啟動風機自動投入自動。

冷卻塔冷卻水出水溫度調節(jié)通過對出水溫度測量值與設定值之間的偏差進行比例積分微分PID（Proportion Integration Differentiation） 運算，結合百葉窗和風機步序表，其PID控制器輸出連續(xù)對各個冷卻扇段的百葉窗開度和風機轉速進行自動控制，使冷卻空氣的流量與運行工況（不同機組負荷及環(huán)境條件）相協(xié)調，最終控制出水溫度運行在安全、合理、經(jīng)濟的范圍內。

2.3 防凍保護控制

空冷機組因散熱器凍結造成的設備損壞和停機事故每年給發(fā)電企業(yè)帶來嚴重的經(jīng)濟損失，因而空冷機組散熱器的凍結問題已成為影響空冷機組安全運行最主要的問題之一[1]。防凍保護控制的目的就是為了防止冷卻塔在冬季運行工況下因發(fā)生過冷而導致翅片管凍結，避免因凍結造成的散熱器損壞。在環(huán)境溫度小于2℃時，冷卻塔的防凍保護分為單個冷卻扇段防凍保護和整塔防凍保護兩部分。

使用壓片法對原淀粉和 OSA淀粉顆粒的結構進行鑒定。將樣品與光譜純的溴化鉀（KBr）按照質量比為100：1混合，將混合物于瑪瑙研缽中充分混合后用壓片機壓成薄片，用FTIR光譜儀進行光譜掃描，掃描范圍4000～500 cm-1分辨率4 cm-1，掃描次數(shù)32次。

2.3.1 單個冷卻扇段防凍保護

當冷卻扇段冷卻水出水溫度小于28℃時，在控制室分散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System） 監(jiān)控屏幕上提示“冷卻扇段過冷報警”；當冷卻扇段冷卻水出水溫度小于26℃時，觸發(fā)冷卻扇段防凍保護動作風機控制條件，置冷卻扇段風機最低轉速并停止；當冷卻扇段冷卻水出水溫度小于24℃時，觸發(fā)冷卻扇段防凍保護動作百葉窗控制條件，關閉冷卻扇段百葉窗1號—8號；當冷卻扇段冷卻水出水溫度小于20℃且延時3 min，觸發(fā)冷卻扇段防凍保護動作排水觸發(fā)條件，進入“冷卻扇段排水”；當冷卻扇段冷卻水出水溫度大于30℃時，延時5 min，解除冷卻扇段防凍保護動作，該冷卻扇段的百葉窗和風機返回系統(tǒng)正常控制狀態(tài)。

2.3.2 整塔防凍保護

在環(huán)境溫度小于2℃，當冷卻塔冷卻水出水溫度小于15℃且延時3 min，控制室DCS監(jiān)控屏幕上提示“冷卻塔冷卻水出水溫度低故障，進入整體防凍”，進行聲、光報警。整塔進行緊急疏水，是決定某個冷卻扇段排水還是各冷卻扇段均排水應由操作人員立即決定并謹慎處理。這是輔機干冷塔整塔防凍保護。

3 輔機間接空冷系統(tǒng)調試問題及分析

1號機組在2012年4月上旬投入生產，對運行過程中出現(xiàn)的一些問題進行了改進。

在理想狀況下按照充水/排水程序充水或許可實現(xiàn)，實際無法完成充水過程。首先，液位開關無法正確反映液位，在充水過程中液面波動會使開關誤發(fā)，實際未到液位開關定值，進水閥和出水閥就已經(jīng)全開，液面上氮氣還未全部由沖氮進口閥返回地下膨脹水箱而導致充水失敗。其次，充水過程中進出水閥開門過快會使冷卻水進口壓力下降太快，導致循環(huán)水泵出口失壓。經(jīng)過反復實驗，控制程序修改如下：進出水閥開度大于20%中停等待扇段充水，在液位開關穩(wěn)定60 s后繼續(xù)開進出水閥（進出水閥開度大于30%只需等待5 s即可），在此過程中壓力突降20 kPa以上時中停進出水閥2 s，穩(wěn)定后繼續(xù)開閥。修改后控制充水成功。

防凍控制措施原方案只是以環(huán)境溫度簡單劃分冬夏兩季，在本工程所處地區(qū)春秋兩季溫差大，白天超過20℃，晚上在2℃附近，帶低負荷時冷卻水出水溫度低于防凍保護值時就會觸發(fā)單體防凍保護導致整個扇段泄水。這種工況下沒必要觸發(fā)防凍保護，所以，在原方案基礎上多設條件，根據(jù)全天最高溫度調低扇段泄水的防凍保護值，如果全天最低溫度過低恢復原有防凍保護值，避免了不必要的泄水動作。

在冬季，冷卻塔除采取上述防凍控制措施外，還要注意以下事項。

a）在冬季要投入保護運行模式，并且與冬季運行模式共同運行。

b）進入冬季前要對各種保護進行實驗，確保各閥門、百葉窗動作可靠正確[2]。

c）確保2臺循環(huán)水泵正常運行，防止循環(huán)水流速過低而在散熱器內結冰。

d）確保2臺傳送泵正常運行，防止扇段充水失敗。

e）當扇區(qū)發(fā)生泄漏時，需及時將該扇區(qū)退出運行，防止外部結冰凍壞散熱器。

f）避免在環(huán)境溫度較低和夜間對扇區(qū)進行充水和泄水操作，以免扇區(qū)結凍。

本工程冷卻塔冷卻水出水溫度調節(jié)為一個單回路控制系統(tǒng)。百葉窗自動控制原方案是由冷卻水出水溫度測量值與設定值之間的偏差進行PID運算，其PID控制器輸出對百葉窗連續(xù)控制。這樣設計實際運行效果不好。根據(jù)運行經(jīng)驗，百葉窗在環(huán)境溫度小于-20℃，且開度小于30%的情況下對出水溫度才具有良好的調節(jié)功能。百葉窗設計為點動控制，取百葉窗位置反饋作為該百葉窗開度的測量值，這樣的設計無法滿足溫度連續(xù)調節(jié)。所以新方案完全放棄原設計，新方案根據(jù)冷卻水出水溫度運行經(jīng)驗值設定不同的百葉窗開度。這樣做避免了百葉窗頻繁開關導致步序上切啟動風機，同時也滿足運行要求。

4 結束語

輔機冷卻系統(tǒng)采用帶機力通風的冷卻塔進行冷卻，這是國內利用國外間接空冷技術在國內300MW間接空冷機組輔機冷卻系統(tǒng)的首次應用，所以該系統(tǒng)運行經(jīng)驗比較少，在系統(tǒng)的控制方法和安全過冬等系統(tǒng)運行方面還需積累經(jīng)驗并做相應的優(yōu)化調整。該電廠輔機干冷塔充/排水控制和百葉窗、風機的控制方式的調整，及進入冬季前所采取的防凍保護措施是可行的，為同類機組輔機冷卻系統(tǒng)的調試及運行積累了經(jīng)驗。

［1］ 李春山.600 MW機組間接空冷系統(tǒng)冬季防凍控制研究［J］.電力安全技術，2010（6）：53-54.

［2］ 梁振明，白志剛.600 MW表凝式間接空冷系統(tǒng)冬季運行方式探討［J］.山西電力，2010（1）：55-56.