600 MW間接空冷塔溫度的自動控制和優化

焦宏波，竇紅霞

(大唐陽城發電有限責任公司，山西 晉城 048102)

1 空冷塔及其百葉窗的控制概況

大唐陽城發電有限責任公司2×600 MW間接空冷機組選取了哈蒙式的表面式凝汽器與海勒式空冷散熱器相結合的方式，創造性地采用了自然通風冷卻塔和表面式凝汽器的間接空冷系統。該系統流程為：循環水進入表面式凝汽器的水側，通過表面換熱冷卻凝汽器汽側的汽輪機排汽，受熱后的循環水由循環水泵送至空冷塔，通過空冷散熱器與空氣進行表面換熱，循環水被空氣冷卻后再返回凝汽器去冷卻汽輪機排汽，構成了閉式循環。

該系統采用了自然通風冷卻塔，散熱器布置在塔底部四周的邊緣，共分為8個區域，稱為8個扇區。每個扇區有11組冷卻三角，每組冷卻三角有2組散熱器，每個扇區的循環水從11組散熱器的底部進入，從頂部回到循環水的母管上。每2組散熱器由1個執行器控制的百葉窗來控制通過2組散熱器的風量，從而實現對每個扇區出水溫度的控制。1座空冷塔共有90套百葉窗，分別由90個執行器來控制其開度。

正常情況下，在夏季時室外溫度高，空冷塔各扇區的百葉窗基本保持全開，不進行開度調節；在春、秋季時，早晚和夜間會對百葉窗的開度進行少量調節，以保證凝汽器的背壓不致過低，最低維持在6 kPa(絕對壓力)以上；最重要的是在冬季，當環境溫度低于零度時，如果不能很好地保證各扇區的出水溫度，就可能由于循環水溫度過低，而造成散熱器局部受凍，若發現不及時，就會出現散熱器大面積受凍、破裂的情況。散熱器損壞意味著產生巨大的財產損失、設備無法投運、影響機組發電量、供電煤耗增大等惡劣影響。另外，由于空冷塔內總共有90個執行器來控制百葉窗的開度，運行人員無法手動對每個執行器操作，且手動調節溫度會有很大的超前或滯后，無法滿足負荷快速變化對系統的要求。所以，百葉窗的自動控制對于空冷塔的安全、穩定、經濟運行有著極其重要的作用。

2 空冷塔百葉窗的自動控制

空冷塔百葉窗自動控制的主要對象為循環水的熱水溫度和每個扇區的回水溫度。因為只要循環水的熱水溫度和扇區的回水溫度穩定在一定的范圍內，就能保證通過散熱器的水溫，從而防止過冷的空氣將散熱器的溫度降到冰點以下。同時，由于扇區出水溫度的高低與循環水回水溫度的高低是相對應的，這就意味著扇區出水溫度同時影響著凝汽器的背壓。所以，在進行溫度調節時，凝汽器背壓的大小也是一個重要的控制對象。

由于百葉窗的開度對扇區出水溫度、凝汽器背壓影響較大，以及機組、空冷塔的工況的不連續性，百葉窗的開度不能連續調節，否則可能使凝汽器背壓頻繁上下波動，影響機組的經濟性、安全性。所以，百葉窗的執行器選用了AUMA關斷型執行器，接受開關量的脈沖指令，指令延續多長時間，執行器就動作多長時間。根據調試結果，確定執行器每4 min檢測1次動作條件，如果條件滿足，就動作1次，每次動作脈沖時間為2 s；如果條件不滿足，等待4 min后再次檢測。以下各種工況下的開啟、關閉調節都是以此為基礎的。

2.1 環境溫度 >6 ℃

(1) 如果凝汽器背壓>7 kPa，循環水熱水溫度>38 ℃或8 min內溫升達4 ℃(為響應溫度的快速變化)，則扇區的百葉窗進行開啟調節；如果熱水管溫度<35 ℃，則扇區的百葉窗進行關閉調節。

(2) 如果背壓<7 kPa ，背壓升到了最高限(用主汽流量的函數計算的背壓低限，加上2 kPa的回滯區)或8 min內背壓壓升達1 kPa(為響應背壓的快速變化)，則扇區的百葉窗進行開啟調節；如果背壓達低限(用主汽流量的函數計算的背壓低限)，或8 min內背壓降低了1 kPa(為響應背壓的快速變化)，則扇區的百葉窗進行關閉調節。

2.2 環境溫度 <6 ℃

(1) 如果背壓>7 kPa，循環水熱水溫度>(28-環境溫度×0.091) ℃，且熱水管溫度>38 ℃，則扇區的百葉窗進行開啟調節；或者在每8 min檢測1次，扇區回水和循環水熱水溫度溫升達4 ℃，則扇區的百葉窗進行開啟調節。

(2) 如果背壓<7 kPa，扇區回水溫度>(28-環境溫度×0.091) ℃，且背壓達高限(用主汽流量的函數計算值，加上2 kPa的回滯區)，則扇區的百葉窗進行開啟調節；或者在每8 min檢測1次，扇區回水溫度溫升達4 ℃且背壓升高達1 kPa，則扇區的百葉窗進行開啟調節；如果背壓達低限(用主汽流量的函數計算的背壓低限)，或者8 min內其溫降達4 ℃且扇區回水溫度<34 ℃，則扇區的百葉窗進行關閉調節。

2.3 環境溫度 <2 ℃

如果扇區回水溫度<(16-環境溫度×0.091)℃，則認為過冷，開始關閥。延時150 s后扇區將切除放水。

2.4 非溫度影響

(1) 如果背壓>7 kPa，8 min內循環水熱水溫度溫降達4 ℃，則扇區進行關閉調節。

(2) 如果背壓<7 kPa，8 min內背壓壓降達1 kPa，則扇區進行關閉調節。

(3) 如果扇區回水溫度<(30-環境溫度×0.091) ℃，扇區進行關閉調節。

(4) 如果扇區回水溫度<(21 -環境溫度×0.091) ℃，則禁止開啟扇區，延時10 s后將扇區的百葉窗全關。

背壓低限計算公式：

背壓低限=[69.7-(1 980-主汽流量)×0.032 4]÷10+2(kPa)。

3 極端惡劣天氣下自動控制和優化

機組投產后的2年多來，每年冬天都會出現少量散熱片受凍的情況。經過觀察，發現空冷塔每2個冷卻三角之間的連接處存在微小縫隙，在大風降溫天氣時，冷風通過這些細縫帶走了散熱片的部分熱量。另外，由于每個扇區的循環水都是從11組散熱片的底部、中間進入的，造成了中間流量大，兩邊流量小的情況。

根據實際運行情況，在空冷塔每個扇區的第6，17冷卻柱上各安裝2支溫度計，位置在散熱器的表面，同一個冷卻三角兩面各1支，用于測量散熱片進口的最低風溫，并通過控制每個扇區兩側各3個百葉窗的開度，提高通過這些扇區冷卻三角的水溫，最終提高每個扇區最容易受凍的兩側的防凍能力。具體的自動控制方式如下。

(1) 當第6冷卻柱上的溫度降到冰凍臨界點溫度以下(約8 ℃)時，該扇區冷卻三角左側的3個百葉窗轉入新的控制方式，將關閉5 %(約3 s)；系統每隔1 min檢測1次，如果溫度依然較低，繼續關閉，直至溫度上升到危險臨界溫度以上(約12℃)，停止關閉。

(2) 當第6冷卻柱上的溫度穩定上升到15 ℃時，這3個百葉窗的控制轉換到標準溫度控制模式，即原來的控制方式。

(3) 第17冷卻柱上的溫度用于控制該扇區冷卻三角右側的3個百葉窗，原理同上。

(4) 除左、右各3個百葉窗的控制邏輯需要改變，其余百葉窗的控制邏輯不變。

4 百葉窗自動控制需要注意的幾個問題

(1) 散熱片保護的重要性不亞于汽輪機的保護，所有調節所涉及到的環境溫度、循環水熱水溫度、循環水冷水溫度等溫度測量元件，都需要采取“三取二”的方式，以確保測量的準確性和可靠性。

(2) 因為每個扇區的11個百葉窗都是脈沖式的動作，而每個百葉窗動作時可能會由于執行機構卡澀、百葉窗卡澀、百葉窗阻力等不同情況，導致長時間調節中各個百葉窗的開度會出現不一致。這樣就需要增加“同步”的功能，即每隔1天的時間，由運行人員來操作“同步”功能，將本扇區的11個執行器同時關至全關位，然后再同時開啟到原來的開度位置，以保證各百葉窗的開度一致。

(3) 當環境溫度低于0 ℃時，需要將4，5號扇區中的1個扇區放水，關閉所有百葉窗，即將1個扇區退出運行，以提高其他扇區的流速；當環境溫度低于-5 ℃時，將4，5號扇區全部放水，關閉所有百葉窗，再次提高流速。

5 結束語

通過對空冷塔冷卻三角的百葉窗的自動控制和優化，經過長期的試驗，掌握了大量的優化、自動調節的數據，便于機組在不同工況、不同季節及時地進行參數調整，使空冷塔長期、安全的運行。作為國內首例間接空冷機組，其控制方式、優化和累積的經驗、數據，對于同類型機組的運行來說，具有很好的參考價值。