大型空冷機組協調控制技術研究

王曉峰

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱150046）

1 引言

空冷汽輪機是利用空氣作為凝汽系統的冷卻介質，把排汽凝結為凝結水。由于空氣的干泡溫度高于濕泡溫度，所以空冷汽輪機運行背壓高于濕冷汽輪機，并且空氣溫度隨年月和晝夜變化很大，空冷機組的允許運行背壓范圍也很大。因此，目前應用于濕冷機組的常規DEH控制方法需要進一步改進才可以使空冷機組安全經濟地運行，本文通過分析空冷機組的特點及現有需要解決的問題，提出了需要進一步研究的問題及方向，為進一步提高電廠運行的經濟性給出了較好的建議。

2 空冷機組的特點

直接空冷機組與常規濕冷機組在大部分結構上是一致的，其最主要區別存在于冷端系統。直接空冷機組中的空冷凝汽器、軸流冷卻風機、立式電動機代替了濕冷機組中的晾水塔，成為冷卻蒸汽的主要器件。在這種結構中，蒸汽從空冷凝汽器中流過，被軸流冷卻風機中的風冷卻，為表面式換熱，換熱只有一次，和濕冷換熱方式存在很大區別。正是這種區別使得空冷機組有著獨特的特點［1-4］：（1）節約用水。可以減少全廠用水的65%～80%，增加了廠址選擇的靈活性，為在北方富煤少水地區建立大型火電廠提供了條件。（2）空冷系統的冷卻性能受環境（氣溫、風向、風速、沙塵暴、逆溫差等）影響很大。（3）直接空冷系統取消了濕式水塔，減少了廠面積，消除了霧氣污染和淋水噪聲。

3 空冷機組背壓限制曲線

根據空冷機組大部分時間都處在高背壓小容積流量工況下運行的特點，首先控制汽輪機的排汽溫度，在低負荷，高背壓時，排汽熱焓高，排汽溫度高，必須通過噴水來降低和控制排汽溫度的進一步升高，保證機組在規定的排汽溫度以下能夠長期安全運行；其次是對末級葉片的保護，在高負荷、高背壓時，高密度的排汽蒸汽激發的動應力高，要保證末級葉片動應力在允許范圍內長期安全運行。這就需要制定一條背壓限制曲線。空冷機組運行限制曲線是要兼顧到機組的排汽溫度控制和末級動應力控制。使這兩部分都能達到適合于機組長期安全運行目的。圖1為某電廠600MW空冷機組運行限制曲線（背壓限制運行曲線）。

由曲線可以看出背壓和相對負荷的關系。圖1中的曲線可以分為5個區域：（1）阻塞線和相對負荷圍成的區域，為汽機不能運行的區域。（2）報警線和阻塞線圍成的區域，為汽機可以長時間運行的區域。（3）限制線和報警線圍成的區域，為背壓高報警區域。（4）跳機線和和限制線圍成的區域，為背壓高報警且限制運行時間區域（允許時間為15min，如果 15min后背壓還是在此區域，也要跳機來保護汽機）。（5）旁路停用線和跳機線圍成的區域，為停機后背壓所在的區域。

圖1 某電廠600MW空冷機組運行限制曲線

4 現有背壓機組的兩種背壓調整方案

4.1 在汽機的電液調節系統（DEH）中調節

將汽機的背壓作為一個現場控制信號采入DEH系統中，同時將圖1背壓運行限制區線以折線函數的形式寫入DEH。這樣在一定的相對負荷下，通過寫入DEH的折線函數，就能夠得到對應于當前相對負荷的允許背壓，再用這個背壓和現場返回控制系統的實際背壓作比較，從而得出機組此時的背壓是否合理，如不合理，將采取相應的控制方案來調整當前系統的背壓。如20%至80%相對負荷，背壓不在運行曲域時，要根據汽輪機特性和空冷塔的特性來增減負荷，控制背壓。如果背壓限制性的斜率大于空冷塔背壓特性線的斜率，采取加負荷的方法。反之，采取減負荷的方法；一般來說，根據我們的工程實踐經驗，都是應該減負荷,使當前背壓盡快回到運行允許的安全區域來。

4.2 在空冷島側調節

大型空冷機組的空冷島都配有獨立的調節系統，由其來控制空冷設備的運行。當反饋背壓比給定的背壓高時，要求背壓降低，可以加大軸流風機的轉速，提高空氣的流動速度，加強換熱效果，在汽機排汽流量不變時，可使背壓降低。當反饋背壓比給定的背壓低時，要求背壓升高，可以降低軸流風機的轉速，減弱空氣的流動速度，降低換熱效果，在汽機排汽流量不變時，可使背壓上升，來滿足運行限制曲線對背壓的要求。

5 需要進一步研究的問題

5.1 建立DEH與空冷島的關系（協調控制）

由于現有的方案都是相對獨立的，沒有建立相互的聯系，這就有一些弊病，如要求背壓降低，由空冷島控制提高軸流風機的轉速，能使背壓降低，在汽機排汽流量不變時，背壓降低，可使得汽機的功率增加。汽機增加的功率能否大于風機消耗的功率是決定此次調節當前背壓是否經濟的關鍵。但是由于沒有建立空冷島與DEH系統間的控制關系，使得背壓的調整完全憑借于運行人員的經驗，是否經濟沒有定量數據。建立兩者關系后，即可根據當前的氣溫和主蒸汽量，確定投運空冷塔和風機的數量，得到最佳背壓和最大機組出力。反過來也可以根據當前的氣溫和出力要求，確定投運空冷塔和風機的數量，得到最佳背壓和最小主蒸汽量，使機組在最經濟狀態下運行。

5.2 建立基于氣溫預測和發電能力預測的綜合控制模型

空氣溫度隨年月和晝夜變化也大，如果能夠建立空冷塔所在地區的氣象模型，把空氣溫度這個外界因素也考慮進去，就可以建立一個預期調節系統，即根據氣溫趨勢和發電能力預測，確定下一時段投運空冷塔和風機的數量，提前預熱空冷設備或減少設備，提高空冷塔的響應特性，得到最佳背壓和最小主蒸汽量，從而使空冷系統的控制由被動的適應變為主動的調節，提高了調節系統的能力，更有利于電廠的經濟運行。

6 結論

本文對空冷機組的背壓曲線做了詳細的說明，并結合現場調試的經驗，針對空冷機組的背壓調節，分別從汽機電液控制系統（DEH）和空冷島系統方面進行了分析，發現了其中需完善的地方，提出了進一步的研究方向，為提高電廠運行的經濟性給出了較好的建議。

［1］ 王佩璋.60萬kW直接空冷機組的技術特點及其示范性［J］.山西能源與節能，2006（6）：16-17.

［2］ 楊立軍，杜小澤，楊勇平，等.直接空冷機組空冷系統運行問題分析及對策［J］.現代電力，2006，23（2）：52-55.

［3］ 謝林.直接空冷技術的發展和應用［J］.電力學報，2006，21（2）：186-189.

［4］ 趙之東，楊豐利.直接空冷凝汽器的發展和現狀［J］.華北電力技術，2004（5）：44-50.