淺談直接空冷島全自動清洗裝置的優(yōu)化與應用

白繼亮，王潤全，韓平

（國家能源集團國神集團公司，陜西 榆林 719000）

能源是推動現(xiàn)代社會不斷向前發(fā)展的動力，其中，電能更是現(xiàn)階段重要的能源之一，因此，發(fā)電廠在現(xiàn)代社會發(fā)展中的地位十分重要。電廠形式很多，傳統(tǒng)的火電廠、水電廠，新式的風電廠、太陽光伏電廠等，但無論是哪種形式的電廠，都離不開冷卻裝置，特別是火電廠，更是需要冷卻裝置的輔助，才能確保電廠的正常運行。傳統(tǒng)的火電冷卻裝置采用是“晾水塔”，需要大量的水資源，不符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。新型的“直接空冷島”由56 臺風機組合而成，以空氣作為“冷卻劑”，極大地降低了水資源的消耗，特別適合缺水地區(qū)。但是，由于灰塵，表面沉積和污垢的堆積，“直接空冷島”的工作效率大大降低，且存在安全隱患。一種解決方案是基于預定程序定期清潔“直接空冷島”，以提升“直接空冷島”的工作效率并降低維護成本。

1 直接空冷島清洗現(xiàn)狀

1.1 清洗方式

現(xiàn)階段，直接空冷島的清洗主要分作人工清洗和半自動清洗裝置清洗兩種方式。其中，人工清洗又分作本單位人員清洗與外包人員清洗兩種情況。

人工清洗時，在至少兩個操作員的協(xié)助下，將裝備有手臂和清潔頭的機器人以及水箱安裝在直接空冷島上，用一個裝有泵和水箱的籃子來進行清洗。這種清洗方式，危險系數(shù)高，存在安全隱患，且影響其他工作進行。

半自動清洗是將清洗裝置安裝于空冷島平臺后，由人工操作機器人進行清洗工作，工作過程中，需要操作員注意力集中，并且，半自動清洗容易產生清潔死角，設備結構復雜，維護費用較高，性價比不高。

1.2 存在問題

在人工清洗的過程中，人為因素（操作員）在執(zhí)行此操作中起著重要作用，清洗過程費時費力，危險性較高。半自動清洗裝置可以消除手動清潔系統(tǒng)的缺點，但是，這些方法仍然很耗時，并且大多數(shù)仍然要靠人員現(xiàn)場調控，清洗效率低，能耗高，耗水大，增加了每年人工和設備的維護量，綜合考慮降低了半自動清洗裝置的經(jīng)濟性。并且，目前，半自動清洗裝置多采用感溫電纜，其在線監(jiān)控受熱元件點數(shù)限制監(jiān)測范圍，不能實現(xiàn)無死角的溫度場監(jiān)控。可視化紅外測溫也有單獨的應運，但將其與清洗系統(tǒng)融為一體實現(xiàn)智能控制，目前在空冷島尚無應用。

2 全自動清洗裝置優(yōu)化與應用

2.1 裝置結構

直接空冷島全自動清洗裝置分作三個部分，分別是用于清洗的高壓水泵、用于傳輸高壓水的管路系統(tǒng)、用于輔助的清洗裝置。其中，高壓水泵是裝置的核心部分，通常采用壓力為8 ～10MPa，流量為10 ～20t 的高壓柱塞泵。管路系統(tǒng)與高壓水泵連接，將清洗用水傳輸?shù)街苯涌绽鋶u上。

清洗裝置包括帶行走輪的支架、帶噴嘴的清洗架等，必要的輔助結構，實現(xiàn)了直接空冷島全自動清洗裝置的移動，擴大了直接空冷島全自動清洗裝置的覆蓋面，方便了直接空冷島全自動清洗裝置的操作運行。具體如圖1 所示。

圖1 清洗裝置圖示

2.2 系統(tǒng)優(yōu)化

現(xiàn)階段有不同的控制系統(tǒng)和技術，諸如可編程邏輯控制器（PLC），監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集（SCADA），網(wǎng)絡控制系統(tǒng)（NCS），和Arduino 控制系統(tǒng)等。其中，SCADA 被廣泛用于收集和管理數(shù)據(jù)，總成本很高，通常用于大型工業(yè)部門；NCS 控制系統(tǒng)的主要功能之一是信息獲取，例如傳感器，命令（如控制器），通信和網(wǎng)絡以及控制。NCS 已經(jīng)使用了很長時間，但是，仍然存在挑戰(zhàn)性的問題和未解決的問題，有待進一步研究。隨著NCS 在現(xiàn)實生活中的應用不斷增加，實時安全控制至關重要。這種情況引起了NCS 中的實時優(yōu)化問題和安全威脅建模要求。此外，由于大量傳感器、控制器和執(zhí)行器在空間上分布在網(wǎng)絡上，因此，使用NCS 控制系統(tǒng)設計大規(guī)模的容錯控制系統(tǒng)仍然非常困難；Arduino 是一個用于電子編程的開源平臺，由物理可編程電路板（微控制器）和一塊軟件組成。與其他控制系統(tǒng)相比，對Arduino 微控制器進行編程不僅在安裝方面非常容易，而且Arduino 的初始和維護成本較低；與Arduino 系統(tǒng)相比，PLC 在保持Arduino 系統(tǒng)的優(yōu)點的基礎上，更加可靠，并且PLC 具有更好的處理器能力和內存。因此，直接空冷島全自動清洗裝置的控制系統(tǒng)采取了PLC 控制系統(tǒng)，具有極高的成本效益，并且機制更快。

2.3 結構優(yōu)化

為了提升直接空冷島全自動清洗裝置的工作效率，進一步降低直接空冷島全自動清洗裝置的使用限制，對直接空冷島全自動清洗裝置的優(yōu)化主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）實施全自動空氣炮清洗，為空冷島配置清洗主機、特制清洗架、壓縮空氣集成系統(tǒng)、水氣系統(tǒng)、清洗裝置。用高效節(jié)能清洗裝置代替原有的高壓水清洗裝置，大幅降低清洗用水量。

（2）利用全自動清洗裝置結合紅外熱成像儀，有助于冬季防凍，故障診斷。器件采用標準的0.5μm CMOS 工藝制造，然后，采用無掩模CMOS 微加工工藝制造。像素感測元件的面積為800μm2。測得的像素靈敏度為0.57mV/K，等效溫度噪聲為√6mK/Hz，等效電容噪聲為0.2aF/Hz。

（3）整套系統(tǒng)采用全自動控制系統(tǒng)和測溫系統(tǒng)。系統(tǒng)控制的所有功能均由在線微型計算機（TRS-80 型III）執(zhí)行，從而形成了一種多功能系統(tǒng)，能夠交替記錄多個溫度位置，實現(xiàn)清洗裝置、測溫裝置一體化遠程控制。

2.4 應用效果

本次設計的全自動清洗裝置應用于店塔電廠的直接空冷島清洗項目，運行費用為：除鹽水5.86 萬元/年，電費17.9 萬元/年。具體應用效果如下所述：

（1）由于空冷島清洗實現(xiàn)了全自動清洗，因此，大幅降低了店塔電廠用于清洗空冷島的操作人員數(shù)量；（2）由于空冷島清洗實現(xiàn)了全自動清洗，因此，清洗周期大幅縮短，節(jié)水效果顯著約節(jié)水80%；（3）由于全自動清洗裝置采用了紅外熱成像技術，以及遠程測溫系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，因此，實現(xiàn)對某一列空冷翅片定向清洗；（4）由于全自動清洗裝置采用了空化泡氣水混合清洗，機組發(fā)電煤耗約降低3g/kWh，實現(xiàn)了生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。

總之，將優(yōu)化后的全自動清洗裝置應用于店塔電廠的直接空冷島清洗項目后，為店塔電廠直接節(jié)省清洗費用50 萬元/年，節(jié)省電費29 萬元/年，節(jié)省標煤356.4 萬元/年。

3 結語

綜上所述，電廠空冷島應用全自動清洗裝置后，極大地降低了人力成本，達到了節(jié)能減排的目的。特別是經(jīng)過優(yōu)化后的全自動清洗裝置，配合熱紅外成像技術和遠程控溫控制技術后，更是強化了裝置的實踐應用效果，提升了裝置的工作效率，進一步降低了裝置的運行成本，讓自動清洗裝置功能更加豐富的同時，重量卻沒有增加，甚至更加簡單。