300 MW機組直接空冷控制系統的設計

孔慶軍

（華能濟寧運河發電有限公司，山東 濟寧 272000）

0 引言

我國是以煤電為主體的能源生產和消費大國，煤炭資源卻分布在水資源匱乏的西部和中部的廣大地區。因此，在這些富煤缺水地區發展火電空冷機組，成為電力建設必由之路。直接空冷系統是將汽輪機排出的乏汽，由管道引入空冷凝汽器中，由環境空氣直接將排汽冷凝為凝結水，減少了常規二次換熱所需要的中間冷卻介質，換熱溫差大，效果好。考慮到直接空冷系統的節水優勢，在新疆哈密大南湖電廠一期2×300 MW工程設計中采用了直接空冷系統。

1 工程概況

工程為亞臨界空冷燃煤發電機組。汽輪發電機組是北京北重汽輪電機有限責任公司的單軸、一次中間再熱、三缸雙排汽、直接空冷抽汽凝汽式汽輪發電機組。直接空冷系統由首航艾啟威冷卻技術（北京）有限公司供貨。直接空冷系統主要是指自汽輪機低壓缸排汽口至凝結水泵入口范圍內的設備和管道，直接空冷的凝汽設備稱為空冷凝汽器。

直接空冷系統主要包括汽輪機低壓排汽管道系統、凝結水系統、抽真空系統。

汽輪機低壓排汽管道系統。低壓排汽管道系統是指由汽輪機低壓缸排汽裝置至A列外空冷凝汽器蒸汽分配管道之間的大直徑排汽管道。排汽管道直徑為DN5500，從汽機房A列引出后，橫向排汽母管采用低位布置方式。

凝結水系統。凝結水系統是指汽輪機的排汽通過排汽管道系統被送到空冷凝汽器的冷凝單元，與空氣進行表面換熱后在管內冷凝，而冷卻空氣橫掠過管外，將管內的熱量帶走。冷凝單元排列成屋頂形，上部與蒸汽分配管道相聯形成屋脊，冷凝單元的下部通過管箱和接管與凝結水收集管道相連，凝結水在此匯集后排至凝結水箱，由凝結水泵送至凝結水精處理車間[1]。冷凝單元所需的冷卻空氣由排列在屋頂下部的軸流風機提供。每臺機組空冷凝汽器（ACC）由6列凝汽器組成，每列包括：5個冷凝單元 （3個順流單元和2個逆流單元）；5套通風系統（每個冷凝單元一套），包括風機、變速箱和電氣裝置。

抽真空系統。真空排汽冷凝的蒸汽中總含有一定量的不凝氣體，如果這些氣體不能被及時排除，它們就會在以后的運行中不斷聚集在冷凝器的頂端，從而阻礙了蒸汽在此流動，導致冷卻能力下降，甚至會導致管內通道阻塞使凝結水過冷，增加了結冰和腐蝕的危險。抽真空系統就是在機組啟動和正常運行時排出汽輪機、空冷凝汽器和其它輔助設備和管道中的空氣，建立和維持機組真空。每臺機組抽真空系統由3臺水環式真空泵組成。

2 直接空冷系統的熱控設計

2.1 控制方式

主廠房控制系統采用以微處理器為基礎的分散控制系統（DCS），直接空冷系統監控采用 DCS遠程站方式納入單元機組DCS中控制，機組DCS采用山東魯能控制工程有限公司的LN2000系統。在集中控制室實現集中監控，由DCS的操作員站完成對空冷工藝系統的監控，就地不設置單獨的操作員站。空冷控制系統的遠程柜布置在空冷平臺下面的空冷電子間內。

2.2 控制系統的設計方案及配置

主要監控測點：排汽壓力、環境溫度、大氣壓力、風速風向、凝結水溫度、抽汽溫度、抽汽壓力、ACC清洗系統、閥門位置顯示和控制、空冷風機變頻控制、抽真空系統。

主要監控內容：控制系統通過控制啟停風機臺數和改變風機轉速來改變通過冷凝器換熱片的空氣流量，從而控制ACC性能；控制系統通過排汽壓力控制變頻風機，當排汽壓力改變時，風機轉速也改變，以確保提前設定的運行工況；蒸汽分配管道、凝結水及抽真空管道上執行器的控制，通過啟閉蝶閥控制換熱面積從而實現背壓的調控；控制抽真空系統；空冷系統的控制作為一個模塊整合入機組DCS中實現空冷系統的智能化、自動化控制。

直接空冷系統空冷凝汽器的排汽壓力是主要控制參數。排汽壓力的調整是通過改變ACC管束的冷空氣流量，冷空氣的流量是通過改變風機的頻率實現的。風機是通過變頻控制器來實現一定范圍的速度控制，風機利用變頻器可以實現無級調速[2]。通過管束的冷空氣的速度來改變壓力和溫度是緩慢的，因此控制系統充分地考慮了相互之間的延遲，避免控制器出現振蕩。

控制系統的硬件配置：單元機組空冷控制系統設有3對控制器，1面繼電器柜，3面遠程柜。空冷系統I/O點數統計如表1所示（單臺機組）。

表1 空冷系統I/O點數統計表

2.3 控制系統的配電及接地

空冷系統DCS柜接受來自電氣UPS饋線屏的UPS電源及電氣汽機保安MCC的保安電源各1路，分別向空冷系統各DCS機柜供電，電源容量為8 kVA。

空冷系統的所有信號均在空冷DCS機柜側接地，每個控制機柜的系統地和屏蔽地銅排用接地電纜接至空冷DCS電源柜，在空冷DCS電源柜匯集后接至空冷就地電氣接地網。

2.4 熱控儀表設置及選型原則

空冷系統主要控制儀表的設置原則：排汽壓力與排氣溫度等重要調節信號按照三冗余設置；同時在排汽管道上設置就地壓力表與溫度計；每個凝結水聯箱管路中的設置溫度檢測；抽真空管道上設置壓力與溫度測點；此外，還設有風機振動測點、風機電機繞組溫度測點、風機電機減速箱潤滑油壓力測點、大氣溫度與壓力測點、環境風向風速測點等。

熱控儀表的選型原則：熱電阻采用雙支絕緣式鎧裝型鉑熱電阻（Pt100，三線制）；在就地溫度計采用不銹鋼萬向型抽芯式雙金屬溫度計，壓力表選用不銹鋼充油耐振式壓力表；變送器選擇二線制智能變送器；風機振動、過程邏輯開關、環境風向風速等儀表選擇進口優質產品。

3 結語

除了資源分布情況，直接空冷系統還具有設備少、占地面積小、初投資較小、系統相對簡單、運行靈活等優點[3]，因此電廠直接空冷技術在我國北方地區的應用越來越廣泛。目前新疆哈密大南湖電廠一期2×300 MW直接空冷機組已經實現雙投，直接空冷通過改變風機轉速或停運風機或使風機反轉來調節空冷凝汽器的進風量或采取直吸熱風防止空冷凝汽器凍結，調節相對靈活，效果好。直接空冷控制系統運行良好，系統各工況工作穩定，在寒冷地區運行經濟性較好，并積累了成熟的運行經驗。