大風天氣下間接空冷系統DCS控制策略研究

邢照凱++高麗紅

【摘 要】通常認為大風天氣對直接空冷系統運行的影響要遠大于間接空冷系統，但通過相關模擬分析及機組的實際運行經驗表明，大風條件下間接空冷系統的散熱能力也會顯著惡化。針對上述情況，本文提出了大風天氣下間接空冷系統可以在DCS中采取的控制策略及措施，為應對此種天氣影響提供了可行的方案。

【關鍵詞】大風天氣 間接空冷 DCS控制策略

1 引言

通常來說，環境風對于空冷系統的散熱能力影響較為明顯。直接空冷系統由于空氣動力學性能較差，其散熱能力容易受到環境風的影響，易造成凝汽器背壓升高，嚴重時可能導致機組停機。對于間接空冷系統，由于間冷塔出口離散熱器入口較遠，因而基本能消除熱回流現象，另外圓柱形塔筒的空氣動力學性能相對較好，所以通常認為間接空冷系統受風影響遠小于直接空冷系統。

2 大風天氣對間接空冷效果的影響

然而，根據文獻[1]中所進行的數值模擬分析結果來看，在小風條件下間接空冷系統散熱能力較好，凝汽器背壓的波動幅度小。但在大風條件下其散熱能力顯著惡化，造成凝汽器背壓升高，機組無法滿發。從環境來風的角度分析來看（圖1），間冷塔內空氣流動的動力來自塔內外密度差引起的浮力抽吸。當環境來風經過間冷塔進口時，散熱器所處條件主要有以下幾種：

（1）迎風面為正壓區，該區域的進風速度增大，從而提高了相應扇區的散熱能力；

（2）側面為加速低壓區，由于此處風速加快導致壓力降低，從而減小了原有的抽吸力，降低了相應扇區的散熱能力；

（3）背風面為渦流區，此處易產生渦流而導致熱空氣無法流出，降低了相應扇區的散熱能力。

根據以上幾種散熱器入口條件，當環境風速小時，產生的風壓變化較小，不同區域的散熱器散熱能力有的提高有的下降，造成的整體影響較小。當環境風速較大時，產生的風壓變化與間冷塔內散熱器的阻力甚至整塔的抽力相當，而正壓區的散熱能力提高難以彌補其他區域散熱器散熱能力下降的趨勢，從而造成間接空冷系統散熱能力的顯著惡化。

文獻[2]則從間接空冷機組實際運行角度佐證了上述分析的正確性。在我國西北地區，大風天氣較為頻繁。該地區的某機組間接空冷系統在大風天氣下，迎風面區域的來風量很大，間冷塔內風速很高，從而顯著影響了背風面進入的空氣量。嚴重時甚至使背風面扇區空氣的流向由塔內流向塔外，使該扇區完全沒有散熱效果。而對于間冷塔兩側的扇區，此處風速加快導致風壓降低，也影響了相應扇區進入的空氣量。由于大風天氣使除迎風面外的其他區域散熱器散熱能力顯著下降，致使間冷塔循環水出水溫度升高，進而導致凝汽器背壓升高，機組無法滿發。

3 大風天氣下可行的控制策略及措施

根據以上分析結果來看，大風環境將使間接空冷系統的散熱能力顯著惡化。為了降低這種影響，建議可以采取以下控制策略及措施：

（1）考慮從DCS系統的控制邏輯上減小大風對于凝汽器背壓的影響。

通常在環境溫度>5℃的運行工況下，間接空冷系統的主要被控參數為凝汽器背壓。在DCS系統的百葉窗控制回路中，凝汽器背壓的PID調節器可以根據背壓實際值與設定值的偏差進行計算，從而產生百葉窗開度指令[3]。

而凝汽器背壓又直接受間接空冷塔循環水出水溫度的影響。因此，在DCS的各扇區百葉窗控制回路中，建議加入風速風向對于凝汽器背壓的前饋作用。可以通過建模仿真及現場調試，以維持凝汽器背壓在設定值為目標，建立當地典型環境風向及風速與各扇區百葉窗開度的函數。通過前饋調節，當大風出現時百葉窗開度可以快速響應，以維持凝汽器背壓在設定值。

另一方面，對于間接空冷系統也可以考慮在DCS系統中采用預測控制等智能控制算法，將風速風向這些環境參數，連同環境溫度、機組負荷等參數一并考慮，以維持凝汽器背壓在設定值為目標，克服大風對于系統的擾動。

對于智能控制算法中的預測控制，其具有多步預測、滾動優化、反饋校正等特點。預測控制采用傳統的參數模型，對模型的要求低且計算量少，易于在計算機系統中實現。尤其是對于那些狀態模型難辨識、實時計算要求高、環境參數變化大的被控對象，預測控制具有明顯優于傳統PID調節器的控制品質和魯棒性。

（2）考慮對于間接空冷系統采用消能導流裝置。消能導流裝置已在某電廠660MW直接空冷系統中有成功應用，在大風天氣下有效降低了機組背壓，保證了機組安全、經濟運行。而對于間接空冷系統，也可以考慮在間冷塔設置消能導流裝置，以機組運行背壓最低為目標函數，根據環境風速、風向的變化為條件，通過DCS系統中的控制邏輯，調節不同區域消能倒流板的開度，使百葉窗的冷卻效率最高。當然要實現上述目標，還需要大量的數模、物模實驗和現場調試等工作。

4 結語

通過相關模擬分析及機組的實際運行經驗，大風條件下間接空冷系統的散熱能力也會顯著惡化，機組無法滿發。針對上述情況，本文提出了大風天氣下可以在DCS系統中采取的控制策略及措施，為應對此種天氣影響提供了可行的方案。

參考文獻：

[1]鄭冠軍，王琦峰，王一偉.大型電廠2×l000 MW機組間接空冷系統環境風影響分析[J].科學技術與工程，2012，229（12）：2780-2785.

[2]楊志軍.極端氣候環境下間接空冷發電機組的運行控制[J].中國電力，2015，48（1）：52-59.

[3]張長志，張應田，劉衛平，張宇.大型火電機組間接空冷自動控制系統優化[J].資源節約與環保，2014（2），21-23.