空冷風機冷端優化閉環調整系統在直接空冷機組中的應用

摘 要：托克托電廠7號機是600MW亞臨界直接空冷機組，運行中表現出背壓高、煤耗高、經濟性差的特點，特別是冷端系統空冷風機頻率調整，一直處于手動方式，無法投入自動，調整效果完全取決于運行人員技術水平、責任心，效率低、經濟性差。為了響應國家智慧電廠建設和清潔電力、節能減排的號召，貫徹執行集團公司智能技術應用的要求，解決空冷機組冷端優化不能閉環調整的問題，設計研發空冷風機冷端優化閉環調整系統并投入使用。

關鍵詞：直接空冷;空冷凝汽器;冷端優化;閉環調整

1前言

汽輪機冷端系統是火電廠節能降耗的重要部分，直接影響機組能耗水平。直接空冷機組以環境空氣做為介質冷卻汽輪機排汽，通過調節空冷風機頻率來控制機組背壓，與濕冷機組相比，空冷機組背壓調整更靈活，不同的負荷、環境溫度工況下必然存在一個最佳背壓值，對應一個最佳風機頻率。空冷機組最佳背壓理論研究成果很多，能形成閉環控制[1]并應用到現場實際少之又少。

空冷風機冷端優化閉環調整系統在國內首次實現了空冷風機隨負荷和環境溫度變化的閉環控制和精細化調整。通過空冷島溫度場在線監測技術，采集空冷凝汽器溫度場紅外成像數據[2]，建立空冷島運行狀態智能監測系統;運用空冷島運行狀態智能感知系統，找出關鍵特征參量“溫度轉變界面”，借助參量捕捉系統，將空冷凝汽器溫度場分布情況以三維彩色成像形式展現，提供給運行人員監視調整。基于運行狀態智能監測、感知系統和關鍵特征參量捕捉系統，設計控制策略、控制邏輯和控制系統，通過順流區風機和逆流區風機的分區控制，實現冷端優化閉環調整。

2功能介紹

2.1設備簡介

托克托電廠7號機為600MW亞臨界直接空冷機組，空冷平臺上共安裝有56組空冷凝汽器，分為8排冷卻單元垂直于A列布置，每排有7組空冷凝汽器，其中第2、第6組為逆流凝汽器，其余5組為順流凝汽器。順流散熱器管束是冷凝蒸汽的主要部分，逆流散熱器管束主要是為了將系統內空氣和不凝結氣體排出，避免冬季空冷凝汽器凍結。配套設置56臺單速變頻調節空冷風機，優化前空冷風機頻率手動調節，分每臺風機單獨調節、每排7臺風機同步調節、56臺風機同步調節共三種調節方式，頻率調整范圍20-55Hz。

2.2空冷風機冷端優化閉環調整系統主頁面

主頁面顯示機組當前負荷、真空、環境溫度、空冷風機電功率等主要參數，同時計算得出當前機組空冷風機電率。主要位置通過三維立體模型展示空冷凝汽器內部蒸汽運行情況，紅色代表超溫、藍色代表低溫。右側顯示當前凝汽器逆流區蒸汽相變位置情況，由上至下共10米。不同的蒸汽相變位置對應不同的頻率調整邏輯，保證汽輪機冷端在最優方式運行。畫面下方包括熱風回流監測模塊、風機進風量監測模塊、風機單元濕度監測模塊，幫助運行人員更好的監測和掌握空冷凝汽器運行狀況。

2.3空冷風機冷端優化閉環調整系統分頁面

風機溫度監測分頁面，主要展示空冷凝汽器內蒸汽分布詳細情況，蒸汽相變位置及過冷度，同時給出風機頻率調整建議。

風機運行優化分頁面，主要展示當前風機運行頻率及優化建議頻率，同時計空冷風機總耗電和機組真空優化前后數據，并在右側展示優化運行具體結果及調節后目標達成率。

3運行分析

3.1系統運行方式

1）冷端優化閉環調整系統空冷風機的操作模式有兩種：優化系統自動、優化系統手動控制。

2）增加空冷風機優化控制一鍵投入、切除按鈕：控制所有56臺空冷風機全部投入或退出空冷風機優化控制，緊急狀況下操作。

3）每臺風機均設置投/切按鈕，不退出系統的情況下，可以實現單臺風機的啟停。

4）空冷風機優化控制系統投入后風機頻率調整范圍20-50Hz，暫時不具備自動啟停功能。

5）空冷優化系統投退、風機投退均可實現無擾切換。

6）空冷風機優化控制系統投入時，若發生空冷風機頻率發散變化或機組真空大幅變化，立即將該系統切除。

3.2控制邏輯

3.2.1空冷風機頻率控制：

1）調整頻率：增量信號2分鐘/次;

2）調整幅度：服務器側和DCS側均控制在±10Hz以內;

3）空冷風機頻率增量信號根據智能監測系統數據，分工況調節：

當某一排溫度轉變界面在順流區時：該排7臺風機同步調節，頻率增量為-5Hz;

當某一排溫度轉變界面在逆流區底部時：只調該排2臺逆流風機，頻率增量為-3Hz;

當某一排溫度轉變界面在逆流區合理區間時：該排7臺空冷風機頻率保持不變;

當某一排溫度轉變界面在逆流區頂部時：該排7臺臺風機同步調節，頻率增量為3Hz。

3.2.2空冷風機優化控制系統切自動邏輯：

1）機組退出CCS狀態。

2）優化系統通訊不正常。

3）心跳信號消失。

4）機組RB。

3.3運行分析

冷端優化系統總體調整規律，風機頻率跟隨負荷波動而調節，頻率調節每2分鐘一次，與負荷變化相比，頻率調節相對滯后，但是整體真空穩定性保持良好;環境溫度較高、非典型夏季工況時，風機頻率調整頻次少且主要為逆流風機，幅度小，節能空間不大;典型春秋季工況，風機頻率調整頻次增加，但以逆流風機頻率調整為主，順流風機調整少，節能效果主要在逆流風機;典型冬季工況，風機頻率調整頻次居中，調整時多以順、逆流風機同步調整為主，調整時間滯后負荷變化較多。

4效益分析

2019年12月風機調整試驗結果：冬季典型工況，機組負荷420MW，環境溫度5.7℃，風機調節前機組負荷穩定，56臺空冷風機平均頻率45Hz，通過空冷島智能檢測與實時控制系統的提示，該工況仍然有較大的節能空間，風機仍需降頻。空冷風機降頻調整過程中，機組負荷穩定，真空值基本不變。系統穩定后空冷風機頻率平均下降8.2Hz/臺，電流平均降低18.4A/臺，對應降低煤耗0.467g/kWh。

5結論

國內首次實現了空冷風機隨負荷和環境溫度變化的閉環控制和精細化調整，形成了空冷島提效優化與實時控制的完整技術路線及成套工程實現方法。解決了空冷凝汽器冬季易凍結、空冷風機電耗高等一系列難題，春秋及冬季非嚴寒期的節能效果尤為顯著。

空冷風機冷端優化閉環調整系統的開發應用，提升了空冷島數字化運行水平，改變了空冷機組背壓調整模式，機組真空提高，煤耗下降。通過空冷凝汽器管束外溫度場分布情況及風機單元風溫、風速、濕度數據，運行人員能準確了解空冷管內蒸汽的凝結情況，在保證空冷管束不發生凍結的情況下，各項參數調整能達到或接近設計水平。冷端優化系統自動在線調整能有效提高機組經濟性，但調整精度仍有欠缺，需結合運行數據，優化空冷風機頻率調整頻次、幅度及空冷風機自動啟停功能。

參考文獻：

[1].李建平，胡勇，呂海濤等.基于實時穩態模型的汽輪機冷端系統閉環優化控制[J]汽輪機技術2017（04）

[2].王崗.空冷凝汽器溫度場紅外成像及應用試驗研究[J]東北電力技術2020（12）

作者簡介：

夏尊宇（1980-），男，大學本科，工程師，從事汽輪機運行管理工作.