摘 要：托克托電廠7號(hào)機(jī)是600MW亞臨界直接空冷機(jī)組，運(yùn)行中表現(xiàn)出背壓高、煤耗高、經(jīng)濟(jì)性差的特點(diǎn)，特別是冷端系統(tǒng)空冷風(fēng)機(jī)頻率調(diào)整，一直處于手動(dòng)方式，無法投入自動(dòng)，調(diào)整效果完全取決于運(yùn)行人員技術(shù)水平、責(zé)任心，效率低、經(jīng)濟(jì)性差。為了響應(yīng)國(guó)家智慧電廠建設(shè)和清潔電力、節(jié)能減排的號(hào)召，貫徹執(zhí)行集團(tuán)公司智能技術(shù)應(yīng)用的要求，解決空冷機(jī)組冷端優(yōu)化不能閉環(huán)調(diào)整的問題，設(shè)計(jì)研發(fā)空冷風(fēng)機(jī)冷端優(yōu)化閉環(huán)調(diào)整系統(tǒng)并投入使用。

關(guān)鍵詞：直接空冷;空冷凝汽器;冷端優(yōu)化;閉環(huán)調(diào)整

1前言

汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)是火電廠節(jié)能降耗的重要部分，直接影響機(jī)組能耗水平。直接空冷機(jī)組以環(huán)境空氣做為介質(zhì)冷卻汽輪機(jī)排汽，通過調(diào)節(jié)空冷風(fēng)機(jī)頻率來控制機(jī)組背壓，與濕冷機(jī)組相比，空冷機(jī)組背壓調(diào)整更靈活，不同的負(fù)荷、環(huán)境溫度工況下必然存在一個(gè)最佳背壓值，對(duì)應(yīng)一個(gè)最佳風(fēng)機(jī)頻率?？绽錂C(jī)組最佳背壓理論研究成果很多，能形成閉環(huán)控制[1]并應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際少之又少。

空冷風(fēng)機(jī)冷端優(yōu)化閉環(huán)調(diào)整系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了空冷風(fēng)機(jī)隨負(fù)荷和環(huán)境溫度變化的閉環(huán)控制和精細(xì)化調(diào)整。通過空冷島溫度場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，采集空冷凝汽器溫度場(chǎng)紅外成像數(shù)據(jù)[2]，建立空冷島運(yùn)行狀態(tài)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng);運(yùn)用空冷島運(yùn)行狀態(tài)智能感知系統(tǒng)，找出關(guān)鍵特征參量“溫度轉(zhuǎn)變界面”，借助參量捕捉系統(tǒng)，將空冷凝汽器溫度場(chǎng)分布情況以三維彩色成像形式展現(xiàn)，提供給運(yùn)行人員監(jiān)視調(diào)整?；谶\(yùn)行狀態(tài)智能監(jiān)測(cè)、感知系統(tǒng)和關(guān)鍵特征參量捕捉系統(tǒng)，設(shè)計(jì)控制策略、控制邏輯和控制系統(tǒng)，通過順流區(qū)風(fēng)機(jī)和逆流區(qū)風(fēng)機(jī)的分區(qū)控制，實(shí)現(xiàn)冷端優(yōu)化閉環(huán)調(diào)整。

2功能介紹

2.1設(shè)備簡(jiǎn)介

托克托電廠7號(hào)機(jī)為600MW亞臨界直接空冷機(jī)組，空冷平臺(tái)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(tǒng)內(nèi)空氣和不凝結(jié)氣體排出，避免冬季空冷凝汽器凍結(jié)。配套設(shè)置56臺(tái)單速變頻調(diào)節(jié)空冷風(fēng)機(jī)，優(yōu)化前空冷風(fēng)機(jī)頻率手動(dòng)調(diào)節(jié)，分每臺(tái)風(fēng)機(jī)單獨(dú)調(diào)節(jié)、每排7臺(tái)風(fēng)機(jī)同步調(diào)節(jié)、56臺(tái)風(fēng)機(jī)同步調(diào)節(jié)共三種調(diào)節(jié)方式，頻率調(diào)整范圍20-55Hz。

2.2空冷風(fēng)機(jī)冷端優(yōu)化閉環(huán)調(diào)整系統(tǒng)主頁面

主頁面顯示機(jī)組當(dāng)前負(fù)荷、真空、環(huán)境溫度、空冷風(fēng)機(jī)電功率等主要參數(shù)，同時(shí)計(jì)算得出當(dāng)前機(jī)組空冷風(fēng)機(jī)電率。主要位置通過三維立體模型展示空冷凝汽器內(nèi)部蒸汽運(yùn)行情況，紅色代表超溫、藍(lán)色代表低溫。右側(cè)顯示當(dāng)前凝汽器逆流區(qū)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(duì)應(yīng)不同的頻率調(diào)整邏輯，保證汽輪機(jī)冷端在最優(yōu)方式運(yùn)行。畫面下方包括熱風(fēng)回流監(jiān)測(cè)模塊、風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)量監(jiān)測(cè)模塊、風(fēng)機(jī)單元濕度監(jiān)測(cè)模塊，幫助運(yùn)行人員更好的監(jiān)測(cè)和掌握空冷凝汽器運(yùn)行狀況。

2.3空冷風(fēng)機(jī)冷端優(yōu)化閉環(huán)調(diào)整系統(tǒng)分頁面

風(fēng)機(jī)溫度監(jiān)測(cè)分頁面，主要展示空冷凝汽器內(nèi)蒸汽分布詳細(xì)情況，蒸汽相變位置及過冷度，同時(shí)給出風(fēng)機(jī)頻率調(diào)整建議。

風(fēng)機(jī)運(yùn)行優(yōu)化分頁面，主要展示當(dāng)前風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率及優(yōu)化建議頻率，同時(shí)計(jì)空冷風(fēng)機(jī)總耗電和機(jī)組真空優(yōu)化前后數(shù)據(jù)，并在右側(cè)展示優(yōu)化運(yùn)行具體結(jié)果及調(diào)節(jié)后目標(biāo)達(dá)成率。

3運(yùn)行分析

3.1系統(tǒng)運(yùn)行方式

1）冷端優(yōu)化閉環(huán)調(diào)整系統(tǒng)空冷風(fēng)機(jī)的操作模式有兩種：優(yōu)化系統(tǒng)自動(dòng)、優(yōu)化系統(tǒng)手動(dòng)控制。

2）增加空冷風(fēng)機(jī)優(yōu)化控制一鍵投入、切除按鈕：控制所有56臺(tái)空冷風(fēng)機(jī)全部投入或退出空冷風(fēng)機(jī)優(yōu)化控制，緊急狀況下操作。

3）每臺(tái)風(fēng)機(jī)均設(shè)置投/切按鈕，不退出系統(tǒng)的情況下，可以實(shí)現(xiàn)單臺(tái)風(fēng)機(jī)的啟停。

4）空冷風(fēng)機(jī)優(yōu)化控制系統(tǒng)投入后風(fēng)機(jī)頻率調(diào)整范圍20-50Hz，暫時(shí)不具備自動(dòng)啟停功能。

5）空冷優(yōu)化系統(tǒng)投退、風(fēng)機(jī)投退均可實(shí)現(xiàn)無擾切換。

6）空冷風(fēng)機(jī)優(yōu)化控制系統(tǒng)投入時(shí)，若發(fā)生空冷風(fēng)機(jī)頻率發(fā)散變化或機(jī)組真空大幅變化，立即將該系統(tǒng)切除。

3.2控制邏輯

3.2.1空冷風(fēng)機(jī)頻率控制：

1）調(diào)整頻率：增量信號(hào)2分鐘/次;

2）調(diào)整幅度：服務(wù)器側(cè)和DCS側(cè)均控制在±10Hz以內(nèi);

3）空冷風(fēng)機(jī)頻率增量信號(hào)根據(jù)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，分工況調(diào)節(jié)：

當(dāng)某一排溫度轉(zhuǎn)變界面在順流區(qū)時(shí)：該排7臺(tái)風(fēng)機(jī)同步調(diào)節(jié)，頻率增量為-5Hz;

當(dāng)某一排溫度轉(zhuǎn)變界面在逆流區(qū)底部時(shí)：只調(diào)該排2臺(tái)逆流風(fēng)機(jī)，頻率增量為-3Hz;

當(dāng)某一排溫度轉(zhuǎn)變界面在逆流區(qū)合理區(qū)間時(shí)：該排7臺(tái)空冷風(fēng)機(jī)頻率保持不變;

當(dāng)某一排溫度轉(zhuǎn)變界面在逆流區(qū)頂部時(shí)：該排7臺(tái)臺(tái)風(fēng)機(jī)同步調(diào)節(jié)，頻率增量為3Hz。

3.2.2空冷風(fēng)機(jī)優(yōu)化控制系統(tǒng)切自動(dòng)邏輯：

1）機(jī)組退出CCS狀態(tài)。

2）優(yōu)化系統(tǒng)通訊不正常。

3）心跳信號(hào)消失。

4）機(jī)組RB。

3.3運(yùn)行分析

冷端優(yōu)化系統(tǒng)總體調(diào)整規(guī)律，風(fēng)機(jī)頻率跟隨負(fù)荷波動(dòng)而調(diào)節(jié)，頻率調(diào)節(jié)每2分鐘一次，與負(fù)荷變化相比，頻率調(diào)節(jié)相對(duì)滯后，但是整體真空穩(wěn)定性保持良好;環(huán)境溫度較高、非典型夏季工況時(shí)，風(fēng)機(jī)頻率調(diào)整頻次少且主要為逆流風(fēng)機(jī)，幅度小，節(jié)能空間不大;典型春秋季工況，風(fēng)機(jī)頻率調(diào)整頻次增加，但以逆流風(fēng)機(jī)頻率調(diào)整為主，順流風(fēng)機(jī)調(diào)整少，節(jié)能效果主要在逆流風(fēng)機(jī);典型冬季工況，風(fēng)機(jī)頻率調(diào)整頻次居中，調(diào)整時(shí)多以順、逆流風(fēng)機(jī)同步調(diào)整為主，調(diào)整時(shí)間滯后負(fù)荷變化較多。

4效益分析

2019年12月風(fēng)機(jī)調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果：冬季典型工況，機(jī)組負(fù)荷420MW，環(huán)境溫度5.7℃，風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)前機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定，56臺(tái)空冷風(fēng)機(jī)平均頻率45Hz，通過空冷島智能檢測(cè)與實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的提示，該工況仍然有較大的節(jié)能空間，風(fēng)機(jī)仍需降頻?？绽滹L(fēng)機(jī)降頻調(diào)整過程中，機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定，真空值基本不變。系統(tǒng)穩(wěn)定后空冷風(fēng)機(jī)頻率平均下降8.2Hz/臺(tái)，電流平均降低18.4A/臺(tái)，對(duì)應(yīng)降低煤耗0.467g/kWh。

5結(jié)論

國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了空冷風(fēng)機(jī)隨負(fù)荷和環(huán)境溫度變化的閉環(huán)控制和精細(xì)化調(diào)整，形成了空冷島提效優(yōu)化與實(shí)時(shí)控制的完整技術(shù)路線及成套工程實(shí)現(xiàn)方法。解決了空冷凝汽器冬季易凍結(jié)、空冷風(fēng)機(jī)電耗高等一系列難題，春秋及冬季非嚴(yán)寒期的節(jié)能效果尤為顯著。

空冷風(fēng)機(jī)冷端優(yōu)化閉環(huán)調(diào)整系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，提升了空冷島數(shù)字化運(yùn)行水平，改變了空冷機(jī)組背壓調(diào)整模式，機(jī)組真空提高，煤耗下降。通過空冷凝汽器管束外溫度場(chǎng)分布情況及風(fēng)機(jī)單元風(fēng)溫、風(fēng)速、濕度數(shù)據(jù)，運(yùn)行人員能準(zhǔn)確了解空冷管內(nèi)蒸汽的凝結(jié)情況，在保證空冷管束不發(fā)生凍結(jié)的情況下，各項(xiàng)參數(shù)調(diào)整能達(dá)到或接近設(shè)計(jì)水平。冷端優(yōu)化系統(tǒng)自動(dòng)在線調(diào)整能有效提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，但調(diào)整精度仍有欠缺，需結(jié)合運(yùn)行數(shù)據(jù)，優(yōu)化空冷風(fēng)機(jī)頻率調(diào)整頻次、幅度及空冷風(fēng)機(jī)自動(dòng)啟停功能。

參考文獻(xiàn)：

[1].李建平，胡勇，呂海濤等.基于實(shí)時(shí)穩(wěn)態(tài)模型的汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)閉環(huán)優(yōu)化控制[J]汽輪機(jī)技術(shù)2017（04）

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

作者簡(jiǎn)介：

夏尊宇（1980-），男，大學(xué)本科，工程師，從事汽輪機(jī)運(yùn)行管理工作.