摘要：直接空冷系统在运行阶段会出现真空泄漏、结霜和积灰现象，这种情况会降低系统的安全运行效率。这些问题可以通过优化计划、改进工艺、质量控制和定期维护来解决。此外，环境温度、风速、风向等也会导致直接空冷系统结露，因此必须采取相应的措施降低散热器口的空气温度，提高系统的空气流量，使空冷机组能够稳定、定性地工作。
关键词：直接空冷机组；空冷风机群；运行节能
前言
直接空冷技术因其巨大的节水优势，在我国发电行业获得了快速发展。尤其在北方煤炭资源丰富、淡水资源相对匮乏的地区，直接空冷发电机组的应用与推广对实现当地煤炭资源高效利用、节约发电用水意义重大。然而，由于直接空冷机组冷端系统设备结构庞大，散热单元数量众多，机组运行背压易受负荷变化和外界因素的影响等，也使得对机组的运行调节更加复杂和频繁。理论方法得到的计算结果无法满足机组的频繁调节，且机组现有的运行调节方式仍以运行经验和试验结果为主。当运行条件发生频繁变动时，机组的运行调节不能紧随工况变化，存在主观性和随意性。
1空冷系统运行优化试验方法
对于已投产的直接空冷机组，影响运行背压的因素主要有环境温度、空冷系统热负荷（机组负荷）、冷却空气流量（空冷风机运行频率）：
pc=f（N，fF，ta）（1）
式中，pc为运行背压，kPa；N为机组负荷，MW；fF为空冷风机运行频率，Hz；ta为环境温度，℃。空冷风机最佳运行方式的确定是以净出力为目标函数，通过背压对机组出力影响特性和空冷风机耗功特性比对分析寻优得到，具体计算如下：
（1）背压对机组出力的影响特性
汽轮机初参数和高调门开度固定，通过改变背压使得机组出力变化，得到背压对机组出力的影响关系：
ΔN=f（N，pc）（2）
（2）空冷风机运行频率对背压的影响特性
机组负荷和环境气温不变的情况下，通过改变空冷风机运行频率使得机组背压变化，得到空冷风机运行频率对背压的影响关系：
pc=f（N，ta，fF）（3）
（3）空冷风机运行频率对耗功的影响特性环境温度不变的情况下，通过改变空冷风机运行频率，得出不同风机指令下风机能耗与风机指令的关系：
NF=f（fF，ta）（4）
式中，NF为空冷风机总耗功，kW。
（4）最佳空冷风机运行频率的确定
当汽轮机进汽量和环境气温固定时，空冷风机运行频率增大，机组运行背压降低，汽轮机出力增大，同时风机总耗功增大。随着风机运行频率变化，机组运行背压变化，汽轮机出力和空冷风机总耗功均发生变化。定义汽轮机出力增量（ΔN）与空冷风机总耗功增量（ΔNF）之差为净出力（ΔN－ΔNF）。汽轮机初参数、进汽量和环境温度一定，存在某个风机运行频率使得净出力达到最大，此状态下的风机运行频率为最佳运行方式，对应的运行背压为最佳背压。试验过程中，由于环境温度不可控，故在最佳运行方式分析中，将环境温度修正到同一基准。
2直接空冷系统优化运行方式
2.1机组概况
某600MW亚临界直接空冷、凝汽式发电机组，汽轮机排汽冷凝系统采用机械通风直接空冷系统。空冷系统设计换热面积158万m2，夏季TＲL工况设计环境气温30℃，汽轮机排汽量369kg/s，排汽压力26.5kPa。
2.2背压对机组出力的影响特性
目前多数机组均采用多煤种掺烧方式进行配煤，机组日常运行中单位质量的煤热值变化较大，加之控制水平、风量等因素的影响，通过现场性能试验确定背压对机组出力的影响特性精确度难以掌控。故采用汽轮机厂家提供的背压对功率的修正曲线进行不同负荷下背压对机组出力的影响特性计算。
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2.3空冷风机运行频率对背压的影响特性
随着风机同操频率提高，风机群功率增大。在确定机组空冷风机在不同环境温度、不同负荷下的最佳运行方式过程中，不同环境温度下风机群功率随风机频率的变化可以试验测量结果依据行业规程《DL/T244－2012：直接空冷系统性能试验规程》进行相应修正。
2.4最佳运行方式
结合性能测试和理论分析计算结果，得到了机组在不同负荷、不同环境气温下的最佳风机运行方式及对应的最佳背压。机组负荷一定，在某个环境气温点以下，调整风机运行方式使得机组运行背压维持在阻塞背压+1kPa即可；某个环境气温点以上，维持空冷风机满频运行即可；以420MW负荷为例，在环境温度8℃以下，维持机组运行背压7kPa以下，此时机组背压为机组运行调控目标函数；环境温度26℃以上，维持空冷风机满频运行即可；在环境温度8℃和26℃之间，按照最佳运行方式指导运行。
3直接空冷系统的自动调节设计
直接空冷系统的设计主要包括以下几个方面：（1）排汽背压的自动控制；（2）风机的自动控制。
3.1背压自动控制
为了获得理想的排汽背压，排汽压力控制器将排出蒸汽的压力实际值与控制系统给出的设定值进行比较，通过一个PID控制器改变风机转速实现负载变化时系统的快速响应。如果控制偏差超过相应的高值，风机切至手动状态。手动状态的输出量由空冷风机的转速及空冷风机投入数量所确定，以实现快速调整，使系统达到一个新的稳态。一般的背压控制是基于基本PID控制器进行设计的。测量值是排汽管道上的压力，对其进行品质判断，当测量值出现异常信号时，自动发出故障报警。PID的设定值一般通过运行人员手动进行设置，可以根据背压-负荷曲线进行设置，也可以将其固定在一定范围当中。当负荷有大幅度变化时，根据风机的转速情况，将设定值进行适当的增减。PID控制器通过对设定值与测量值进行运算，输出值将作为风机的自动速度。手动操作器处于手动模式时，PID控制器将处于跟踪状态，内部参数不是根据设定值和测量值确定，而当时根据下游算法的值决定的。为了使PID控制控制器能够较好地适应运行工况，将PID控制器进行自适应优化，其比例和积分参数主要根据风机的自动数量来确定。
3.2风机的自动控制
风机电动机的自动控制是通过系统排汽压力差异进行的。排汽压力控制回路的主控制器输出值在设定范围Y=0-100%内变动，主控制器连接每排的顺流凝汽器控制器和逆流凝汽器控制器，风机由下级控制器控制启动。一般情况下，风机的速度设定值在30%-100%之间，将信号引入风机变频器，通过变频器控制风机的转速，从而达到控制背压的最终目的。所以，风机控制是实现背压控制的最终方式。为了便于运行人员对单个风机进行操作，加入偏置模块。在排汽管道压力异常或风机指令与反馈偏差较大时，风机由自动切至手动状态，手操器要处于算法跟踪状态，可以实现无扰切换。当该排风机投入自动方式且该风机运行时，该风机可以投入自动模式。
4机组冷却设备运行状态监测
4.1在线监测实验系统
在对机组运行优化计算之前，需要掌握空冷系统的运行状况和运行参数。因此，对空冷岛内各冷却单元安装温度测点，测温元件采用pt100铂热电阻，其测量范围为-50～180℃。通过现场测温装置可以获取空冷系统的实时运行数据，包括进口、出口冷却气流温度和凝结水温度等，利用现场数据采集装置将测量数据经光纤信号线传输至监测平台显示界面，根据监测运行数据判断冷却设备换热及风机运行状态是否正常，为电厂值班人员实施调节提供参考。
4.2冷却设备清洁状况监测
直接空冷机组冷却设备露天布置，长时间运行后，翅片管外表面积灰会导致其传热性能恶化，使机组运行经济性变差。换热器传热研究中体现设备清洁状况的系数被定义为设备脏污条件下的传热系数与清洁条件下传热系数的比值。设备表面脏污情况下的传热系数可利用机组实测凝汽器真空通过凝汽器变工况特性计算得到，对比清洁条件下的传热系数得到设备清洁因子，实现设备清洁状况的在线监测。
结束语
以某600MW直接空冷系统为技术依托，通过机组背压对机组出力影响试验和机组空冷风机耗功试验，以净出力法为指导进行空冷系统运行优化试验研究，得到了机组不同机组负荷、不同环境气温下的最佳风机运行方式及对应的最佳背压。
参考文献：
[1]王海刚.600MW直接空冷机组和湿冷机组运行参数分析研究[J].东北电力大学学报，2016，36（1）：67-73.
[2]董康田，闫宏，孙大伟，等.空冷风机组运行性能优化研究[J].热力发电，2017，43（1）：52-56.
论文作者:董铮
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/9/17
标签：机组论文; 风机论文; 系统论文; 冷风机论文; 频率论文; 负荷论文; 汽轮机论文; 《电力设备》2019年第7期论文;