300 MW机组直接空冷控制系统的设计

孔庆军

（华能济宁运河发电有限公司，山东 济宁 272000）

0 引言

我国是以煤电为主体的能源生产和消费大国，煤炭资源却分布在水资源匮乏的西部和中部的广大地区。因此，在这些富煤缺水地区发展火电空冷机组，成为电力建设必由之路。直接空冷系统是将汽轮机排出的乏汽，由管道引入空冷凝汽器中，由环境空气直接将排汽冷凝为凝结水，减少了常规二次换热所需要的中间冷却介质，换热温差大，效果好。考虑到直接空冷系统的节水优势，在新疆哈密大南湖电厂一期2×300 MW工程设计中采用了直接空冷系统。

1 工程概况

工程为亚临界空冷燃煤发电机组。汽轮发电机组是北京北重汽轮电机有限责任公司的单轴、一次中间再热、三缸双排汽、直接空冷抽汽凝汽式汽轮发电机组。直接空冷系统由首航艾启威冷却技术（北京）有限公司供货。直接空冷系统主要是指自汽轮机低压缸排汽口至凝结水泵入口范围内的设备和管道，直接空冷的凝汽设备称为空冷凝汽器。

直接空冷系统主要包括汽轮机低压排汽管道系统、凝结水系统、抽真空系统。

汽轮机低压排汽管道系统。低压排汽管道系统是指由汽轮机低压缸排汽装置至A列外空冷凝汽器蒸汽分配管道之间的大直径排汽管道。排汽管道直径为DN5500，从汽机房A列引出后，横向排汽母管采用低位布置方式。

凝结水系统。凝结水系统是指汽轮机的排汽通过排汽管道系统被送到空冷凝汽器的冷凝单元，与空气进行表面换热后在管内冷凝，而冷却空气横掠过管外，将管内的热量带走。冷凝单元排列成屋顶形，上部与蒸汽分配管道相联形成屋脊，冷凝单元的下部通过管箱和接管与凝结水收集管道相连，凝结水在此汇集后排至凝结水箱，由凝结水泵送至凝结水精处理车间[1]。冷凝单元所需的冷却空气由排列在屋顶下部的轴流风机提供。每台机组空冷凝汽器（ACC）由6列凝汽器组成，每列包括：5个冷凝单元 （3个顺流单元和2个逆流单元）；5套通风系统（每个冷凝单元一套），包括风机、变速箱和电气装置。

抽真空系统。真空排汽冷凝的蒸汽中总含有一定量的不凝气体，如果这些气体不能被及时排除，它们就会在以后的运行中不断聚集在冷凝器的顶端，从而阻碍了蒸汽在此流动，导致冷却能力下降，甚至会导致管内通道阻塞使凝结水过冷，增加了结冰和腐蚀的危险。抽真空系统就是在机组启动和正常运行时排出汽轮机、空冷凝汽器和其它辅助设备和管道中的空气，建立和维持机组真空。每台机组抽真空系统由3台水环式真空泵组成。

2 直接空冷系统的热控设计

2.1 控制方式

主厂房控制系统采用以微处理器为基础的分散控制系统（DCS），直接空冷系统监控采用 DCS远程站方式纳入单元机组DCS中控制，机组DCS采用山东鲁能控制工程有限公司的LN2000系统。在集中控制室实现集中监控，由DCS的操作员站完成对空冷工艺系统的监控，就地不设置单独的操作员站。空冷控制系统的远程柜布置在空冷平台下面的空冷电子间内。

2.2 控制系统的设计方案及配置

主要监控测点：排汽压力、环境温度、大气压力、风速风向、凝结水温度、抽汽温度、抽汽压力、ACC清洗系统、阀门位置显示和控制、空冷风机变频控制、抽真空系统。

主要监控内容：控制系统通过控制启停风机台数和改变风机转速来改变通过冷凝器换热片的空气流量，从而控制ACC性能；控制系统通过排汽压力控制变频风机，当排汽压力改变时，风机转速也改变，以确保提前设定的运行工况；蒸汽分配管道、凝结水及抽真空管道上执行器的控制，通过启闭蝶阀控制换热面积从而实现背压的调控；控制抽真空系统；空冷系统的控制作为一个模块整合入机组DCS中实现空冷系统的智能化、自动化控制。

直接空冷系统空冷凝汽器的排汽压力是主要控制参数。排汽压力的调整是通过改变ACC管束的冷空气流量，冷空气的流量是通过改变风机的频率实现的。风机是通过变频控制器来实现一定范围的速度控制，风机利用变频器可以实现无级调速[2]。通过管束的冷空气的速度来改变压力和温度是缓慢的，因此控制系统充分地考虑了相互之间的延迟，避免控制器出现振荡。

控制系统的硬件配置：单元机组空冷控制系统设有3对控制器，1面继电器柜，3面远程柜。空冷系统I/O点数统计如表1所示（单台机组）。

表1 空冷系统I/O点数统计表

2.3 控制系统的配电及接地

空冷系统DCS柜接受来自电气UPS馈线屏的UPS电源及电气汽机保安MCC的保安电源各1路，分别向空冷系统各DCS机柜供电，电源容量为8 kVA。

空冷系统的所有信号均在空冷DCS机柜侧接地，每个控制机柜的系统地和屏蔽地铜排用接地电缆接至空冷DCS电源柜，在空冷DCS电源柜汇集后接至空冷就地电气接地网。

2.4 热控仪表设置及选型原则

空冷系统主要控制仪表的设置原则：排汽压力与排气温度等重要调节信号按照三冗余设置；同时在排汽管道上设置就地压力表与温度计；每个凝结水联箱管路中的设置温度检测；抽真空管道上设置压力与温度测点；此外，还设有风机振动测点、风机电机绕组温度测点、风机电机减速箱润滑油压力测点、大气温度与压力测点、环境风向风速测点等。

热控仪表的选型原则：热电阻采用双支绝缘式铠装型铂热电阻（Pt100，三线制）；在就地温度计采用不锈钢万向型抽芯式双金属温度计，压力表选用不锈钢充油耐振式压力表；变送器选择二线制智能变送器；风机振动、过程逻辑开关、环境风向风速等仪表选择进口优质产品。

3 结语

除了资源分布情况，直接空冷系统还具有设备少、占地面积小、初投资较小、系统相对简单、运行灵活等优点[3]，因此电厂直接空冷技术在我国北方地区的应用越来越广泛。目前新疆哈密大南湖电厂一期2×300 MW直接空冷机组已经实现双投，直接空冷通过改变风机转速或停运风机或使风机反转来调节空冷凝汽器的进风量或采取直吸热风防止空冷凝汽器冻结，调节相对灵活，效果好。直接空冷控制系统运行良好，系统各工况工作稳定，在寒冷地区运行经济性较好，并积累了成熟的运行经验。