陳俊麗，邵一鳴

(1.華電重工裝備有限公司，北京 100048;2.華北電力設計院工程有限公司，北京 100120)

0 引言

水資源是基礎性的自然資源和戰(zhàn)略性的經(jīng)濟資源，是保證經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展、維系生態(tài)平衡及和諧環(huán)境的基礎。我國水資源總擁有量居世界第6位，人均水資源擁有量居世界第28位，是一個嚴重缺水的國家，在我國北方局部地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)了嚴重的淡水資源危機。

電力工業(yè)是國民經(jīng)濟基礎產(chǎn)業(yè)和重要能源行業(yè)，同時也是工業(yè)用水大戶。我國火電機組發(fā)電量占總發(fā)電量的80%以上，同時火力發(fā)電廠也是耗水大戶，它的耗水量約占工業(yè)用水的20%。為解決火力發(fā)電廠用水問題，目前在富煤缺水地區(qū)選擇空冷方式已經(jīng)成為主導方向。空冷機組沒有冷卻塔的蒸發(fā)損失，與同容量濕冷機組相比，可實現(xiàn)節(jié)水3/4～4/5。

1 空冷系統(tǒng)概況

某電廠汽輪機為亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機，汽輪機由上海汽輪機有限責任公司供貨。空冷系統(tǒng)按單元設置，每臺機組設1套空冷系統(tǒng)。

空冷凝汽器系統(tǒng)主要由以下幾個分系統(tǒng)構成:

(1)汽輪機排汽系統(tǒng)。汽輪機排汽進入排汽裝置I和排汽裝置II，然后從2個排汽裝置分別引出2個大口徑管道，將蒸汽排至“A”列外的空冷凝汽器區(qū)域。

(2)凝結水系統(tǒng)?？绽淠魍ㄟ^向大氣釋放熱量對汽輪機排汽或汽輪機旁路的減溫過熱蒸汽進行冷卻?？绽淠鲄^(qū)域由8組“A”屋頂形翅片管排組成，每組管排又包含7個單元。每個單元由10個翅片管束組成?！癆”屋頂形翅片管下方裝設有空冷風機，空冷風機選用變頻調(diào)速風機，共56個冷卻單元。蒸汽流經(jīng)翅片管束，在空冷風機的強制通風冷卻下，蒸汽冷凝成水，在“A”屋頂形翅片管下方匯集后流回排汽裝置。

(3)抽真空系統(tǒng)。抽真空系統(tǒng)的功能是在機組啟動和正常運行時排出汽輪機、空冷凝汽器和其他輔助設備和管道中的空氣，建立和維持機組真空。真空維持設備采用3臺水環(huán)式機械真空泵，其中1臺為100%容量，另2臺為50%容量。

2 空冷系統(tǒng)熱控設計的特點

空冷島招標采用整島招標和部分設備業(yè)主訂貨相結合的方式。由巴克杜爾公司完成整個空冷島的基本設計，電力設計院依據(jù)巴克杜爾公司提供的基本設計文件，完成空冷島系統(tǒng)施工圖的詳細設計。空冷島外的一些設備(如真空泵等)由巴克杜爾公司負責選型設計，然后由業(yè)主采購。

巴克杜爾公司必須提供空冷島的基礎設計圖紙，其中包括空冷島內(nèi)部設備(風機、油站、端子接線箱、甚至電纜通道等)的安裝和布置。對于空冷島的設計來說，電力設計院則主要著眼于接口上的設計。而對于熱控專業(yè)人員來說，主要側重于以下幾個方面的設計。

2.1 電纜敷設計

對于電纜敷設設計而言，空冷系統(tǒng)供貨廠家有基本設計?？绽淦脚_上方風機甲板上的直接利用即可，電氣電纜和熱控電纜分開，在風機甲板的兩側，可分邊敷設，電纜通道布置如圖1所示。

該工程空冷平臺標高400 m，空冷平臺架在16根混凝土柱子上(就單元機組而言)，在設計時應考慮電纜沿哪個柱爬下，要預先在該柱上預留埋件。爬下后進入電纜溝道，0 m下的電纜溝道由電氣專業(yè)人員統(tǒng)一考慮?？绽湎到y(tǒng)電纜敷設設計需要熱控專業(yè)人員、電氣專業(yè)人員及空冷島供貨廠家的有關人員一起配合來確定設計細則。另外需注意的是，風機甲板上的電纜橋架應豎向放置(如圖1所示)，以減小迎風方向的橫截面，以免影響換熱效果。

圖1 電纜通道布置圖

2.2 空冷系統(tǒng)熱控測點設置與選型

2.2.1 空冷排汽管道上的測點設置與選型

空冷凝汽器系統(tǒng)的主要目的是降低汽輪機排汽溫度和排汽壓力，以提高汽輪機循環(huán)熱效率。在2個大口徑排汽管道上設置壓力和溫度，均為三冗余設置，采用三取中或取均值的方式，將排汽壓力和排汽溫度和不同機組負荷下的壓力和溫度的設定值進行比較，來調(diào)節(jié)空冷風機的轉速，實現(xiàn)機組背壓控制，同時投入排汽壓力和溫度保護。

巴克杜爾公司的系統(tǒng)模型內(nèi)函數(shù)的壓力均按絕對壓力計算，因此，壓力變送器選用絕對壓力變送器，若選擇差壓變送器則還應實時測量當?shù)卮髿鈮毫?。排汽溫度較低，選用普通熱電阻即可滿足測量要求。

2.2.2 環(huán)境溫度、風向及風速的設置與選型

空冷系統(tǒng)靠風機吹動，空氣對流方式冷卻汽輪機排汽，換熱效果受環(huán)境影響較大，需監(jiān)測環(huán)境溫度、風向和風速。環(huán)境溫度選用一體化溫度傳感器。每臺機組的3個環(huán)境溫度傳感器的具體安裝位置為空冷機組側面風機墻安裝1個，空冷機組后面風機墻安裝2個，均為穿空冷圍墻安裝。風向、風速傳感器選用維薩拉公司產(chǎn)品。根據(jù)巴克杜爾公司的建議，風向、風速傳感器的安裝位置為距空冷島30 m外，高度為5 m的空地上。

2.2.3 空冷控制系統(tǒng)

單元機組監(jiān)控系統(tǒng)采用分散控制系統(tǒng)DCS(Distributed Control System)，在集中控制室內(nèi)，以彩色CRT顯示器、鍵盤、鼠標以及彩色大屏幕顯示器為單元機組主要監(jiān)視和控制手段。由DCS的操作員站來完成對單元機組各工藝系統(tǒng)(包括空冷系統(tǒng))的程序啟/停、自動調(diào)節(jié)、連鎖保護及設備單獨操作?？绽淇刂葡到y(tǒng)將納入單元機組DCS范圍，由機組DCS供貨廠家完成空冷監(jiān)控系統(tǒng)的設計，單元機組網(wǎng)絡結構圖如圖2所示。

機組DCS選用上海FOXBORO公司I/A series系統(tǒng)。I/A Series的網(wǎng)絡系統(tǒng)結構是按節(jié)點(NODE)概念來構成的。節(jié)點獨立運行，完成自動控制的各種功能，可通過兼容網(wǎng)絡與其他Foxboro或非Foxboro節(jié)點相連。節(jié)點總線(NODE BUS)的結構形式為總線結構，通信符合IEEE802.3(Ethernet以太網(wǎng))。空冷系統(tǒng)為單元機組DCS網(wǎng)絡的一個節(jié)點。FOXBORO公司負責統(tǒng)一規(guī)劃空冷控制系統(tǒng)和單元機組DCS的網(wǎng)絡結構、電源和接地等?？绽淇刂葡到y(tǒng)的電源柜、控制柜放在空冷凝汽器區(qū)域0 m設就地控制室。在機組正常運行時，空冷系統(tǒng)的監(jiān)控在單元機組集中控制室的操作員站上完成，就地無人值班。為滿足啟動運行初期空冷系統(tǒng)調(diào)試的需要，在空冷就地控制室內(nèi)設操作員站和工程師站。

圖2 單元機組網(wǎng)絡結構圖

空冷操作員站與機組操作員站選型相同，采用WP51F工作站，64位UltraSPARC RISC處理機，650 M主頻，512 M內(nèi)存;顯示器為三星彩色液晶顯示器，214T型，分辨率為1920×1440，采用Unix的Solaris操作系統(tǒng)。工程師站為SUN公司的AP51工作站，操作系統(tǒng)為Unix Solaris操作系統(tǒng)。每臺操作員站均配有鼠標、專用鍵盤和標準鍵盤。鼠標和專用鍵盤用于機組運行的正常監(jiān)視和操作，標準鍵盤用于組態(tài)和調(diào)試。

空冷控制系統(tǒng)設有3對控制器，機柜分配及I/O點統(tǒng)計見表1和表2。

表1 空冷系統(tǒng)控制機柜分配

表2 空冷系統(tǒng)I/O點統(tǒng)計

空冷系統(tǒng)DCS電源柜接受來自電氣不間斷電源UPS(Uninterruptible Power Supply)饋線屏的UPS電源及電氣汽機保安電動機控制中心MCC(Motor Control Center)的保安電源各1路，分別向空冷系統(tǒng)各DCS機柜、空冷操作員站及空冷工程師站供電。

空冷系統(tǒng)的所有信號均在空冷DCS機柜側接地，每個控制機柜的系統(tǒng)地和屏蔽地銅排用接地電纜接至空冷DCS電源柜，在空冷DCS電源柜匯集后接至空冷就地電氣接地網(wǎng)。

2.2.4 設計中存在的其他問題

(1)在冬季停機檢修時，由于空冷系統(tǒng)隔離閥及旁路閥閥體底部積水易凍導致閥門卡澀，因此，在閥門訂貨時，應要求隨閥門帶電伴熱裝置，為閥門本體防凍伴熱。

(2)在空冷系統(tǒng)中，每排風機的第3臺風機和第6臺風機為帶反轉功能的風機。

3 結束語

為應對水資源匱乏的困境，目前，火力發(fā)電廠直接或間接空冷系統(tǒng)的應用越來越廣泛。本文對某電廠空冷系統(tǒng)進行了熱控設計的研究，介紹了空冷系統(tǒng)的構成和功能。論述了空冷控制系統(tǒng)的配置方案、I/O規(guī)模、電源和接地、主要熱工測點的設置及選型原則、電纜敷設和其他一些設計中經(jīng)常遇到的問題，提出了解決方法，該方法可為其他火電廠熱控專業(yè)設計人員在進行空冷系統(tǒng)設計時提供參考。

［1］趙杰，謝秋野，朱京興.火力發(fā)電廠水資源綜合利用對策［C］//火力發(fā)電廠節(jié)水技術研討會論文集.青島:中國電機工程學會，2006.

［2］汪德良.火電廠綜合節(jié)水技術［C］//火力發(fā)電廠節(jié)水技術研討會論文集.青島:中國電機工程學會，2006.