火电厂空冷系统的热控设计研究.pdf

第 ３ ４ 卷 第 ４ 期华电技术Ｖ ｏ ｌ ． ３ ４ Ｎ ｏ ． ４ ２ ０ １ ２ 年 ４ 月Ｈ ｕ ａ ｄ ｉ ａ ｎＴ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌｏ ｇ ｙＡ ｐ ｒ ． ２ ０ １ ２ 火 电 厂 空 冷 系 统 的 热 控 设 计 研 究 陈俊丽１， 邵一鸣２ （ １ ． 华电重工装备有限公司， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ８ ； ２ ． 华北电力设计院工程有限公司，北京 １ ０ ０ １ ２ ０ ） 摘 要 介绍了空冷系统的概况， 分析了某电厂 ２ ６ ０ ０ Ｍ Ｗ机组空冷控制系统的设计特点， 进而对空冷系统的结构、 功 能、 仪表控制设备的设置、 选型原则及监控系统的网络结构进行了详尽的论述。 关键词 火电厂； 空冷系统； 热控； 设计 中图分类号 Ｔ Ｋ２ ６ ４ ． １ 文献标志码 Ｂ 文章编号 １ ６ ７ ４ － １ ９ ５ １ （ ２ ０ １ ２ ） ０ ４ － ０ ０ ２ ３－ ０ ３ 收稿日期 ２ ０ １ １ － ０ ４ － ０ １ ０ 引言 水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资 源， 是保证经济社会可持续发展、 维系生态平衡及和 谐环境的基础。我国水资源总拥有量居世界第 ６ 位， 人均水资源拥有量居世界第 ２ ８ 位， 是一个严重 缺水的国家， 在我国北方局部地区已经出现了严重 的淡水资源危机。 电力工业是国民经济基础产业和重要能源行 业， 同时也是工业用水大户。我国火电机组发电量 占总发电量的 ８ ０ ％以上， 同时火力发电厂也是耗水 大户， 它的耗水量约占工业用水的 ２ ０ ％。为解决火 力发电厂用水问题， 目前在富煤缺水地区选择空冷 方式已经成为主导方向。空冷机组没有冷却塔的蒸 发损失， 与同容量湿冷机组相比， 可实现节水 ３ ／ ４～ ４ ／ ５ 。 １ 空冷系统概况 某电厂汽轮机为亚临界、 一次中间再热、 单轴、 三缸四排汽、 直接空冷凝汽式汽轮机， 汽轮机由上海 汽轮机有限责任公司供货。空冷系统按单元设置， 每台机组设１套空冷系统。 空冷凝汽器系统主要由以下几个分系统构成 （ １ ） 汽轮机排汽系统。汽轮机排汽进入排汽装 置 Ｉ 和排汽装置 Ｉ Ｉ ， 然后从２个排汽装置分别引出 ２ 个大口径管道， 将蒸汽排至“ Ａ ” 列外的空冷凝汽器 区域。 （ ２ ） 凝结水系统。空冷凝汽器通过向大气释放 热量对汽轮机排汽或汽轮机旁路的减温过热蒸汽进 行冷却。空冷凝汽器区域由 ８ 组“ Ａ ” 屋顶形翅片管 排组成， 每组管排又包含７个单元。每个单元由 １ ０ 个翅片管束组成。“ Ａ ” 屋顶形翅片管下装设有空 冷风机， 空冷风机选用变频调速风机， 共 ５ ６个冷却 单元。蒸汽流经翅片管束， 在空冷风机的强制通风 冷却下， 蒸汽冷凝成水， 在“ Ａ ” 屋顶形翅片管下方汇 集后流回排汽装置。 （ ３ ） 抽真空系统。抽真空系统的功能是在机组 启动和正常运行时排出汽轮机、 空冷凝汽器和其他 辅助设备和管道中的空气， 建立和维持机组真空。 真空维持设备采用 ３台水环式机械真空泵， 其中 １ 台为１ ０ ０ ％容量， 另 ２ 台为 ５ ０ ％容量。 ２ 空冷系统热控设计的特点 空冷岛招标采用整岛招标和部分设备业主订货 相结合的方式。由巴克杜尔公司完成整个空冷岛的 基本设计， 电力设计院依据巴克杜尔公司提供的基 本设计文件， 完成空冷岛系统施工图的详细设计。 空冷岛外的一些设备（ 如真空泵等） 由巴克杜尔公 司负责选型设计， 然后由业主采购。 巴克杜尔公司必须提供空冷岛的基础设计图 纸， 其中包括空冷岛内部设备（ 风机、 油站、 端子接 线箱、 甚至电缆通道等） 的安装和布置。对于空冷 岛的设计来说， 电力设计院则主要着眼于接口上的 设计。而对于热控专业人员来说， 主要侧重于以下 几个方面的设计。 ２ ． １ 电缆敷设计 对于电缆敷设设计而言， 空冷系统供货厂家有 基本设计。空冷平台上方风机甲板上的直接利用即 可， 电气电缆和热控电缆分开， 在风机甲板的两侧， 可分边敷设， 电缆通道布置如图 １ 所示。 该工程空冷平台标高 ４ ０ ０ ｍ ， 空冷平台架在 １ ６ 根混凝土柱子上（ 就单元机组而言） ， 在设计时应考 虑电缆沿哪个柱爬下， 要预先在该柱上预留埋件。 爬下后进入电缆沟道， ０ ｍ下的电缆沟道由电气专 业人员统一考虑。空冷系统电缆敷设设计需要热控 专业人员、 电气专业人员及空冷岛供货厂家的有关 ２ ４ 华电技术第 ３ ４ 卷 图 １ 电缆通道布置图 人员一起配合来确定设计细则。另外需注意的是， 风机甲板上的电缆桥架应竖向放置（ 如图 １所示） ， 以减小迎风方向的横截面， 以免影响换热效果。 ２ ． ２ 空冷系统热控测点设置与选型 ２ ． ２ ． １ 空冷排汽管道上的测点设置与选型 空冷凝汽器系统的主要目的是降低汽轮机排汽 温度和排汽压力， 以提高汽轮机循环热效率。在 ２ 个大口径排汽管道上设置压力和温度， 均为三冗余 设置， 采用三取中或取均值的方式， 将排汽压力和排 汽温度和不同机组负荷下的压力和温度的设定值进 行比较， 来调节空冷风机的转速， 实现机组背压控 制， 同时投入排汽压力和温度保护。 巴克杜尔公司的系统模型内函数的压力均按绝 对压力计算， 因此， 压力变送器选用绝对压力变送 器， 若选择差压变送器则还应实时测量当地大气压 力。排汽温度较低， 选用普通热电阻即可满足测量 要求。 ２ ． ２ ． ２ 环境温度、 风向及风速的设置与选型 空冷系统靠风机吹动， 空气对流方式冷却汽轮 机排汽， 换热效果受环境影响较大， 需监测环境温 度、 风向和风速。环境温度选用一体化温度传感器。 每台机组的３个环境温度传感器的具体安装位置为 空冷机组侧面风机墙安装 １个， 空冷机组后面风机 墙安装２个， 均为穿空冷围墙安装。风向、 风速传感 器选用维萨拉公司产品。根巴克杜尔公司的建 议， 风向、 风速传感器的安装位置为距空冷岛 ３ ０ ｍ 外， 高度为 ５ ｍ的空地上。 ２ ． ２ ． ３ 空冷控制系统 单元机组监控系统采用分散控制系统 Ｄ Ｃ Ｓ （ Ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｅ ｄＣ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ） ， 在集中控制室内， 以彩 色 Ｃ Ｒ Ｔ显示器、 键盘、 鼠标以及彩色大屏幕显示器 为单元机组主要监视和控制手段。由 Ｄ Ｃ Ｓ 的操作 员站来完成对单元机组各工艺系统（ 包括空冷系 统） 的程序启／ 停、 自动调节、 连锁保护及设备单独 操作。空冷控制系统将纳入单元机组 Ｄ Ｃ Ｓ范围， 由 机组 Ｄ Ｃ Ｓ 供货厂家完成空冷监控系统的设计， 单元 机组网络结构图如图 ２ 所示。 机组 Ｄ Ｃ Ｓ 选用上海 Ｆ Ｏ Ｘ Ｂ Ｏ Ｒ Ｏ公司 Ｉ ／ Ａｓ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ 系统。Ｉ ／ Ａ Ｓ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ的 网 络 系 统 结 构 是 按 节 点 （ Ｎ Ｏ Ｄ Ｅ ） 概念来构成的。节点独立运行， 完成自动 控制的各种功能， 可通过兼容网络与其他 Ｆ ｏ ｘ ｂ ｏ ｒ ｏ 或非 Ｆ ｏ ｘ ｂ ｏ ｒ ｏ 节点相连。节点总线（ Ｎ Ｏ Ｄ ＥＢ Ｕ Ｓ ） 的 结构形式为总线结构， 通信符合 Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ ８ ０ ２ ． ３ （ Ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ 以太网） 。空冷系统为单元机组 Ｄ Ｃ Ｓ网络的一 个节点。Ｆ Ｏ Ｘ Ｂ Ｏ Ｒ Ｏ公司负责统一规划空冷控制系 统和单元机组 Ｄ Ｃ Ｓ 的网络结构、 电源和接地等。空 冷控制系统的电源柜、 控制柜放在空冷凝汽器区域 ０ ｍ设就地控制室。在机组正常运行时， 空冷系统的 监控在单元机组集中控制室的操作员站上完成， 就 地无人值班。为满足启动运行初期空冷系统调试的 需要， 在空冷就地控制室内设操作员站和工程师站。 空冷操作员站与机组操作员站选型相同， 采用 第 ４ 期陈俊丽， 等 火电厂空冷系统的热控设计研究２ ５ 图 ２ 单元机组网络结构图 ＷＰ ５ １ Ｆ工作站， ６ ４位 Ｕ ｌ ｔｒ ａ Ｓ Ｐ Ａ Ｒ ＣＲ Ｉ Ｓ Ｃ处理机， ６ ５ ０ Ｍ主频， ５ １ ２ Ｍ内存； 显示器为三星彩色液晶显示 器， ２ １ ４ Ｔ型， 分辨率为１ ９ ２ ０ １ ４ ４ ０ ， 采用 Ｕ ｎ ｉ ｘ 的 Ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｉｓ 操作系统。工程师站为 Ｓ Ｕ Ｎ公司的 Ａ Ｐ ５ １ 工作 站， 操作系统为 Ｕ ｎ ｉｘＳ ｏ ｌ ａ ｒ ｉ ｓ 操作系统。每台操作员 站均配有鼠标、 专用键盘和标准键盘。鼠标和专用 键盘用于机组运行的正常监视和操作， 标准键盘用 于组态和调试。 空冷控制系统设有 ３ 对控制器， 机柜分配及Ｉ ／ Ｏ 点统计见表１和表 ２ 。 表 １ 空冷系统控制机柜分配 项目Ｄ Ｃ Ｓ 电源柜主机柜模件柜继电器柜合计 数量１１４２８ 表 ２ 空冷系统 Ｉ ／ Ｏ点统计 项目Ａ ＩＲ Ｔ ＤＤ ＩＡ ＯＤ Ｏ合计 数量１ ６ １２ ３ ０７ ２ ０５ ６３ ３ ７１ ５ ０ ４ 空冷系统 Ｄ Ｃ Ｓ 电源柜接受来自电气不间断电 源 Ｕ Ｐ Ｓ（ Ｕ ｎ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｒ ｕ ｐ ｔ ｉ ｂ ｌ ｅ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｓ ｕ ｐ ｐ ｌｙ ） 馈线屏的 Ｕ Ｐ Ｓ 电源及电气汽机保安电动机控制中心 Ｍ Ｃ Ｃ （ Ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ） 的保安电源各 １ 路， 分别向空冷系统 各 Ｄ Ｃ Ｓ 机柜、 空冷操作员站及空冷工程师站供电。 空冷系统的所有信号均在空冷 Ｄ Ｃ Ｓ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 Ｄ Ｃ Ｓ 电源柜， 在空冷Ｄ Ｃ Ｓ 电源柜汇集后 接至空冷就地电气接地网。 ２ ． ２ ． ４ 设计中存在的其他问题 （ １ ） 在冬季停机检修时， 由于空冷系统隔离阀 及旁路阀阀体底部积水易冻导致阀门卡涩， 因此， 在 阀门订货时， 应要求随阀门带电伴热装置， 为阀门本 体防冻伴热。 （ ２ ） 在空冷系统中， 每排风机的第 ３台风机和 第 ６ 台风机为带反转功能的风机。 ３ 结束语 为应对水资源匮乏的困境， 目前， 火力发电厂直 接或间接空冷系统的应用越来越广泛。本文对某电 厂空冷系统进行了热控设计的研究，介绍了空冷系 统的构成和功能。论述了空冷控制系统的配置方 案、 Ｉ ／ Ｏ规模、 电源和接地、 主要热工测点的设置及 选型原则、 电缆敷设和其他一些设计中经常遇到的 问题， 提出了解决方法， 该方法可为其他火电厂热控 专业设计人员在进行空冷系统设计时提供参考。 参考文献 ［ １ ］ 赵杰， 谢秋野， 朱京兴． 火力发电厂水资源综合利用对策 ［ Ｃ ］ ／ ／ 火力发电厂节水技术研讨会论文集． 青岛 中国电 机工程学会， ２ ０ ０ ６ ． ［ ２ ］ 汪德良． 火电厂综合节水技术［ Ｃ ］ ／ ／ 火力发电厂节水技 术研讨会论文集． 青岛 中国电机工程学会， ２ ０ ０ ６ ． （ 编辑 王书平） 作者简介 陈俊丽（ １ ９ ７ ５ ） ， 女， 山西襄汾人， 工程师， 从事火电厂 空冷系统面的研究工作（ Ｅｍ ａ ｉｌ ｃ ｈ ｅ ｎ ｊｌ ＠ｃ ｈ ｅ ｃ ． ｃ ｏ ｍ ． ｃ ｎ ） 。 邵一鸣（ １ ９ ７ ７ ） ， 男， 吉林榆树人， 高级工程师，工学硕 士， 从事火电厂设计面的工作。