★汤保明（杭州和利时自动化有限公司，浙江杭州310018）

★曹耀武，李庭瑜（神华国华锦界能源有限责任公司，陕西神木719300）

★李戎（杭州和利时自动化有限公司，浙江杭州310018）

关键词：直接空冷机；分区优化；控制方法

1 引言

针对不同环境空冷风耦合作用下的直接空冷通风机组，受热空冷风的抽回流和直接轴流风机群的群聚和抽回流效应的直接耦合相互作用，轴流风机的直接冷却通风能力在不同通风区域内会发生不同程度变化，导致采用传统的轴流背压风机控制策略风机耗电量大幅增大，能效水平下降。获得机组轴流风机群阵列，根据布局下面的空气泵风流场和机组温度场，计算得到不同轴流风机机样转速下单元机组部件背压的温度变化影响情况，提出建议采用一种微分和增量法的用度计算方法，分析空冷泵与转速压调节对单元机组部件背压用度影响的几个关键性指标，并从单个空冷泵和单元机组工作效率两个角度深入考虑机组调压用度问题。研究结果表明，并不是轴流风机系统通风散热量越大，空冷换暖单元带有散热管束的散热效率越高，合理充分发挥高效空冷换暖单元的换热作用，能够有效控制改善空冷换暖岛的换热能效，达到良好节能环保目的，为深入探讨研究空冷换热岛采用轴流风机系统优化节能控制技术提供科学理论和技术试验实践基础^[1]。

2 直接空冷机组物理模型

2.1 直接空冷汽器机组直接空气式冷凝汽器结构布置使用方式

针对高温环境中热风对流作用下的直接空冷热风机组，受热空冷风机的回流和背压轴流效应风机群的群流和抽轴流效应的相互带动作用，使得空冷风机的轴流冷却控制能力在不同通风区域内会发生不同程度变化，导致采用传统的热风背压轴流控制策略风机耗电量大幅增大，能效水平下降。研究结果表明，并不是空冷风机快速通风的热量越大，空冷通风单元岛的翅片通风管束的快速换风散热效率就越高，合理充分发挥高效空冷通风单元的换热作用，能够有效率地改善空冷单元岛的换热能效。达到优化节能控制目的，为深入学习研究空冷式涡岛机和轴流风机设计优化节能控制技术提供科学理论和节能试验实践基础。

2.2 直接空冷系统分类

（1）顺流式

顺流式指从蒸汽轮机内部排出的大量水汽，通过直接配置蒸汽机的管道从凝汽器的上方快速进入，然后向下方快速流入后再进行直接冷凝，而冷凝过程完成后的蒸汽凝结物和水的实际流向恰恰与蒸汽器的流向相同。顺流式空气冷凝汽器的传热冷却效果突出，凝结在热水的液体隔膜很薄，水汽也较小。但是在这种低温低压大负荷操作工况下，凝结后的水在快速凝结进入水箱时很可能出现温度过冷过热现象，导致水箱凝结水中的水体含氧量急剧升高。

（2）逆流式

逆流式指冷凝过程完成后的液体凝结蒸汽水的实际流向恰恰与冷凝蒸汽水的流向完全相反。过高压冷却凝汽现象和高压冰冻冷却现象虽然通常不会在各种逆流式高压凝汽器中同时发生，但是凝汽管内的冷却液膜较厚，管内汽阻较大。直接空冷排汽分配式蒸汽空气管道输送系统主要由直接蒸汽空气分配输送管道、排汽输送管道和空冷凝结式排水管三联箱上方的直接蒸汽空气流通空间组成。其中没有导流凝结的液体蒸汽则由导流凝结后的水从并联箱上方的高压通道直接流入装有逆流器的凝汽器中^[2]。

（3）联合式

凝结式排水汽的收集处理系统主要由大型凝结式排水箱、凝结式排水箱三联箱、凝结式排水泵和各收集装置间的联结排水管道系统组成。顺流凝汽器中冷凝的所有凝结饱和水将全部汇集输送到一个联箱里，而没有冷凝的任何凝结水或饱和水的蒸汽则自然会通过连接联箱上部的下空间管道流入一个逆流式的凝汽器，联箱内的所有凝结饱和水则通过连接联箱中部的下水管道直接流入。该系统又可以将泄漏或进入真空系统的多余空气和位于逆流器的凝汽器中凝结后的气体全部抽出除掉，凝汽器专用清洗装置系统主要由清洗高压水泵、清洗排水管道和汽车行走机构等清洗装置部分组成。

2.3 直接空冷机组数学模型

对直接空冷压缩机组的流动温度场和流动速度场分别进行测量数值分析计算，将直接空气环流视为一种不可逆的压缩理想流体，计算过程中分别采用了不同计算法，淌风环流制冷模型格式采用二阶标准迎风环流模型，离散制冷过程格式采用一级二阶标准迎风环流格式。直接应用空气式冷凝气蒸汽发动器系统模型网格建立和应用网格结构划分均可以通过软件设计完成，凝汽器模型主体结构部分与空冷汽轮发动机房和空冷锅炉房之间的部分区域四面为立体非柱式结构化模型网格，其他部分区域内的空间则全部采用六面体式非结构化模型网格。

在直接空冷空调系统控制器的技术应用领域中，重点提出一种基于固定温度场和基于流速场的空冷冷却岛散热阵列性能控制系统方法，该控制方法主要包括实时自动监测空冷冷却机组的工作环境空气温度、迎风和仰面风速、给料的水流量、主机的蒸汽量、凝结的含水量和出口散热温度，计算在进入空热水冷凝汽器各散热单元的空冷蒸汽含水量和凝结热量、在进入空热水冷凝汽器加热冷却后各单元风机散热装置的出口蒸汽量和入口散热温度、由于空冷水蒸气相对度变大而凝结为空冷水所要释放出的热量、计算空冷凝结后的水继续加热降温所要释放出的热量，并通过空冷散热量温度计算器得出空冷凝结的含水量，计算每台空冷冷却单元供暖风机散热功耗和凝结风量、空冷冷却单元风机传热器的工作效率，以岛阵列的控制形式实时调高高温低效率空冷风机散热转速、降低低温高效率空冷风机散热转速，达到实时调节每台空冷风机的合理散热出力，从而有效实现空冷散热岛的最佳和优化性能控制。

3 直接空冷系统背压控制逻辑

如何做好控制分配、如何调整空冷控制单元以及轴流风机的最佳工作状态，是解决空冷岛需节省大量电能问题的关键，该控制系统的工作控制性能问题一直是多年来空冷控制设备工程界普遍关注而又一直未很好得到解决的问题，它的最佳工作控制性能将对空冷机组的工作安全性和生产经济性发展产生直接的重要影响。

3.1 系统自动控制要求

在一些传统风机控制制冷系统中，空冷控制单元中的轴流风机不能全部保持同样的额定转速，向空冷散热器的翅片和风管束系统提供制冷空气，不能有效地节约系统电能。目前直接空冷的背压自动控制测量方法，是通过对机组背压偏差测量基准值和背压设定值之间的背压偏差进行调节，采用纯背压器和外加背压偏差器的控制方式，从而可以使空冷汽轮机组的背压测量值始终能够维持在背压设定值所允许的合理范围之内，进而根据其背压偏差程度来连续对空冷风机高速运行时的台数、角速度进行自动调节，将空冷汽轮机组的背压测量控制在确保机组安全和高效经济运行的合理范围内。

3.2 风振控制与负压差

从风机控制器的逻辑流程中可知，风机的振动速度主要由主风机控制器通过自动控制整个风机和发电机的振动频率速度来进行改变，使得实际值的压力与风机设定值的压力速度保持相对一致，该计算方法主要采用纯自动积分器件增加负压偏差消除的方式，当负压偏差很大时，对其风机执行程序直接跳过，然而通过调试结果发现该蒸汽轮机组的背部负压在整个调节的执行过程中，超调和负压波动都比较大，不能很好地达到满足实际风机生产中的要求，实现执行程序中的跳步，从而致使整个调节过程偏差很大并容易同时产生风机振荡^[3]。

3.3 冷风机转速和温度关系

空冷轴流机组背压受其所在处地区环境因素等的影响较大，特别是夏季高温和大风天气导致空冷机组正常运行时的背压过高，严重时会影响空冷机组安全以及经济高效正常运行，尤其是在全部空冷轴流风机最高转速已无法达到最高额定转速，风机不能再通过提速进行降压时，为了安全必须考虑。机组不得不通过降低大负荷继续运行。因此，如何在热循环培风的作用影响下，有效地大幅降低空冷机组内的背压，已逐渐成为现如今直接空冷重要技术研究关键技术之一。通过对直接空冷涡流机组单元数值分析模拟方法研究，特别针对大型高速轴向涡流风车单机群在夏季大风高温下或大风炎热天气时，模拟空冷机组岛单元所处外部速度场和内部温度场，同时结合聚类分析模拟方法，根据大型轴流风机单元压升、轴流风机单元垂直旋转风速、充冷机组单元的出入口通风温度、轴流风机内部通风量、伸缩管束风机通风量和确定伸缩管束风机换风发热量等相关参数，将空冷发风机组内部轴流风机群有效地组合进行节能分区，并通过研究确定轴流风机最大转速可在达到最大风机转速要求值时，通过有效降低某些特定使用区域轴流风机转速对空冷机组内部进行减速调压，从而有效达到风机降速的高节能和低降压利用目的。

4 结论

通过数值流场模拟，可以有效地准确模拟空冷空热岛轴流运行时的轴向温度场和轴向流速场，为复杂的空冷空热岛大型轴向涡流风组在机群中的流场模拟分析工作提供一种便利模拟条件，有利于进行优化冷岛轴流风机运行转速，降低轴流机组的风背压力的研究，通过不同转速来调节轴流风机的起动转速，通风管束的实际通过空冷换风散热量通风趋势与通过通风管束的实际通风散热趋势互相吻合效果较好，轴流风机的实际空冷通风量散热趋势与通过翅片通风管束的实际通风散热趋势不一致，并不是轴流风机实际通风的热量越大，空冷通风单元通过翅片通风管束的实际换风散热效率越高。从根本上为大型民用综合火力发电厂的建设投产及其建设以及运营使用提供了强有力的基础工程技术支持。为有效节约当地天然水资源，保护当地自然生态环境，走健康和谐可持续发展的水产业化的道路。

作者简介：

汤保明 （1981-），男，内蒙古呼和浩特人，现就职于杭州和利时自动化有限公司，从事火力发电自动控制及智能系统研究工作。

曹耀武 （1987-），男，陕西榆林人，工程师，学士，现就职于神华国华锦界能源有限责任公司，从事火力发电自动控制控制系统维护工作。

李庭瑜 （1974-），男，陕西榆林人，工程师，学士，现就职于神华国华锦界能源有限责任公司，从事火力发电厂热控仪表及自动化技术研究工作。

李戎 （1975-），男，陕西西安人，高级工程师，现任杭州和利时自动化有限公司数字工厂应用部经理，从事工业互联网平台技术研究、智能工厂应用及智能工厂建设工作。

参考文献：

[1]江伟.浅谈热电站直接空冷的施工[J].中国石油和化工标准与质量,2020,(15):125-126.

[2]侯宏娟,崔浩,黄畅,宋红,李安然,赵锦.直接空冷型槽式太阳能发热电系统技术经济分析[J].太阳能学报,2021,(01):90-95.

[3]万华杰.火电厂直接空冷节能技术分析[J].能源与节能,2021,(06):64-65.

摘自《自动化博览》2022年7月刊