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直接空冷机组冷端温度场监测及优化控制系统

1、概述
       直接空冷机组冷端优化控制系统通过空冷散热管束的温度场监测实现,在空冷岛散热器表面安装温度测量传感器,同时采集空冷岛风速等周边的环境参数,在数据服务器中处理温度数据及环境参数。处理后的数据经通讯送至DCS控制系统进行显示、报警及组态,基于散热器温度场进行空冷风机的闭环控制。通过机组的冷端优化控制,全面提升直接空冷机组运行的安全性和经济性。

2、直接空冷机组增加温度场监测监测系统的必要性
       直接空冷系统在国内电厂的运行中遇到的一些问题,如:夏季背压高、冬季防冻压力大、风机运行方式不合理、背压设定缺乏根据等。直接空冷凝汽器在寒冷的冬季运行时,尤其在机组启、停过程期间以及夜间或低负荷运行等汽轮机排汽量较少的工况下,空冷系统散热器冷凝过冷易发生配汽不均匀现象,造成局部冻结,导致机组发生异常或停机,给发电机组带来了严重的经济损失。空冷系统现有温度测点数据无法全面反映空冷系统温度的分布状态,为防止冷凝器冻结,机组普遍采取提高背压的运行方式,大大降低了发电机组运行的经济性。

图 1-1 直接空冷机组逆流单元局部低温热成像图

图 1-2 直接空冷机组顺流单元局部低温热成像图 

3、直接空冷机组冷端温度场监测监测及优化控制系统构成

       直接空冷机组冷端温度场监测及优化控制系统是在空冷系统冷凝器表面安装大量温度传感器,全面采集并监测泠凝器温度参数,并通过这些参数优化控制,提高直接空冷机组防冻能力和经济性能。

       直接空冷机组冷端温度场监测及优化控制系统主要包括:温度传感器、智慧前端采集器、数据监测及处理服务器、DCS优化控制。系统图如下:

4、系统作用       

       系统根据机组负荷和冷端参数的变化,在风机耗电和机组出力之间寻优得到机组最佳背压并投入闭环控制,提高机组运行的经济性。

       系统实时监测散热管束温度,减少运行人员巡检强度,优化防冻保护,保证机组冬季安全可靠运行;在保证冷凝器不发生冻结的前提下降低机组背压,实现机组的安全经济运行。系统实时监测散热管束温度,减少运行人员巡检力度,保证机组冬季安全可靠运行,并实现空冷风机的闭环控制,在保证冷凝器不发生冻结的前提下降低机组背压,实现机组的安全经济运行。
 
5、温度监测说明

       空冷凝汽器随着环境温度和机组负荷的不同,空冷凝汽器内蒸汽的凝结状态不同,因此空冷系统呈现出不同的温度场。通过监控冷却介质出口的温度可以监控温度场的分布。冬季环境温度低,由于蒸汽提前凝结在顺流管束下部和逆流管束上部都容易出现低温区,但是由于管束下端凝结水流量增多,无论顺流管束还是逆流管束都容易在管束下部出现冻结现象。虽然逆流管束的上部随着凝结过程完成蒸汽量减少,同时凝结水量也减少,但是不凝气体含有的水蒸汽凝华仍有可能形成絮状结冰,堵塞翅片管的流通面积。针对空冷岛温度场分布特点合理测点位置,空冷岛表面散热面积巨大,温度分布存在很大差异。根据理论研究与实际运行经验,通常逆流单元比顺流单元更容易结冰,空冷岛边缘处的单元比内部单元更容易结冰。本系统在关键区域增加测点密度,并根据历史数据和机组实际情况调整测点位置。实践证明低环境温度下,散热管束发生冻结即使采取措施解冻后,由于散热管发生变形会导致相邻管段翅片间距增大,从而使得冷却风量增大导致结冻危险性增大,形成冻结恶性循环。

       总结来说顺流单元下部容易冻结,逆流单元中上部容易冻结,逆流单元较顺流单元容易冻结。

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