CN102818398B - 智能空冷岛及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种智能空冷岛及其控制方法，包括空冷岛、吸收式制冷机、第一换热器、第二换热器、冷风风机和控制单元。吸收式制冷机用于吸收汽轮机排出乏热或空冷岛输出凝结水热量，输出冷媒水至第一换热器、第二换热器；第一换热器用于直接对汽轮机乏热进行热交换，降低空冷岛入口汽轮机乏热温度；第二换热器用于给空冷岛的底部输送冷空气；冷风风机用于把第二换热器产生的冷空气输送到空冷岛底部；控制单元与吸收式制冷机、冷风风机和空冷岛电连接，用于采集空冷岛流量和温度及风温风速、大气温度、环境风速、锅炉负荷等信息，自动产生控制信号，并控制吸收式制冷机、冷风风机和空冷岛的轴流风机。本发明可以提高夏季炎热天气下空冷岛效率，降低用电量。

Description

智能空冷岛及其控制方法

技术领域

本发明涉及火力发电厂空冷岛优化运行领域，尤其涉及一种提高夏季炎热天气下空冷岛效率降低用电量的智能空冷岛。

背景技术

在气候干燥、煤矿坑口及其他水资源有限、用水成本极高的地区，火力发电厂通常会采用空冷技术以达到节水的目的，空冷同时也适用于城市内空间有限不能建造湿式冷却塔的地方。现有机组运行效果表明，直接空冷机组比水冷凝器发电机组节水65％甚至更多。但是在夏季环境气温比较高时，空冷机组会出现真空降低，机组发电效率降低，甚至迫使整个机组降负荷运行，高温季节无法达到设计要求。

投产后，空冷岛环境温度场要比天气预报的高2-3℃，当环境温度超过32℃时，背压增大，煤耗增加，锅炉效率降低10%-30%，甚至停机。在空冷岛设备中，空冷散热器入口的温度对其热力特性影响很大，如果入口温度高于环境温度，将使传热温差减小，降低传热能力，使传热恶化，直接影响机组的出力及安全运行。据运行实践表明，在空冷器入口温度大于环境温度5℃时，可使对数平均温差为15℃的空冷器降低传热量30%。当由于自然因素导致空冷岛入口温度过高时，将无法有效降低温度，使空冷岛难以正常工作。

对于汽轮机而言，当工作背压在5-18kpa时，汽轮机能达到额定功率，当汽轮机在最高背压25.55-18kpa时，要减负荷。因为空冷到无法降低发电蒸汽温度，造成高背压及背压大的变化，使汽轮机无法安全运行。

发电机蒸汽经空冷岛冷却后的水温一般在15℃--33℃之间，汽轮机背压在5-11kpa之间。部分电厂实际运行表明：一年气温从-28℃上升到32℃，对应的排气温度为28.6℃--65.4℃，相应的排气背压为3.92kpa—25.50 kpa。当环境温度上升到38℃以上时，由于空冷岛冷凝装置无法将温度降低到运行要求，对应的排气温度可高达80℃，相应的排气背压为60.50 kpa，使发电煤耗每度增加40—60克。这样就使得发电效率大为降低，甚至可能出现停机。

现有的技术是：空冷机组夏季高温期间对空冷岛进行除盐水喷淋，利用水的蒸发吸收热量，进行辅助降温，或者在轴流风机与空冷岛凝汽器之间布局水雾化装置，利用雾化水蒸发吸收热量，进行辅助降温。此两种技术方案存在的问题是：空冷机组本身建在水源有限的地方，除盐水喷淋一是需要大量的水，耗用本已经紧张的水资源，二是喷淋、雾化需要一套流量压力控制装置及喷淋、雾化装置，需要耗用电能，提高了厂用电率。

发明内容

为了解决上述耗费水资源和耗电问题，本发明舍去原先空冷机组夏季高温期间对空冷岛进行除盐水喷淋、喷雾，利用水的蒸发吸收热量的降温的方法，提供一种节约用水、降低耗电且制冷效率高的智能空冷岛。

本发明的目的是这样实现的：所述智能空冷岛包括一个带有N个轴流风机的空冷岛（其中N大于2）、吸收式制冷机、第一换热器、第二换热器、冷风风机和控制单元。所述吸收式制冷机的入口直接连接汽轮机排出的乏热，或经过第一换热器热交换的乏热，或空冷岛输出凝结水，用于吸收汽轮机乏热或空冷岛凝结水的热量，输出冷媒水至第一换热器、第二换热器；所述第一换热器设置在空冷岛的汽轮机乏热入口，用于直接对汽轮机乏热进行热交换，降低空冷岛入口的汽轮机乏热温度；所述第二换热器设置在空冷岛的底部，用于在空冷岛的底部产生冷空气；所述冷风风机设置在第二换热器下方，用于把第二换热器产生的冷空气输送到空冷岛底部；所述控制单元与吸收式制冷机、冷风风机和空冷岛电连接。

所述智能空冷岛的吸收式制冷器包括发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、换热器、循环泵、冷却塔，所述发生器与汽轮机排出的乏热或空冷岛输出凝结水连接，所述的蒸发器连接第一换热器、第二换热器，所述冷却塔安装在空冷岛轴流风机下方。

所述智能空冷岛的控制单元包括信息采集单元和信息处理单元，所述信息采集单元包括N个温度传感器、N个流量传感器、N个风温风速传感器、锅炉负荷信息采集器、大气温度传感器、环境风速传感器。

智能空冷岛的控制方法包括以下步骤：

A、将信息采集单元的温度传感器设置在空冷岛汽轮机乏热的入口、空冷岛凝结水的出口、空冷岛所有的凝汽器、吸收式制冷器的发生器和蒸发器、第一换热器、第二换热器上，用于测量温度；将信息采集单元的流量传感器设置空冷岛汽轮机乏热的入口处、空冷岛凝结水管的出口、吸收式制冷器的发生器和蒸发器上，用于测量流量；将信息采集单元的风温风速传感器设置在冷风风机上、空冷岛的凝汽器与轴流风机之间、空冷岛的凝汽器的上部或轴流风机下部，用于测量空冷岛内部、上部、下部、冷风风机处风的温度和速度； 将锅炉负荷信息采集器与锅炉DCS***相连，用于采集汽轮机的锅炉负荷；

B、信息采集单元通过温度传感器、流量传感器、风温风速传感器、锅炉负荷信息采集器、大气温度传感器、环境风速传感器，采集温度、流量、风的温度和速度、大气的温度、环境的风速数据以及锅炉负荷数据，并将这些数据传送给信息处理单元；

C、信息处理单元接收信息采集单元的数据后，将其变成控制信号，分别控制吸收式制冷机的循环泵、冷风风机和空冷岛的轴流风机的开、停运行。

本发明由于采用以上技术方案，具有以下优点：

1、把发电机蒸汽经空冷岛冷却后的水温降到最合适的温度，在锅炉负荷一定的条件下，智能控制启动最少的轴流风机，使得风扇耗用最少的电能，以达到降低汽轮机背压，提高汽轮机效率的目的； 

2、采用吸收式制冷机技术，直接利用汽轮机排气乏热制冷，把冷空气输送到空冷岛轴流风机入风口，提高夏季空冷岛的热交换率。冬季，利用布置的大量传感器，自动产生控制信号实时控制每个轴流风机的方向与速度，防止冬季空冷岛凝汽器结冰，涨裂。

3、利用换热器与空冷岛进口热水进行热交换，不仅提高空冷岛的热交换效率，同时提高了乏热的利用率，也有效地控制了机组背压升高，彻底解决炎热夏季空冷机组的影响。

附图说明

图1为本发明的总体示意图；

图2为本发明的控制单元示意图；

图3为本发明的吸收式制冷机原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的智能空冷岛包括一个带有N个轴流风机2的空冷岛1（其中N大于2）、吸收式制冷机3、第一换热器4、第二换热器5、冷风风机6和控制单元7。汽轮机直接排出的乏热一路经过第一换热器4热交换后，进入空冷岛1的乏热入口。空冷岛1输出凝结水，进入吸收式制冷机3的入口。同时进入吸收式制冷机3入口的还有另一路汽轮机直接排出乏热，和经过第一换热器4热交换的乏热。

吸收式制冷机3吸收了汽轮机的乏热和空冷岛1凝结水的热量后，输出两路冷媒水，一路至第一换热器4，另一路至第二换热器5。第一换热器4设置在空冷岛1的乏热入口，它循环吸收式制冷机3输送的冷媒水，直接对汽轮机排出的乏热进行热交换，降低空冷岛1入口的温度；第二换热器5安装在空冷岛1的底部，它循环吸收式制冷机3输送的冷媒水，冷风风机6安装在第二换热器5下方，由冷风风机6把冷空气输送到空冷岛入风口，同时在空冷岛下形成局部正压风***，防止热风回流；或者第二换热器5安装在空冷岛的轴流风机2下部，利用轴流风机本身产生的风进行热交换；控制单元7与吸收式制冷机3、冷风风机6和空冷岛1电连接，用于采集锅炉负荷、风温风速、大气温度、环境风速、流量、温度等信息，自动产生控制信号，控制吸收式制冷机3、冷风风机6和空冷岛轴流风机2的运行。

如图2所示，本发明的控制单元7包括信息采集单元11和信息处理单元12，在控制过程中利用了空气动力学原理。信息采集单元11包括N个温度传感器8、N个流量传感器9、N个风温风速传感器10、锅炉负荷信息采集器13、大气温度传感器14、环境风速传感器15，其中N大于2。本发明的控制方法包括如下步骤：

温度传感器8设置在空冷岛汽轮机乏汽的入口、空冷岛凝结水的出口、空冷岛所有的凝汽器、吸收式制冷器的发生器和蒸发器、第一换热器、第二换热器上，用于测量温度；

流量传感器9设置空冷岛汽轮机乏汽的入口处、空冷岛凝结水管的出口、吸收式制冷器的发生器和蒸发器上，用于测量流量；

所述风温风速传感器10设置在轴流风机上、空冷岛的凝汽器与轴流风机之间、空冷岛的凝汽器的上部或轴流风机下部、在轴流风机与第二换热器之间及第二换热器的上部，用于测量空冷岛内部、上部、下部以及与第二换热器之间风的温度和风的速度；

锅炉负荷信息采集器13，与锅炉DCS***相连，用于采集汽轮机的锅炉负荷；大气温度传感器14用于采集大气的温度，环境风速传感器15用于采集环境的风速，它们可以被安放在空冷岛的外部，或其他适于采集大气温度、环境风速的地方。

通过在空冷岛、换热器、冷风风机、轴流风机、吸收式制冷器等处加装各类风速、空气温度等传感器，智能控制单元7的信息采集单元11把采集到的空冷岛、吸收式制冷机的入口、出口的温度、流量，空冷岛轴流风机的风温风速等数据，从锅炉DCS***直接取得的锅炉负荷参数，传到信息处理单元12。

信息处理单元12接收信息采集单元11的信息后，利用空气动力学原理，按照大气温度、锅炉负荷等参数测算出最佳的轴流风机控制方式，将其转换为控制每个空冷岛轴流风机变频器2运转的控制信号，冷风风机6以及吸收式制冷器的冷却水循环泵16的运行信号，分别控制空冷岛轴流风机变频器2的运行，控制吸收式制冷机的循环泵16、冷风风机6的运行。在大气温度一定和锅炉负荷一定的条件下，利用最少数量的轴流风机运行，使得空冷岛轴流风机耗用最少的电能，把发电机蒸汽经空冷岛冷却后的水温降到同一个温度，比如25℃，即把空冷岛出口水温降到最低。夏季大气温度较高时，吸收式制冷器手动启动，然后由控制单元智能控制。

如图3所示，本发明采用吸收式制冷器进行汽轮机乏热的再利用。所述制冷器主要由发生器3-3、冷凝器3-2、蒸发器3-5、吸收器3-4、换热器3-8、循环泵3-9、循环泵3-10、冷却塔3-1、节流阀3-6、节流阀3-7几部分组成。通常采用的制***液为：溴化锂水溶液、氨水溶液等。

吸收式制冷器运行过程中，发生器3-3连接电厂乏热，把电厂的乏热作为吸收式制冷器动力，例如溴化锂吸收式制冷机的加热蒸汽。当溴化锂水溶液在发生器3-3内受到乏热的加热后，溴化锂水溶液中的水不断汽化；随着水的不断汽化，发生器内的溴化锂水溶液浓度不断升高，高浓度的溴化锂水溶液通过循环泵3-9进入吸收器3-4；水蒸气进入冷凝器3-2，被冷凝器3-2内的冷却水降温后凝结，成为高压低温的液态水，当这些水通过节流阀3-6进入蒸发器3-5时，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目的；在此过程中，低温水蒸气进入吸收器，被吸收器内的溴化锂水溶液吸收，溶液浓度逐步降低，再由循环泵3-9送回发生器，完成整个循环。如此循环不息，连续制取冷量，通过冷媒水不断与外部交换能量。由于溴化锂稀溶液在吸收器内已被冷却，温度较低，为了节省加热稀溶液的热量，提高整个装置的热效率，在***中增加了一个换热器3-8，让发生器流出的高温浓溶液与吸收器流出的低温稀溶液进行热交换，提高稀溶液进入发生器的温度。冷却塔3-1设置在空冷岛夏季时的下风口，让轴流风机2把冷空气抽上去。

本发明利用空气动力学原理，建立智能控制模型，分别监测，协同控制，自动产生控制信号实时控制轴流风机的方向与速度，常年控制轴流风机耗用最少的电能，产生适量的有效风，把空冷岛的效率提高，夏季利用电厂的乏热，由吸收式制冷器产生冷气，直接输送到空冷岛入风口，可以同时直接与空冷岛热蒸汽冷热交换，并防止冬季空冷岛凝汽器结冰，涨裂。

1、降低厂用电量：空冷岛的控制单元只需要根据安装在空冷岛各处的传感器检测到的信号进行分析处理，并利用空气动力学测算出最佳的轴流风机控制方式，仅这就可以节省30%--40%的轴流风机用电量，一台600MW空冷发电机组约节省250万度。

2、降低机组背压：直接抽取汽轮机排汽，可以直接降低进入空冷散热器中的进汽量，还可以利用部分排汽量通过吸收式制冷机将其转变为冷源。冷源主要目的：①用以降低空冷散热器内部空气的温度，改善空冷岛环境温度场，减轻轴流风机负荷；②用以直接降低排汽温度；③用换热器与空冷岛回水进行热交换，降低回水温度，降低机组背压。

3、提高凝汽器真空度：在夏天(冷却水温度33℃，大气压力99kPa)以600MW机组额定负荷运行时，凝汽器真空89kPa，即背压等于10kPa(大气压力99kPa减真空89kPa)，真空泵入口气温略等于低压缸排汽温度46℃，安装冷却器投入运行后，真空泵入口气温下降至15℃，即下降了31℃.根据盖-吕萨克定律(体积不变时，一定量的气体的压力和温度成正比，即温度每升高或降低1℃，其压力也随之增加或减少其0℃时压力的1/273)计算得出，安装冷却器并投入运行后，凝汽器真空提高1.5kPa左右(真空度1.6%)。根据凝汽器真空度提高1%，煤耗降低1.97g/(kWh)，1台600MW机组年平均发电5000h计算，可节约煤炭9456t/年，按500元/t计算，节约发电成本472800元/年。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (4)

1.一种智能空冷岛，包括一个带有N个轴流风机的空冷岛,其中N大于2，其特征在于所述智能空冷岛还包括吸收式制冷机、第一换热器、第二换热器、冷风风机和控制单元，

所述吸收式制冷机的入口直接连接汽轮机排出的乏热或经过第一换热器热交换的乏热或空冷岛输出凝结水，用于吸收汽轮机排出的乏热或空冷岛输出凝结水的热量，输出冷媒水至第一换热器、第二换热器；

所述第一换热器设置在空冷岛的汽轮机乏热入口，用于直接对汽轮机乏热进行热交换，降低空冷岛入口的汽轮机乏热温度；

所述第二换热器设置在空冷岛的底部，用于在空冷岛的底部产生冷空气；

所述冷风风机设置在第二换热器下方，用于把第二换热器产生的冷空气输送到空冷岛底部；

所述控制单元与吸收式制冷机、冷风风机和空冷岛电连接；

所述控制单元包括信息采集单元和信息处理单元，所述信息采集单元包括N个温度传感器、N个流量传感器、N个风温风速传感器、锅炉负荷信息采集器、大气温度传感器、环境风速传感器。

2.根据权利要求1所述的智能空冷岛，其特征在于所述吸收式制冷机包括发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、换热器、循环泵、冷却塔，所述发生器与汽轮机输出乏热或空冷岛输出凝结水连接，所述的蒸发器连接第一换热器、第二换热器，所述冷却塔安装在空冷岛轴流风机下方。

3.根据权利要求1所述的智能空冷岛，其特征在于所述第二换热器设置在空冷岛轴流风机的下方。

4.一种智能空冷岛的控制方法，该方法包括以下步骤：

A、将信息采集单元的温度传感器设置在空冷岛汽轮机乏热的入口、空冷岛凝结水的出口、空冷岛所有的凝汽器、吸收式制冷器的发生器和蒸发器、第一换热器、第二换热器上，用于测量温度；将信息采集单元的流量传感器设置空冷岛汽轮机乏热的入口处、空冷岛凝结水管的出口、吸收式制冷器的发生器和蒸发器上，用于测量流量；将信息采集单元的风温风速传感器设置在冷风风机上、空冷岛的凝汽器与轴流风机之间、空冷岛的凝汽器的上部或轴流风机下部，用于测量空冷岛内部、上部、下部、冷风风机处风的温度和速度；将锅炉负荷信息采集器与锅炉DCS***相连，用于采集汽轮机的锅炉负荷；

B、信息采集单元通过温度传感器、流量传感器、风温风速传感器、锅炉负荷信息采集器、大气温度传感器、环境风速传感器，采集温度、流量、风的温度和速度、大气的温度、环境的风速数据以及锅炉负荷数据，并将这些数据传送给信息处理单元；

C、信息处理单元接收信息采集单元的数据后，将其变成控制信号，分别控制吸收式制冷机的循环泵、冷风风机和空冷岛的轴流风机的开、停运行。