一種應用于直接空冷系統中的輔助冷卻裝置及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及直接空冷式火力發電廠的輔助冷卻裝置，具體涉及輔助冷卻裝置的構 成及其控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著國家建設資源節約型社會目標的確定，考慮到空冷機組相比濕冷機組在節水 方面的巨大優勢，近幾年來空冷機組在建設數量及單機容量方面都得到了飛速的發展。由 于空冷機組沒有逸出水霧、不產生淋水噪音，減輕了對環境的污染，同時廢水排放明顯減 少，甚至可以實現零排放，對當地水體的污染減少。在我國這樣一個人均水資源低于世界平 均水平的缺水國家發展空冷技術是解決水源短缺矛盾的較好方法。
[0003] 目前，大部分直接空冷系統并未設計輔助冷卻裝置，但由于空冷機組大多位于位 置偏僻的西北地區，外界環境多變，經常由于外界環境的惡化（如長時間的高溫天氣）引發 空冷效果變差從而導致機組無法維持高負荷運行的情況，帶輔助冷卻裝置的空冷系統是指 在汽輪機排汽通向空冷島之前先經過輔助冷卻裝置，然后再進入空冷島進行冷卻，利用輔 助冷卻裝置的預冷卻作用來應對外界極端環境對空冷系統的熱負荷沖擊，提高機組運行的 經濟性。
[0004] 另外，輔助冷卻系統相關優化控制是實現輔助冷卻裝置冷卻效果的關鍵，但目前 缺少相關的控制方案。

【發明內容】

[0005] 為解決現有技術存在的不足，本發明公開了一種應用于直接空冷系統中的輔助冷 卻裝置及其控制方法。本發明針對直接空冷系統由于外界環境多變，環境惡化（如長時間 的高溫天氣）導致空冷島冷卻效果變差機組無法維持高負荷運行的問題，通過在直接空冷 系統中增加輔助冷卻裝置的方式來解決，提高了機組應對復雜工況的能力同時增加了機組 調節的靈活性。
[0006] 為實現上述目的，本發明的具體方案如下：
[0007] -種應用于直接空冷系統中的輔助冷卻裝置，包括換熱裝置、冷卻塔及循環水泵， 所述換熱裝置、冷卻塔及循環水泵依次相連且循環水泵還與換熱裝置相連，換熱裝置的入 口還與直接空冷系統中的汽輪機相連，循環水泵還與直接空冷系統中的空冷島相連；
[0008] 所述換熱裝置將汽輪機排出的汽體與來自循環水泵的冷卻水進行熱交換降溫，經 過換熱裝置的冷卻水再次經過冷卻塔進行進一步的降溫，循環水泵將冷卻水再次輸送至換 熱裝置。
[0009] 作為上述方案的進一步的改進，所述循環水泵還與變頻裝置相連，所述換熱裝置 的進出口均設有溫度測量元件，所述溫度測量元件及變頻裝置均與控制器相連。本發明采 用循環水泵為冷卻水提供循環動力，冷卻水在依次通過換熱裝置、冷卻塔后再次被送入換 熱裝置從而完成冷卻水的循環流動。
[0010] 在進一步的控制方案中，所述控制器根據換熱裝置出口的蒸汽溫度，通過變頻器 控制循環水泵的轉速從而控制冷卻水循環流量達到調節輔助冷卻裝置換熱負荷的目的。 [0011] 優選的，所述換熱裝置為圓筒形或方形結構。
[0012] 進一步的，利用上述輔助冷卻裝置的控制方法，具體包括以下步驟：
[0013] 步驟一：將溫度測量元件采集的換熱裝置的汽體出口處的溫度測量值送入控制器 進行處理；
[0014] 步驟二：控制器處理后的溫度測量值送入滯后模塊進行滯后處理；
[0015] 步驟三：溫度設定值與經過滯后模塊的溫度測量值的偏差進入比例積分微分PID 控制器進行處理；
[0016] 步驟四：比例積分微分PID控制器經過計算后輸出變頻器轉速指令，用于控制循 環水泵的轉速。
[0017] 進一步的，所述步驟三中，當換熱器出口溫度高于溫度設定值時，PID計算輸出增 大，加快循環水泵的轉速，以達到提高換熱效率的目的；
[0018] 當換熱器出口溫度低于溫度設定值時，PID計算輸出減小，減小循環水泵的轉速， 達到提高輔助冷卻裝置經濟性的目的。
[0019] 若發生異常工況的情況下為了能夠實現快速的調節作用，在異常工況出現的時候 PID控制器的前饋環節啟動加速調節的作用。因此，進一步的，所述步驟三中增加前饋信號 作為比例積分微分PID控制器的前饋環節，當PID算法塊接受到前饋信號時，加大輔助冷卻 系統中的循環水泵的轉速輸出。
[0020] 更進一步的，所述前饋信號為外界條件滿足室外溫度高于設定溫度且持續時間大 于設定時間的信號。
[0021] 當前饋環節觸發判斷條件滿足時，判斷條件輸出真值"1"觸發功能函數F(X)，功 能函數的輸出直接引入比例積分微分PID控制器的前饋環節。
[0022] 所述功能函數F (X)具體為：輸入真值為"0"時，功能函數F (X)為0,輸入真值為 "1"時，功能函數F (X)為15。
[0023] 當外部運行條件持續惡化時，為了防止空冷島冷凝效果下降、此時可以投入輔助 冷卻裝置。但是當外界條件極度惡化而造成空冷島及輔助冷卻裝置的冷卻能力無法維持機 組經濟運行時必須加強輔助冷卻裝置的冷卻效果。本方案針對不同的外界條件加入了根據 外界條件所生成的前饋環節，確保了外部環境惡化工況下輔助冷卻裝置的冷卻性能。
[0024] 本發明的有益效果：
[0025] 本發明針對直接空冷系統由于外界環境多變，環境惡化（如長時間的高溫天氣） 導致空冷島冷卻效果變差機組無法維持高負荷運行的問題，通過在直接空冷系統中增加輔 助冷卻裝置的方式來解決，提高了機組應對復雜工況的能力同時增加了機組調節的靈活 性。
[0026] 本發明在發生惡劣天氣工況下通過加強空冷系統中的輔助冷卻裝置的冷卻效果 來達到維持機組穩定運行的目的，同時針對極端惡劣工況下提高循環水泵的轉速控制輸 出，從而最大限度的保證機組的安穩高效運行。
【附圖說明】
[0027] 圖1直接空冷系統的簡略布置；
[0028] 圖2帶有輔助冷卻裝置的空冷系統的簡略布置；
[0029] 圖3帶有輔助冷卻裝置的空冷系統工藝流程方案；
[0030] 圖4輔助冷卻系統工作原理圖；
[0031] 圖5輔助冷卻系統的工作循環圖；
[0032] 圖6換熱裝置示意圖；
[0033] 圖7輔助冷卻系統的控制方案示意圖。
【具體實施方式】：
[0034] 下面結合附圖對本發明進行詳細說明：
[0035] 如圖1所示，直接空冷系統是指汽輪機的排汽直接用空氣來冷凝。其工藝流程為 汽輪機排汽經排汽管道流向空冷凝汽器，排汽管道通過分支管流至空冷凝汽器的配汽聯 箱。配汽聯箱位于空冷凝汽器的頂部，向翅片管束分配蒸汽，外界冷空氣被空冷風機吸入后 流過翅片管外表面，將汽輪機排汽所攜帶的熱量帶走，從而使排汽凝結為水。凝結水再經凝 結水泵升壓后作為機組給水，完成水汽的循環。直接空冷系統亦可以稱為空氣冷卻凝汽器 系統。它應用了直接空冷技術裝備，將相關設備連接在一起，構成了火力發電廠熱力系統的 冷卻系統。
[0036] 帶有輔助冷卻裝置的空冷系統的構成由常規的空冷系統和輔助冷卻裝置構成，帶 輔助冷卻裝置的空冷系統是指在汽輪機排汽通向空冷島之前先經過輔助冷卻裝置，然后再 進入空冷島進行冷卻。其簡略的布置圖如圖2所示，工藝流程方案如圖3所示。
[0037] 如圖4、圖5、圖6所示，輔助冷卻裝置的工作流程如下：汽輪機排汽首先進入輔助 冷卻裝置，輔助冷卻裝置由換熱裝置、冷卻塔、循環水泵及用于連接三者之間的相關管道、 變頻器構成。
[0038] 所述換熱裝置用于完成蒸汽與冷卻水的熱交換。其工作原理是汽輪機排汽進入換 熱裝置的殼程進而充滿換熱裝置的內部空間，換熱裝置內部的換熱管橫穿前后基板，換熱 管內部流動冷卻水，即冷卻水流過換熱裝置的管程，通過換熱管內冷卻水的循環流動達到 冷卻換熱裝置內部蒸汽的目的。結構可采用圓筒形或方形結構，只要熱負荷交換能力需要 滿