热工 469 直接空冷机组背压优化及控制策略研究 中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司，李涛、刘新龙、徐斌、申景军、郑冠捷 摘要：与传统水冷机组相比，直接空冷机组具有显著的节水效果。本文建立了空冷凝汽器的简化数学模型，结合 电厂实例对影响空冷机组背压的各因素进行了分析，同时结合先进的控制策略，将量子遗传算法应用于直接空冷机组的 背压优化，实现背压调节回路中设定值的自动给定，并据此优化 PID 控制策略，从而在空冷机组厂用电和机组效率找到 最佳平衡点，改善空冷凝汽器的控制性能，保证凝汽器的高效工作，提高机组的运行经济性，达到节能降耗的目的。 关键词：背压优化；变工况；控制算法；控制策略；PID；仿真 1 引言 近年来，我国大容量、高参数的火力发电机组 装机容量不断增加，不仅消耗大量的一次能源，同 时也消耗大量的水资源。直接空冷机组作为火力发 电工程中的一种新的节水途径，与传统水冷形式相 比，可以节水 65% 以上 [1]。随着直接空冷技术的发 展，近几年来在我国“富煤缺水”地区以及北方干 旱地区，新建及投产机组大多为直接空冷机组，这 样既可以缩减煤炭的运输距离，又可以大大减少水 资源的消耗 [2]。 直接空冷机组的空冷凝汽器是通过风机强制空 气对流带走汽轮机排汽的热量，并且将汽轮机排汽 凝结成水。在理论上，提高冷凝器的真空度对改善 循环的热效率总是有利的。空冷风机为了保证凝汽 器换热，确保机组背压，需要消耗相当一部分厂用 电；当机组背压过高时，空冷风机消耗的电量相对 较少，但此时汽轮发电机组效率较低，经济性较差； 当机组背压过低时，空冷风机消耗的电量非常大， 机组效率提高带来的好处不足以抵消空冷风机电量 的消耗，经济性并不在最优点；因此直接空冷机组 凝汽器运行存在一个最佳点，在此点时，直接空冷 机组运行在最优的状态。通过对直接空冷机组优化 运行状态的研究，有利于更好的指导运行人员进行 空冷机组的运行操作，同时对空冷系统控制策略的 优化意义重大。 本文建立了空冷凝汽器系统简化的变工况数学 模型，对影响排汽压力的各因素进行了分析，得出 直接空冷系统经济运行的背压的优化算法，同时结 合先进的控制策略，提出了空冷风机的运行优化控 制方案，从而提高机组的运行经济性。 2 直接空冷机组最佳背压的确定及控制方法 2.1 直接空冷凝汽器变工况数学模型 凝汽器是直接空冷机组重要的组成部分，直接 空冷凝汽器真空的高低直接关系到整个机组运行的 安全性和经济性。直接空冷机组凝汽器真空受许多 因素的影响，如机组负荷（排汽热负荷） 、凝汽器入 口空气温度、凝汽器迎风面风速等. 直接空冷凝汽器变工况计算是进行空冷机组冷 端运行优化的基础。空冷凝汽器变工况计算是在已 知凝汽器进口蒸汽参数及进口空气参数的条件下计 算排汽压力。直接空冷凝汽器的变工况特性一般采 用传热单元数法ε-NTU 进行研究计算 [3]。 凝汽器管内蒸汽的凝结放热量为 [4]： () nnnsn QD hh （2-1） 式中： n Q——管内蒸汽凝结放热量，kW； n D——汽轮机排汽量，kg·s -1； sn h——空冷凝汽器的凝结水焓，kJ·kg -1； n h——汽轮机排汽焓，kJ·kg -1；