火電機組節(jié)能降耗中熱工自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用分析

周志偉

火電機組節(jié)能降耗中熱工自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用分析

周志偉

（天津國電津能熱電有限公司 天津市 300459）

我國的火力發(fā)電廠是重要電力系統(tǒng)的組成部分，但是隨著生態(tài)環(huán)境污染問題的日益嚴重，需要對火電廠進行節(jié)能改造。本文就火力發(fā)電廠中熱工自動化技術(shù)進行分析。

火電機組；節(jié)能降耗；熱工自動化

1 引言

當前，節(jié)能降耗已經(jīng)成為了我國行業(yè)發(fā)展和升級改造的重點，為此我國電力企業(yè)也必須實施相應(yīng)的措施。電力企業(yè)在運行過程中需要煤作為支撐，作為我國的一項重要資源，煤的再生需要很長的歷史時間，一旦過度消耗，必定會對我國的可持續(xù)發(fā)展造成影響，同時，過度的能源消耗也會為電力企業(yè)經(jīng)濟效益的提高造成阻礙，因此，必須要做好節(jié)煤降耗措施。要通過熱工儀表及自動控制入手，去實現(xiàn)節(jié)煤降耗，這對于我國電力企業(yè)以及社會的發(fā)展均具有重要價值。

2 熱工自動化技術(shù)概述

各類的火力發(fā)電機組不斷的發(fā)展與成熟，造成了其內(nèi)部控制參數(shù)也產(chǎn)生了不斷的變化，變化過程豐富且復(fù)雜，為了實現(xiàn)發(fā)電機組的安全、經(jīng)濟、連續(xù)性等功能的運行，需要對其采取一起相關(guān)的措施，對于火電廠的復(fù)雜控制是熱工自動化技術(shù)得以推廣的重要內(nèi)容。對熱工自動化的傳感、控制等設(shè)備與其集成系統(tǒng)進行選進的軟件與設(shè)備功能的開發(fā)，對火電廠的自運行實現(xiàn)其自化動的監(jiān)測、調(diào)節(jié)、自運保護、順序控制等四個方面的主要功能。使用熱工自動化技術(shù)可以對火電廠的運行工況，與其運行的參數(shù)，進行起停是的狀況等進行自動的監(jiān)測與自動的檢查，這樣可以保證在狀況產(chǎn)生時，可以通過自動的方式進行自我的保護與處理，保證其運行中的安全與連續(xù)性，對于發(fā)電廠的經(jīng)濟性進行有效的保障，減少因故障與異常所造成的火電廠的生產(chǎn)停止，造成社會與經(jīng)濟問題的產(chǎn)生。所以熱工自動化在火電廠的運行中具有重要的作用。

3 影響火電機組能耗的因素

火電機組運行過程中，火電機組煤耗是評價機組運行效率以及整體性能的重點指標。影響火電機組煤耗的因素有很多，相應(yīng)有效的解決這一問題，就必須要加大力度做好對影響因素的分析工作，這樣才能從每一種因素出發(fā)，去將節(jié)煤降耗的工作做到最好。①鍋爐能耗。通常來說，將鍋爐的效率視作其能耗指標，主要反映鍋爐的實際能耗，其中的關(guān)鍵因素有：排煙熱損失、化學不完全燃燒熱損失、機械不完全燃燒熱損失、散熱損失、灰渣物理熱損失等，主要影響參數(shù)包括排煙溫度、飛灰含碳質(zhì)量分數(shù)、煙氣含氧質(zhì)量分數(shù)、漏風率等。其中由于排煙熱損失受到了排煙氧質(zhì)量分數(shù)以及排煙溫度的影響，所以它的影響最大，下以600MW機組為例，排煙溫度和排煙氧質(zhì)量分數(shù)對機組煤耗的影響見表1所示。②汽輪機能耗。火電設(shè)備機組的另外一個重要組成部分。汽輪機的工作情況也是重點關(guān)注的對象。火電設(shè)備機組中的汽輪機是將熱能轉(zhuǎn)化為電能的中樞設(shè)備，其是火電廠生產(chǎn)效率的關(guān)鍵瓶頸，一般來說常用的評價汽輪機能耗的指標有熱端效率、冷端效率、通流效率等。具體的來說冷端效率對汽輪機整體能耗有著重大影響，這就使得在日常的工作中應(yīng)該定期檢查凝氣器的工作狀態(tài)，確保凝結(jié)水的過冷度?；責嵯到y(tǒng)也是影響汽輪機能耗的主要因素，其主要作用是提高汽輪機利用水蒸氣的效率，由于水蒸氣不可避免的在循環(huán)過程中損失，所以補水器就成為回熱系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。以600MW機組為例，主汽壓力和主汽溫度對機組煤耗的影響見表2所示。③廠用電?；痣姀S雖然是發(fā)電單位，但是其很多輔助發(fā)電設(shè)備也是需要用電才能完成驅(qū)動的，最為主要的用電設(shè)備有磨煤機、排粉機、鼓風機等等。雖然說這些設(shè)備并不會對環(huán)境造成破壞，但是由于其也需要電力供應(yīng)，就會使得火電設(shè)備機組的整體發(fā)電效果受到影響。

4 火電機組節(jié)能降耗中熱工自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1 鍋爐燃燒過程的控制

就當前的鍋爐燃燒過程的控制工作來看，熱工自動控制系統(tǒng)的作用主要體現(xiàn)在如下幾個方面：①通過實時分析鍋爐燃燒參數(shù)，然后由經(jīng)驗豐富的鍋爐管理員來對鍋爐燃燒情況進行及時調(diào)整；②通過構(gòu)建鍋爐實時監(jiān)控系統(tǒng)，采用機械化方式來對鍋爐燃燒參數(shù)進行實時采集和分析，然后為進一步采取鍋爐燃燒調(diào)整策略提供數(shù)據(jù)支撐；③通過智能算法來對鍋爐燃燒參數(shù)進行智能分析，然后根據(jù)實際情況對鍋爐燃燒過程進行精細化控制。上述三類方法是在不同技術(shù)條件下產(chǎn)生的，而鍋爐燃燒過程的智能控制無論是在降低污染排放和鍋爐管理員勞動強度，還是在提高火電廠鍋爐運行效率和綜合經(jīng)濟效益等方面，都具有顯著優(yōu)勢。

表1 排煙溫度和排煙氧質(zhì)量分數(shù)對鍋爐煤耗的影響

表2 主汽壓力和主汽溫度對機組煤耗的影響

4.2 鍋爐過熱汽溫的控制

受到過量空氣系數(shù)、鍋爐負荷變化、燃燒種類、受熱面污染情況及燃燒量的變化等多種因素的影響，鍋爐過熱汽溫具有非線性、時變等特性，導(dǎo)致其自動控制難度較大。隨著火電廠鍋爐機組朝大容量和高參數(shù)的方向不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的過熱汽溫控制（如采用導(dǎo)前汽溫微分信號的雙回路汽溫控制系統(tǒng)、串級過熱汽溫控制系統(tǒng)等）效果愈發(fā)不理想，為此人們考慮將智能控制引入到汽溫控制系統(tǒng)中來，從而提高過熱蒸汽控制系統(tǒng)的品質(zhì)。

4.3 鍋爐給水全程的控制

給水系統(tǒng)的穩(wěn)定也是實現(xiàn)火電機組節(jié)能降耗的關(guān)鍵所在?，F(xiàn)階段不少單元火電機組都廣泛采用一段式或兩段式給水全程控制系統(tǒng)，雖然它們基本能夠滿足鍋爐正常運行狀態(tài)時的生產(chǎn)要求，但在鍋爐啟停過程中，大型鍋爐的水位經(jīng)常表現(xiàn)出較大的非線性和時變性，因此很難構(gòu)建系統(tǒng)精確的數(shù)學模型來獲得較高的控制品質(zhì)。例如，某電廠一、二期共5臺機組于20世紀80年代及90年代陸續(xù)投產(chǎn)。受當時自動化和投資水平的限制，電廠各輔助車間的控制均按車間集中控制的模式設(shè)置，運行人員在集控室內(nèi)通過常規(guī)儀表盤柜對系統(tǒng)設(shè)備進行監(jiān)視與操作。循環(huán)水泵系統(tǒng)的控制采用常規(guī)儀表和大量的后備硬手操實現(xiàn)。這樣的模式存在如下缺點：設(shè)備經(jīng)過多年的使用，目前已經(jīng)陳舊、老化，有的還被淘汰，備品備件稀缺；由于系統(tǒng)采用常規(guī)儀表和繼電器接線，造成運行人員操作監(jiān)視范圍大、勞動強度大、控制系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備維護工作量大等問題，其自動化水平不能適應(yīng)電廠運行管理水平的要求；回路邏輯設(shè)計呆板，難以進行后期優(yōu)化改；系統(tǒng)自動化程度低，運行效率低。對此，該電廠進行了優(yōu)化改造，采用帶液晶監(jiān)視器（LCD）顯示的上位機（工控機）和PLC構(gòu)成的自動控制系統(tǒng)來實現(xiàn)對整個循環(huán)水工藝系統(tǒng)的控制。每臺泵配置1套PLC設(shè)備（一、二期循環(huán)水泵12臺），通過對PLC進行程序組態(tài)、邏輯優(yōu)化、參數(shù)修正后，使其對數(shù)據(jù)實現(xiàn)輸入掃描、處理與邏輯運算、輸出掃描，以控制現(xiàn)場設(shè)備；運行人員通過操作員站與PLC設(shè)備進行數(shù)據(jù)通信，對循環(huán)水系統(tǒng)進行監(jiān)視和控制。運行人員對整個循環(huán)水工藝系統(tǒng)的控制和操作通過監(jiān)視器、鍵盤以及鼠標來完成，不再設(shè)置常規(guī)控制儀表盤。PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

5 結(jié)束語

總之，電廠熱工自動化技術(shù)屬于一種新興技術(shù)，其具有一定復(fù)雜性，要想在電廠中更好的應(yīng)用這項技術(shù)，國家必須重視該技術(shù)的研發(fā)，加大相關(guān)領(lǐng)域的資金投入，不斷進行技術(shù)創(chuàng)新。這樣熱工自動化技術(shù)的發(fā)展才會越來越好，熱工自動化技術(shù)才能為電廠實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益以及生態(tài)效益保駕護航，才能促進我國電力事業(yè)的長期、健康可持續(xù)發(fā)展。

[1]劉武林，劉復(fù)平，胡雄輝，等.熱工自動控制對600MW火電機組節(jié)能降耗的影響[J].中國電力，2010，43（10）：44～47.

[2]馬瑞，高靜.火力發(fā)電廠自動邏輯創(chuàng)新優(yōu)化對機組安全節(jié)能可靠的應(yīng)用[J].自動化博覽，2013（10）：52～55.

[3]楊桂鋒.火電廠600MW機組熱工自動化控制對節(jié)能降耗的影響分析[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)（月刊），2015（7）：176.

TM611

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1004-7344（2016）33-0089-02

2016-10-28

周志偉（1982-），中級工程師，本科，主要從事熱控工作。