熱工優(yōu)化控制在火電廠節(jié)能中的應(yīng)用

崔 馨，崔 敏

（西安和利時(shí)系統(tǒng)工程有限公司，陜西 西安 710000）

0 引 言

在我國(guó)的電能總量中，超過(guò)70%的電能來(lái)自于火電廠。在火電廠運(yùn)行過(guò)程中，煤炭是主要的燃料類(lèi)型。但是，由于煤炭燃燒會(huì)釋放大量的二氧化硫與二氧化碳?xì)怏w，嚴(yán)重污染我國(guó)的環(huán)境，而二氧化碳也是產(chǎn)生溫室效應(yīng)的主要根源。因此，為了保護(hù)全球環(huán)境，我國(guó)提出了經(jīng)濟(jì)升級(jí)與轉(zhuǎn)型，不斷調(diào)整自身的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展可持續(xù)化低碳經(jīng)濟(jì)。

1 熱工優(yōu)化控制概述

煤炭資源的消耗巨大，但是資源消耗的程度卻不能與發(fā)電廠的發(fā)電率成正比。我國(guó)發(fā)電廠的現(xiàn)狀與國(guó)外的六七十年代的發(fā)達(dá)國(guó)家水平相當(dāng)。究其原因，主要存在鍋爐線率不高等問(wèn)題。因此，在火電發(fā)電廠運(yùn)行過(guò)程中，必須采取合理措施，才能有效控制影響火力發(fā)電廠的各類(lèi)因素。但是，由于我國(guó)電力事業(yè)的不斷發(fā)展，當(dāng)下的火電發(fā)電廠已經(jīng)不能滿足人們對(duì)節(jié)能減排的要求。因此，在現(xiàn)代化信息高度普及的情況下，火力發(fā)電廠逐漸向地洞滑閥箱發(fā)展。其中，熱工優(yōu)化控制系統(tǒng)根據(jù)熱力學(xué)定律，在火電發(fā)電廠運(yùn)行中可合理控制發(fā)電過(guò)程的溫度等參數(shù)，從而使火力發(fā)電廠實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

2 傳統(tǒng)火電廠存在的問(wèn)題

2.1 建筑能耗大

在傳統(tǒng)的火力發(fā)電廠建筑中，由于發(fā)電廠廠房的隔熱性能和廠房的門(mén)窗氣密性較差，因此發(fā)電廠的采暖設(shè)備設(shè)置不夠合理，導(dǎo)致火力發(fā)電廠整體能源的利用率較低，與國(guó)家提出的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)相差較大。在我國(guó)，因?yàn)槟媳狈降臍夂虼嬖谝欢ú町?，所以在建設(shè)廠房維護(hù)設(shè)計(jì)過(guò)程中，南方地區(qū)的火電廠廠房普遍不需要進(jìn)行保溫設(shè)計(jì)，外圍一般采用單層鋼板，而北方地區(qū)火電廠的廠房需要在外圍進(jìn)行保溫設(shè)計(jì)，一般采用雙層且?jiàn)A層有保溫層的鋼板。在相應(yīng)的鍋爐房中，一般根據(jù)南北差異會(huì)采用敞開(kāi)式或者封閉式的維護(hù)結(jié)構(gòu)。從節(jié)省能源的角度來(lái)看，火電廠應(yīng)該將鍋爐放在廠房?jī)?nèi)，因?yàn)檫@樣有利于回收利用鍋爐余熱。

在主廠房建設(shè)過(guò)程中，主廠房的外窗設(shè)計(jì)主要需滿足室內(nèi)的采光需求和廠房的通風(fēng)需求。此外，外窗設(shè)計(jì)也影響了廠房的整體造型設(shè)計(jì)[1]。在我國(guó)，建設(shè)火電廠時(shí)，廠房一般為了建筑的立面美感，會(huì)采用大面積的玻璃窗。很多廠房設(shè)計(jì)中，玻璃面的面積甚至?xí)_(dá)到50%，從而忽略了窗戶在整體結(jié)構(gòu)中造成熱損失的最大部位，門(mén)窗不嚴(yán)實(shí)等現(xiàn)象會(huì)在很大程度上導(dǎo)致熱量喪失。此外，由于很多火力電廠中沒(méi)有合理利用鍋爐房產(chǎn)生的熱量，使其自由排放而影響機(jī)器的工作效率。

2.2 運(yùn)營(yíng)管理不規(guī)范

在火力電廠運(yùn)行過(guò)程中，除了電力設(shè)備產(chǎn)生的能源消耗外，廠區(qū)內(nèi)部的運(yùn)營(yíng)維護(hù)、用電等問(wèn)題尚未得到有效管理，使得電能、水資源等產(chǎn)生不同程度的浪費(fèi)。例如，在我國(guó)，火力發(fā)電廠有很多設(shè)備用房沒(méi)有人值班卻燈火通明，嚴(yán)重浪費(fèi)了電能資源。這些現(xiàn)象的產(chǎn)生很大程度上是由于發(fā)電廠的管理不善造成的，因此火力發(fā)電廠的運(yùn)營(yíng)管理當(dāng)前亟待改善。

3 火電廠能耗影響因素

3.1 鍋爐方面

在火力發(fā)電廠中，造成能源消耗的主要原因是鍋爐的燃燒率較低?；鹆Πl(fā)電廠發(fā)電過(guò)程中，鍋爐設(shè)備是發(fā)電廠最消耗能量的部分。在鍋爐設(shè)備進(jìn)行煤炭燃燒的過(guò)程中，常常存在能量損失情況，這與鍋爐設(shè)備中漏風(fēng)、漏粉等有著直接關(guān)系。造成鍋爐設(shè)備泄露的原因主要有以下幾個(gè)方面。第一，鍋爐設(shè)備中應(yīng)該進(jìn)行徹底燃燒的氣體與固體沒(méi)有進(jìn)行充分燃燒。第二，鍋爐設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生了熱損失。第三，在對(duì)鍋爐設(shè)備進(jìn)行煙塵等排除的過(guò)程中造成了熱損失。以上三點(diǎn)是造成鍋爐設(shè)備能量損失的主要因素。在鍋爐設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，只有保障鍋爐的內(nèi)部能夠進(jìn)行穩(wěn)定燃燒，才能使蒸汽參數(shù)趨于穩(wěn)定，才能保障火電廠機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.2 汽輪發(fā)電機(jī)方面

火力發(fā)電廠運(yùn)行過(guò)程中，能耗問(wèn)題會(huì)受到高壓加熱器、氣溫等多方面因素的影響。例如，在汽輪機(jī)中，噴嘴與葉片在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定程度的摩擦，導(dǎo)致葉片的頂部發(fā)生漏氣等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致汽輪機(jī)在轉(zhuǎn)換熱能的過(guò)程中，蒸汽并不能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)功。在火力發(fā)電廠中，較常見(jiàn)的汽輪機(jī)設(shè)備是噴嘴配汽車(chē)定壓。汽輪機(jī)的進(jìn)油量多是有其調(diào)節(jié)閥門(mén)進(jìn)行控制。在汽輪機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中，由于調(diào)解閥門(mén)在特定范圍內(nèi)產(chǎn)生的節(jié)流損失始終存在，尤其汽輪機(jī)在低負(fù)荷情況下，調(diào)節(jié)氣門(mén)的開(kāi)啟次數(shù)變小將導(dǎo)致產(chǎn)生的損失變大，甚至?xí)鲆欢ǖ亩▔哼\(yùn)行參數(shù)，導(dǎo)致火力發(fā)電廠在運(yùn)行過(guò)程中能量消耗變大。

4 熱工控制系統(tǒng)在火電廠節(jié)能降耗工作中的作用

4.1 熱工控制系統(tǒng)降低鍋爐能耗

在鍋爐效率影響因素中，最重要的因素是排煙熱損失。如果在鍋爐運(yùn)行中運(yùn)用熱工控制系統(tǒng)，那么將很大程度地控制鍋爐的排煙溫度和排煙氧量，避免鍋爐產(chǎn)生熱損失現(xiàn)象。此外，在汽輪機(jī)設(shè)備中運(yùn)用熱工控制系統(tǒng)，從而調(diào)整汽輪機(jī)調(diào)門(mén)運(yùn)行方式，能夠有效避免汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)產(chǎn)生故障而造成節(jié)流損失等情況。可見(jiàn)，熱工控制系統(tǒng)的使用，很大程度上降低了火力發(fā)電廠的能耗，有利于火電廠可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的達(dá)成。

4.2 熱工控制系統(tǒng)在火電廠機(jī)組節(jié)能減排中的作用

熱工優(yōu)化控制系統(tǒng)在火電廠機(jī)組節(jié)能減排中的作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

第一，送風(fēng)控制。在火電廠中，電廠機(jī)組的送風(fēng)量直接影響風(fēng)煤比，從而造成火電廠的鍋爐內(nèi)部產(chǎn)生空氣變化，影響鍋爐燃燒的效率。只有火電廠機(jī)組的送風(fēng)量能夠達(dá)到一個(gè)最佳值，才能確?；痣姀S鍋爐的熱損失值降到最低。因此，在火電廠運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)熱工控制系統(tǒng)可以控制機(jī)組與鍋爐中的氧量，提高鍋爐整體的燃燒效率，提升火力發(fā)電廠的整體運(yùn)行效率。

第二，控制磨煤機(jī)溫度。為了火力發(fā)電廠中的鍋爐正常運(yùn)行，必須限制磨煤機(jī)的出口溫度。因此，在磨煤機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，一定要添加一定比例的冷風(fēng)。只有這樣，才能減少空頂器的風(fēng)量。因此，在保證鍋爐能夠正常運(yùn)行的情況下，要有效控制磨煤機(jī)的出口溫度[2]。在磨煤機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，如果送風(fēng)量變低，那么磨煤機(jī)的排煙溫度將升高，這時(shí)磨煤機(jī)一定要在實(shí)際負(fù)荷下設(shè)計(jì)風(fēng)量，然后通過(guò)合理的設(shè)置參數(shù)減少鍋爐的熱損失、機(jī)械不完全燃燒的損失等，最后有效降低鍋爐中的能耗。

第三，控制主蒸汽壓力。火力發(fā)電廠的機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中，由于不同煤種之間的燃燒效率不同，鍋爐的燃燒效率也不盡相同。所以，控制系統(tǒng)需要根據(jù)機(jī)組的情況及時(shí)調(diào)整參數(shù)，確定閥門(mén)的開(kāi)度，最終優(yōu)化主汽壓力，保障火力發(fā)電廠機(jī)組運(yùn)行具有經(jīng)濟(jì)性。

第四，控制主汽溫度。在火電廠的機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，如果主汽溫度過(guò)高，那么很大程度上將會(huì)增加機(jī)組負(fù)荷，影響機(jī)組的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至產(chǎn)生爆管現(xiàn)象，從而影響機(jī)組的整體安全性能。通過(guò)熱工優(yōu)化控制系統(tǒng)優(yōu)化主汽溫度，可使溫度趨于穩(wěn)定，大幅提升機(jī)組的運(yùn)行效率。

5 結(jié) 論

在火力發(fā)電廠運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)熱工優(yōu)化控制系統(tǒng)，能夠有效提高鍋爐設(shè)備中的燃煤效率，有效提升火電廠機(jī)組的發(fā)電效率，降低煤炭的消耗量。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和現(xiàn)代化信息的快速普及，很多自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用于火力發(fā)電廠，極大促進(jìn)了火力發(fā)電廠向更智能化的方向發(fā)展，提高電廠的運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電廠節(jié)能減排的目標(biāo)。