節(jié)能減排理念下的火電廠熱工自動(dòng)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用

周杰

摘要：火電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，涉及多種設(shè)備，具有非線性、無(wú)規(guī)律、不易控制等特點(diǎn)，因此，無(wú)法有效建立相關(guān)的線性函數(shù)模型。PID雖然是火電廠控制系統(tǒng)中應(yīng)用較多的一種模型，但是容易受到多種因素的影響，整定效果并不理想，同時(shí)在參數(shù)設(shè)定方面也缺乏一定的規(guī)范性，難以滿足火電廠熱工自動(dòng)化的控制要求。而智能控制作為一種全新的高新控制技術(shù)，在火電廠熱工自動(dòng)化中具有良好的應(yīng)用效果。智能控制技術(shù)具有多樣化、開(kāi)放化等特點(diǎn)，能夠針對(duì)控制對(duì)象的多樣性、不確定性等采取合適的方法進(jìn)行控制。

關(guān)鍵詞：火電廠;熱工自動(dòng)化控制技術(shù);節(jié)能

引言

火電廠目前在我國(guó)，是重要的一種電力能源產(chǎn)生的地方。電力關(guān)系到國(guó)民的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，百姓的日常生活，對(duì)人們的影響非常巨大，因此，作為電力能源的主要來(lái)源，火電廠有著舉足輕重的角色?；痣姀S的自動(dòng)化控制水平，也直接影響火電廠電力的輸出，尤其是當(dāng)下人們?cè)诠?jié)能排放越來(lái)越重視，如何提高火電廠的效率，是很多企業(yè)致力于研究的一個(gè)課題。自動(dòng)控制的出現(xiàn)，尤其是近年來(lái)智能技術(shù)的出現(xiàn)，推動(dòng)了工業(yè)發(fā)生了變革，以火電廠為例，以往低效率，高能耗的一些工藝，正在被各種智能控制技術(shù)代替，不僅節(jié)約了人力，更重要的是，通過(guò)智能控制，使得發(fā)電的效率達(dá)到最高。

1火電廠能耗影響因素

1.1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。

1.2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)備是噴嘴配汽車定壓。汽輪機(jī)的進(jìn)油量多是有其調(diào)節(jié)閥門進(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。

2火電廠熱工自動(dòng)化控制新技術(shù)

2.1自動(dòng)檢測(cè)控制技術(shù)

由于這幾年自動(dòng)化和智能技術(shù)的飛速發(fā)展，使各行各業(yè)都受益于此?；痣姀S的生產(chǎn)也是如此，以往機(jī)組的設(shè)備參數(shù)只能靠多次的嘗試調(diào)整，無(wú)法保證設(shè)備的最有參數(shù)，在機(jī)組工作中也無(wú)法進(jìn)行參數(shù)的記錄和分析。隨著自動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，儀表檢測(cè)的智能化也走入了企業(yè)。儀表檢測(cè)的智能化，意味著在火電廠的機(jī)組工作中，能自動(dòng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程和設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)各種參數(shù)，并且對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到后續(xù)的發(fā)展趨勢(shì)，為后續(xù)的自動(dòng)操作、設(shè)備工藝的調(diào)整提供依據(jù)。

2.2自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)

火電廠的發(fā)電過(guò)程，工藝復(fù)雜，機(jī)組設(shè)備繁多，各個(gè)環(huán)節(jié)都要做到萬(wàn)無(wú)一失才能保證火電廠的安全運(yùn)行。在機(jī)組的整個(gè)運(yùn)行中，氣溫的維持也非常重要，技術(shù)人員畢竟不能做到全天24h時(shí)時(shí)刻刻在確認(rèn)，也不能做到所有的參數(shù)都去確認(rèn)，這樣不僅工作量非常巨大，而且，機(jī)組在工作時(shí)，有些參數(shù)的確認(rèn)以及調(diào)整也是非常不方便，如鍋爐內(nèi)的溫度。由于鍋爐內(nèi)是一個(gè)非常特殊的環(huán)境，它的氣溫時(shí)變性比較強(qiáng)。過(guò)去，傳統(tǒng)控制方法是進(jìn)行溫度監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常后設(shè)備進(jìn)行報(bào)警，提醒技術(shù)人員進(jìn)行處理，這樣操作的弊端就是，若設(shè)備進(jìn)行報(bào)警，而技術(shù)人員沒(méi)有及時(shí)處理（比如報(bào)警系統(tǒng)故障、夜晚等），在鍋爐內(nèi)溫度參數(shù)不正確的狀態(tài)下機(jī)組繼續(xù)進(jìn)行工作，結(jié)果危害可想而知。若此時(shí)有溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并且根據(jù)監(jiān)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行判斷，若超差后，將進(jìn)行制動(dòng)調(diào)節(jié)，使鍋爐內(nèi)的溫度時(shí)刻都保持在參數(shù)規(guī)格內(nèi)，這樣，鍋爐的使用效率也最大化，機(jī)組設(shè)備的安全性也會(huì)得到很好的保障。目前，火電廠中的溫度智能調(diào)節(jié)技術(shù)主要有氣溫模糊控制技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能氣溫控制技術(shù)。這些智能控制技術(shù)與常規(guī)的PID控制相結(jié)合，形成多種智能PID控制技術(shù)。以氣溫模糊控制技術(shù)和PID控制相結(jié)合的智能控制技術(shù)為例，通過(guò)模糊控制和傳統(tǒng)的PID控制相結(jié)合，可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)再熱氣溫等復(fù)雜對(duì)象的在線控制，具有快速、穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。

2.3運(yùn)行的控制技術(shù)

可以根據(jù)預(yù)先擬定的程序和條件，自動(dòng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行一系列的操作。鍋爐的汽包水位是運(yùn)行過(guò)程中的重要參數(shù)。水位過(guò)高，會(huì)造成汽包出口的蒸汽中水分過(guò)多，使過(guò)熱器的受熱面結(jié)上一層水垢，從而降低過(guò)熱器的敏感性，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)使過(guò)熱器失效，最終由于溫度過(guò)高而燒壞過(guò)熱器。并且，鍋爐內(nèi)蒸汽溫度過(guò)高，會(huì)直接影響鍋爐的安全性，以及整個(gè)機(jī)組的正常運(yùn)行。若汽包水位過(guò)低，則會(huì)導(dǎo)致鍋爐內(nèi)的循環(huán)被破壞，最終，由于水量過(guò)少而造成溫度過(guò)高而損害鍋爐和其他機(jī)組設(shè)備。因此，需要通過(guò)分散控制系統(tǒng)（DCS）來(lái)實(shí)現(xiàn)汽包水位的自動(dòng)控制。如今，基本上采用串級(jí)三沖量給水控制，由于它引入了蒸汽的流量和給水流量信號(hào)，對(duì)快速消除、平衡水位都有著非常顯著的效果，已被火電廠廣泛采用。

3火電廠熱工自動(dòng)化優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1優(yōu)化控制軟件的應(yīng)用

相關(guān)研究證明，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)過(guò)熱器出口溫度進(jìn)行串級(jí)預(yù)測(cè)，是常規(guī)串級(jí)控制階躍響應(yīng)速度的兩倍，超調(diào)量約為常規(guī)串級(jí)控制階躍響應(yīng)的三分之一。許多運(yùn)用實(shí)例也表明，使用優(yōu)秀的算法控制軟件（如非線性協(xié)調(diào)、模糊算法、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）對(duì)提高熱電廠的熱功率系統(tǒng)、循環(huán)流化床鍋爐等多個(gè)方面的性能都會(huì)產(chǎn)生非常重要的影響。另外，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)比例、積分、微分控制器的控制設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，能夠有效提升機(jī)組產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，從而提高機(jī)組效率和減少煤耗和控制排放量。因此，在電廠設(shè)計(jì)階段，需要具備科學(xué)的設(shè)計(jì)觀念，在控制系統(tǒng)中，加入先進(jìn)的算法控制軟件，最大限度地發(fā)揮后續(xù)調(diào)試和運(yùn)行階段的效果。

3.2機(jī)組負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配的實(shí)行

伴隨網(wǎng)上招標(biāo)的實(shí)施，電廠、網(wǎng)絡(luò)分離等新方式的運(yùn)用，電網(wǎng)調(diào)度的自動(dòng)發(fā)電控制命令應(yīng)成為獨(dú)立發(fā)電公司的實(shí)時(shí)負(fù)荷命令。采用的關(guān)鍵方法是將電廠的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷配到各機(jī)組，使火電機(jī)組的發(fā)電控制與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行自動(dòng)連接，從而反映電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況。負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性分配，一般會(huì)配給廠級(jí)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)（SIS）。通過(guò)機(jī)組的實(shí)時(shí)性和應(yīng)用分析結(jié)果，得到了機(jī)組負(fù)荷特性的實(shí)時(shí)性曲線和確定負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性的實(shí)時(shí)性效果。在設(shè)計(jì)初期，將廠級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)的總體功能優(yōu)化與管理信息系統(tǒng)的綜合功能相結(jié)合，設(shè)計(jì)一個(gè)廠級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）和管理信息系統(tǒng)（MIS）的功能。這種方式不但有效降低了啟動(dòng)資金投入，而且還可以滿足工廠的調(diào)配要求和平日里的信息管理功能。從根本上更高效地控制了能源消耗和污染排放。

結(jié)束語(yǔ)：

隨著社會(huì)的進(jìn)步，社會(huì)對(duì)電力的需求一定會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，所以，我們迫切需要加強(qiáng)對(duì)火力發(fā)電廠節(jié)能減排方式的創(chuàng)新，而熱工自動(dòng)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域的節(jié)能減排需求最為關(guān)鍵，也最能體現(xiàn)節(jié)能減排成效，應(yīng)該時(shí)刻緊抓。

參考文獻(xiàn)：

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