熱工自動控制在供熱系統(tǒng)中的節(jié)能效果研究

羅炳榮

福建省鴻山熱電有限責任公司，福建 泉州 362700

0 引言

能源問題是制約我國經(jīng)濟高速發(fā)展所不可忽視的現(xiàn)實問題，為了實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展，必須對能源危機進行妥善應(yīng)對和治理，可以積極引進先進的科學技術(shù)，對傳統(tǒng)高耗能的行業(yè)進行產(chǎn)業(yè)升級。熱工自動控制可以有效減少供熱系統(tǒng)過程中產(chǎn)生的能耗，合理提高供熱效能，減少經(jīng)濟損失，因此加強熱工自動控制的應(yīng)用，能夠提高供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益。

1 供熱系統(tǒng)熱工自動控制概述

部分企業(yè)在生產(chǎn)過程中需要大量的熱能供應(yīng)，供熱系統(tǒng)是生產(chǎn)活動中的重要組成部分，早期的供熱系統(tǒng)主要由人工操作，無法做到快速響應(yīng)和精準控制，在生產(chǎn)過程控制中易產(chǎn)生較大誤差。目前已采用各類專業(yè)自動化儀器替代人工操作，通過提高供熱系統(tǒng)控制的機械化和智能化水平，能夠做到快速響應(yīng)和精準控制，避免人工操作存在的缺陷，極大地提高了供熱系統(tǒng)控制的質(zhì)量和效率。自動控制還可設(shè)置預(yù)警機制，便于對異常問題進行及時處理，避免供熱系統(tǒng)故障造成的不良影響。

自動控制理論有經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論與智能控制理論3種。經(jīng)典控制理論以狀態(tài)空間法為基礎(chǔ)，根據(jù)優(yōu)質(zhì)數(shù)學模型的構(gòu)建，對供熱系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行分析，具有較強的規(guī)律性和針對性，可以根據(jù)不同的控制目標對產(chǎn)品性能進行不斷優(yōu)化。現(xiàn)代控制理論則以最優(yōu)估計和線性控制理論為主，對供熱系統(tǒng)的動態(tài)情況進行識別，以掌握供熱系統(tǒng)的實際運行情況。智能控制理論兼具前兩種理論的優(yōu)點，具有同步交叉發(fā)展特性，可在供熱系統(tǒng)運行過程中對機組負荷進行適當有效的調(diào)節(jié)控制，當系統(tǒng)運行存在問題時能夠做到快速排查和定位，更大程度地減少了系統(tǒng)的操作壓力，實現(xiàn)了較為理想的自動控制目標。目前，我國火力發(fā)電廠供熱系統(tǒng)包括自動檢測、自動控制、自動保護、自動報警等部分。首先，通過自動檢測功能對供熱系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的溫度、氣壓、流量等各項生產(chǎn)參數(shù)進行實時測量。其次，基于生產(chǎn)工況和測量結(jié)果，對供熱系統(tǒng)進行適當?shù)恼{(diào)整，確保系統(tǒng)能夠滿足生產(chǎn)需求；當檢測和控制過程中出現(xiàn)異常問題時，自動保護功能對系統(tǒng)的整體情況進行自動診斷并根據(jù)診斷結(jié)果采取相應(yīng)的調(diào)節(jié)操作；當系統(tǒng)故障問題無法通過自動保護功能進行有效調(diào)整控制時，將會自動報警提示運行操作人員或檢修維護人員進行問題的排查處理，以確保供熱系統(tǒng)的正常運行[1]。

2 供熱系統(tǒng)熱工自動控制的特點

多層化結(jié)構(gòu)作為當前熱工自動控制的主要設(shè)計結(jié)構(gòu)，不同層的操作對象不同，相對應(yīng)的功能模塊也不同，需要對每層的操作對象和功能模塊進行針對性的控制。為此，可以采用專門的控制軟件，以達到精確的控制效果。通常在進行高層的熱工自動控制時，自動控制的需求可以通過控制軟件包實現(xiàn)，而在進行底層和中層的熱工自動控制時，自動控制需求可以通過綜合管理實現(xiàn)[2]。將發(fā)電廠運行數(shù)據(jù)處理中心作為信息管理系統(tǒng)的核心，可以在發(fā)電廠的實際運行中采集大量的運行數(shù)據(jù)，為機組的自動控制提供全面的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。此外，熱工自動控制還具有較大的軟件平臺和硬件配件的差異性，可以總結(jié)為以下兩個特點：一是硬件積木化，可以通過在系統(tǒng)中甄選模塊的模式，選擇自動化系統(tǒng)的功能模塊，能夠避免對自動控制效果造成的影響；二是軟件模塊化，軟件模塊是熱工自動控制發(fā)揮技術(shù)作用的關(guān)鍵，已經(jīng)提供的大量軟件模塊可以減少對軟件開發(fā)的投入，降低熱工自動控制應(yīng)用的成本，提高熱工自動控制的適用性。

3 熱工自動控制在供熱系統(tǒng)中的節(jié)能效果

3.1 熱工自動化的控制與管理

鍋爐設(shè)備是供熱系統(tǒng)中的重要組成部分之一，鍋爐燃燒的效率直接影響煤炭等資源的消耗率，因此提高鍋爐燃燒率能夠起到降低資源消耗的作用，達到節(jié)能的效果。在實際操作中，需要對鍋爐排煙溫度進行合理的設(shè)置，主要在于排煙熱損失會受到排煙溫度的影響，需要控制排煙溫度降低至合理范圍，以實現(xiàn)煤炭等資源能耗的降低。此外，需要對鍋爐生產(chǎn)的流程進行合理調(diào)整，避免流程問題造成的鍋爐生產(chǎn)風險。同時，應(yīng)合理優(yōu)化風煤曲線，從而保證磨煤機的正常運行狀態(tài)，達到更低的排風量標準，更好地控制磨煤機的通風阻力，促進鍋爐運行效率和質(zhì)量的提高。

3.2 熱工自動控制的運營

熱工自動控制包括多個門類的科學基礎(chǔ)，以信息技術(shù)、計算機技術(shù)、熱能工程技術(shù)、智能儀器儀表技術(shù)和控制理論為主，可對供熱系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的熱力學相關(guān)參數(shù)進行檢測和控制，實現(xiàn)對供熱系統(tǒng)運行的過程管理，從而不僅能夠保障供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，還能夠提高生產(chǎn)效率和減少生產(chǎn)耗能。鍋爐、汽機和其他輔助設(shè)備都可以通過熱工自動控制進行管理，使管理設(shè)備可以根據(jù)運行情況進行自動調(diào)整，從而更加高效和穩(wěn)定。熱工自動控制經(jīng)過多年的發(fā)展，處在不斷升級的趨勢中，尤其是新理論、新工藝和新材料的誕生，將賦予熱自動控制更大程度的提高，在供熱系統(tǒng)中也能夠發(fā)揮出更高的控制優(yōu)勢。例如，變送器和各種傳感器的應(yīng)用，顯著提高了熱工自動控制的靈敏性和準確性。根據(jù)熱工自動控制和供熱系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，智能化、節(jié)能化和無線化供熱系統(tǒng)將成為未來的主要發(fā)展方向。

3.3 自律分散式系統(tǒng)的應(yīng)用

供熱系統(tǒng)中包含較多復(fù)雜的子系統(tǒng)和設(shè)備，容易產(chǎn)生系統(tǒng)或設(shè)備異常的問題，導(dǎo)致產(chǎn)生故障，而自律分散式系統(tǒng)能夠有效改善這種問題。通過實現(xiàn)子系統(tǒng)的自律可控性和自律可協(xié)調(diào)性，使系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)和設(shè)備都可以進行適當?shù)膮f(xié)調(diào)和控制。比如，在某個子系統(tǒng)產(chǎn)生異常問題時，為了保障整體系統(tǒng)的正常運行，需要采用冗余設(shè)備保護系統(tǒng)，根據(jù)實際的系統(tǒng)運行情況對參數(shù)進行適當?shù)恼{(diào)整，使供熱系統(tǒng)能夠?qū)\行狀態(tài)進行自動優(yōu)化，準確和快速地匹配系統(tǒng)內(nèi)各個子系統(tǒng)與設(shè)備的運行參數(shù)，從而保障供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

4 熱工自動控制節(jié)能效果的提升措施

4.1 加強單元機組監(jiān)控智能化

熱工自動控制可以根據(jù)實際的控制需求，應(yīng)用不同的控制理論。比如，應(yīng)用經(jīng)典控制理論，在單輸入和單輸出系統(tǒng)中的應(yīng)用效果較好，但是其具有一定的局限性，無法傳遞包含系統(tǒng)所有信息的函數(shù)描述?，F(xiàn)代控制理論則具有較高的多變量描述優(yōu)勢，但需要先做到對被控對象數(shù)學模型的全面了解。智能控制理論的創(chuàng)新性較高，結(jié)合計算機技術(shù)可以實現(xiàn)規(guī)模較大和復(fù)雜程度較高的控制目標。將單元機組DCS系統(tǒng)與智能化技術(shù)相結(jié)合，包括運行設(shè)備中智能化軟件、智能化儀表等，都可以通過計算機技術(shù)使其達到更高的自動控制水平，促進熱工自動控制節(jié)能效果的提高[3]。

4.2 優(yōu)化熱工自動控制設(shè)計

穩(wěn)定的熱工自動控制才能夠確保穩(wěn)定的節(jié)能效果，因此必須對熱工自動控制設(shè)計予以足夠的重視，對各設(shè)計環(huán)節(jié)進行嚴格把控。尤其需要加強對熱工自動控制保護模塊的設(shè)計，避免故障問題造成的運行損失。為此，可以通過減少輔機故障的方式，強化自動減負荷等邏輯設(shè)計作用，當設(shè)備發(fā)生運行故障時，能夠縮短停機時間，保障整體運行的安全性和穩(wěn)定性，減少停機重啟時產(chǎn)生的能源消耗。熱工自動化系統(tǒng)的故障診斷模塊也具有一定的重要性，能夠起到較好的運行監(jiān)管效果，可以在進行熱工自動控制設(shè)計時，增加相關(guān)的監(jiān)測點位，并提升檢修模式的運行速度，以彌補傳統(tǒng)檢修模式效率低的問題。同時，可以將檢測到的實時運行數(shù)據(jù)作為評估運行狀態(tài)的重要依據(jù)，掌握實際的運行情況，為運行的調(diào)整和設(shè)備檢修提供參考，避免投入過多的資源，消耗過量的能源，更有利于其經(jīng)濟效益的提高。

4.3 推廣輔助控制系統(tǒng)

熱工自動控制具有較強的技術(shù)優(yōu)勢，能夠達到更好的節(jié)能效果，但控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性較高，增加了管理人員的管理難度。輔助控制系統(tǒng)的推廣可以減少管理人員的工作量，提高管理效率。同時，應(yīng)加強對管理人員的專業(yè)培訓，提高輔助控制系統(tǒng)的應(yīng)用水平，建立高技術(shù)能力的專業(yè)團隊，充分發(fā)揮輔助控制系統(tǒng)的作用，通過更科學的控制減少供熱系統(tǒng)的能源消耗。

4.4 制定經(jīng)濟評價指標

在進行熱工自動控制前，先要根據(jù)控制需求對軟件進行綜合評估和初步試用，檢驗控制軟件的運行效率和節(jié)能效果，從而選擇出最符合控制需求的軟件投入應(yīng)用。為此，可以采用制定經(jīng)濟評價指標的方式，使評估和試用標準更加完善。此外，還可以采用全面分配機組經(jīng)濟負荷的方式，對整體的運行數(shù)據(jù)進行采集和分析，搭建完整的數(shù)據(jù)庫，從而更好地掌握控制情況，選擇經(jīng)濟性更高的控制模式。

5 結(jié)束語

供熱系統(tǒng)在當今社會的生產(chǎn)生活中有著不可替代的重要性，一旦出現(xiàn)問題，將對人們的生產(chǎn)生活造成較大的影響，同時過高的能耗對生態(tài)環(huán)境的影響極為惡劣。熱工自動控制可以實現(xiàn)對供熱系統(tǒng)的有力控制，不僅可以確保供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，還可以減少能源的過度消耗。通過對熱工自動控制的主要原理和作用的研究分析，在供熱系統(tǒng)的實際生產(chǎn)活動中采用科學方法提高熱工自動控制水平，提高節(jié)能效果，還可以實現(xiàn)其經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益的提高。