火力發(fā)電機(jī)組集控運(yùn)行技術(shù)應(yīng)用研究

摘" 要：火力發(fā)電機(jī)組集控運(yùn)行技術(shù)是提升機(jī)組運(yùn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性的關(guān)鍵支撐。該文在梳理火電廠集控運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析先進(jìn)集控技術(shù)在提高機(jī)組運(yùn)行安全性、負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活性、優(yōu)化經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和降低污染物排放等方面的重要作用，針對(duì)集控系統(tǒng)互聯(lián)互通性不足、網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)薄弱、大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用不深入和專業(yè)人才缺乏等問(wèn)題，提出完善標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、強(qiáng)化安全防護(hù)、創(chuàng)新數(shù)據(jù)分析和加強(qiáng)人才培養(yǎng)等建議，為推動(dòng)火電廠集控運(yùn)行技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐提供參考。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電;集控運(yùn)行;分散控制;安全防控;智能優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TM621" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）11-0165-04

Abstract： The centralized control operation technology of thermal power generation units is a key support for improving the safety， economy， and environmental protection of unit operation. On the basis of sorting out the key technologies of centralized control operation in thermal power plants， this paper focuses on analyzing the important role of advanced centralized control technology in improving the safety of unit operation， load regulation flexibility， optimizing economic operation， and reducing pollutant emissions. Suggestions are proposed to improve standard specifications， strengthen security protection， innovate data analysis， and enhance talent cultivation in response to issues such as insufficient interconnectivity of centralized control systems， weak network security protection， insufficient application of big data analysis， and lack of professional talents. These suggestions provide reference for promoting the practical application of centralized control operation technology in thermal power plants.

Keywords： thermal power generation; centralized control operation; decentralized control; safety prevention and control; intelligent optimization

火力發(fā)電廠肩負(fù)著電力生產(chǎn)的關(guān)鍵任務(wù)，隨著電能需求的持續(xù)攀升和環(huán)保約束的不斷趨嚴(yán)，火電機(jī)組必須通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，不斷提升運(yùn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性，更好地適應(yīng)電力系統(tǒng)對(duì)電源的新要求。集控運(yùn)行技術(shù)作為火電機(jī)組技術(shù)進(jìn)步的重要方向，通過(guò)分散控制（DCS）、安全防控、智能優(yōu)化等先進(jìn)技術(shù)，能顯著提高火電機(jī)組的靈活性、經(jīng)濟(jì)性，降低能耗物耗，對(duì)于保障火電機(jī)組安全、高效、清潔發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1" 火力發(fā)電機(jī)組集控運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)

1.1" 分散控制系統(tǒng)（DCS）

DCS是火電廠集控的核心和基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)鍋爐燃燒、汽輪發(fā)電、電氣系統(tǒng)等的精確控制和協(xié)調(diào)優(yōu)化，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，現(xiàn)代DCS具有標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、開(kāi)放性等特點(diǎn)，采用多級(jí)、分布式控制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)的互聯(lián)互通和協(xié)同優(yōu)化。

以某2×600 MW火電機(jī)組為例，應(yīng)用ABB公司Symphony plus型DCS系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)鍋爐燃燒過(guò)程實(shí)施精細(xì)化控制，優(yōu)化燃燒器一二次風(fēng)配比、爐膛溫度分布等參數(shù)。優(yōu)化后，鍋爐的燃燒效率η提高0.52個(gè)百分點(diǎn)，燃料收入含熱量Qar=22.91 MJ/kg，過(guò)量空氣系數(shù)α降低0.08，飛灰可燃物含量Cf降低0.25%，鍋爐熱效率計(jì)算公式為

式中：hpy為主蒸汽焓;hgw為給水焓;Dpy為主蒸汽流量;Dz為再熱蒸汽流量;Bar為收到基燃料量。DCS優(yōu)化控制后，鍋爐效率獲得明顯提升，燃料利用率更高，見(jiàn)表1。

1.2" 事故安全防控系統(tǒng)

事故安全防控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)組運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)監(jiān)視和故障診斷，對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷和故障征兆，有效防止事故發(fā)生或蔓延。某2×660 MW超臨界火電機(jī)組安全防控系統(tǒng)，基于大數(shù)據(jù)分析，建立了鍋爐水位、爐膛壓力等關(guān)鍵參數(shù)的正常工況模型，見(jiàn)表2，實(shí)時(shí)比對(duì)機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)與模型偏差，及時(shí)預(yù)警異常工況，預(yù)警時(shí)間提前10 min以上，為機(jī)組安全控制提供了可靠依據(jù)。

1.3" 智能優(yōu)化控制

智能優(yōu)化控制在火電機(jī)組集控中的應(yīng)用日益廣泛，特別是在燃燒優(yōu)化、負(fù)荷調(diào)度、設(shè)備診斷等方面取得顯著成效，以燃燒優(yōu)化為例，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等機(jī)器學(xué)習(xí)算法，通過(guò)對(duì)歷史燃燒數(shù)據(jù)的訓(xùn)練學(xué)習(xí)，建立鍋爐NOx生成的預(yù)測(cè)模型，得到各工況下的最佳燃燒參數(shù)。

某330 MW機(jī)組采用支持向量機(jī)（SVM）算法，以負(fù)荷、煤質(zhì)、爐膛出口煙氣溫度、過(guò)量空氣系數(shù)和燃燒器擺角等為輸入?yún)?shù)，建立NOx排放量預(yù)測(cè)模型

在不同負(fù)荷下，該模型預(yù)測(cè)的NOx排放量與實(shí)際值的相對(duì)誤差范圍為3.76%～6.19%（表3），平均誤差為4.72%，能較好地指導(dǎo)燃燒優(yōu)化，將該模型嵌入DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制，可使NOx平均排放降低28.6%。

2" 集控技術(shù)在提升火電機(jī)組運(yùn)行水平中的作用

2.1" 提高機(jī)組運(yùn)行安全性

事故安全防控系統(tǒng)是能夠智能感知危及機(jī)組安全的關(guān)鍵因素，可以自動(dòng)采取緊急避險(xiǎn)措施，最大限度減少事故損失。以汽輪機(jī)葉片失頻振動(dòng)為例，國(guó)內(nèi)某660 MW機(jī)組在安全防控系統(tǒng)投運(yùn)前，曾多次發(fā)生由葉片斷裂引發(fā)的機(jī)組非停事故，平均每年非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間超過(guò)200 h。在部署葉片失頻振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)和防控系統(tǒng)后，通過(guò)對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子徑向位移、軸承振動(dòng)等參數(shù)的實(shí)時(shí)采集分析，及時(shí)預(yù)警葉片開(kāi)裂等缺陷，并啟動(dòng)緊急停機(jī)保護(hù)，避免了斷裂事故的發(fā)生。表4展示了該系統(tǒng)對(duì)葉片裂紋的預(yù)警情況，可見(jiàn)預(yù)警及時(shí)率高、可靠性強(qiáng)。2年來(lái)，該機(jī)組再未發(fā)生因葉片斷裂導(dǎo)致的非停事故，年發(fā)電量提高4.2%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2.2" 提升機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活性

DCS通過(guò)對(duì)鍋爐、汽輪機(jī)的協(xié)同控制，大幅提升了火電機(jī)組的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力。以華能太倉(cāng)電廠2×1 000 MW超臨界機(jī)組為例，在升級(jí)DCS負(fù)荷優(yōu)化控制系統(tǒng)后，機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)能力和調(diào)節(jié)深度顯著提升。通過(guò)調(diào)節(jié)性能指標(biāo)對(duì)比（表5），最小負(fù)荷由50%額定降至36%額定，爬坡速率Ru提高至8%/min。得益于靈活的調(diào)節(jié)能力，該電廠積極參與電網(wǎng)調(diào)峰，年調(diào)峰電量高達(dá)10.5×108" kWh，獲得調(diào)峰補(bǔ)償收益8 600萬(wàn)元，實(shí)現(xiàn)了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)速率Ru的計(jì)算公式為

式中：P1、P2分別為調(diào)節(jié)前、后機(jī)組負(fù)荷;t1、t2為對(duì)應(yīng)時(shí)刻。

2.3" 優(yōu)化機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平

通過(guò)智能負(fù)荷分配、燃燒優(yōu)化等技術(shù)，集控系統(tǒng)可顯著改善火電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。以某6×330 MW燃煤電廠為例，在部署DCS全廠負(fù)荷優(yōu)化系統(tǒng)后，通過(guò)在線分析不同機(jī)組的能耗特性曲線，自動(dòng)優(yōu)化6臺(tái)機(jī)組的出力分配比例，使電廠始終在最經(jīng)濟(jì)工況下運(yùn)行。對(duì)比項(xiàng)目實(shí)施前后的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，供電煤耗、廠用電率等關(guān)鍵指標(biāo)均獲得明顯優(yōu)化，年節(jié)約燃料成本3 500萬(wàn)元，見(jiàn)表6。

6臺(tái)機(jī)組的出力分配模型如下

式中：F為發(fā)電成本;ai、bi、ci為機(jī)組能耗特性系數(shù);Pi為機(jī)組出力;Pload為機(jī)組總負(fù)荷;Pi，min、Pi，max分別為機(jī)組最小、最大出力。

2.4" 降低環(huán)境污染物排放

集控系統(tǒng)通過(guò)優(yōu)化燃燒控制、污染治理設(shè)施運(yùn)行等，有力支撐了火電機(jī)組的超低排放改造。某300 MW機(jī)組，在DCS系統(tǒng)中部署了SNCR（選擇性非催化還原）脫硝控制策略，根據(jù)入口NOx濃度和煙溫水平，動(dòng)態(tài)匹配還原劑噴射量QN，控制模型如下

在鍋爐燃燒和脫硝系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化后，機(jī)組NOx排放質(zhì)量濃度由320 mg/m3降至48 mg/m3持續(xù)達(dá)到超低排放限值，脫硝系統(tǒng)氨逃逸量降低31.4%，催化劑年消耗降低15%。與此同時(shí)，通過(guò)燃燒優(yōu)化，機(jī)組發(fā)電煤耗降低2.1 g/kWh，年節(jié)約標(biāo)煤0.55×104 t，年減排CO2 1.48×104 t。該機(jī)組SNCR系統(tǒng)投運(yùn)前碳后的環(huán)保指標(biāo)對(duì)比，見(jiàn)表7。

3" 推進(jìn)火力發(fā)電機(jī)組集控運(yùn)行技術(shù)應(yīng)用的建議

3.1" 完善集控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，提升互聯(lián)互通水平

建立健全火電機(jī)組集控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系，制定DCS、安全系統(tǒng)、智能優(yōu)化系統(tǒng)的接口規(guī)范和通信協(xié)議等標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)不同廠家系統(tǒng)的即插即用。加強(qiáng)集控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的一致性，規(guī)范數(shù)據(jù)采集、通信協(xié)議等技術(shù)要求，提高互聯(lián)互通性。表8展示了火電機(jī)組DCS系統(tǒng)通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化建議。深化行業(yè)協(xié)會(huì)在標(biāo)準(zhǔn)制修訂中的作用，加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試和認(rèn)證，提高標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)威性和執(zhí)行力。

3.2" 加強(qiáng)集控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)，提高本質(zhì)安全水平

強(qiáng)化集控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)，建立健全網(wǎng)絡(luò)安全管理制度，采取嚴(yán)格的身份認(rèn)證和訪問(wèn)控制措施，及時(shí)修復(fù)系統(tǒng)漏洞，開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)安全檢測(cè)評(píng)估。在關(guān)鍵系統(tǒng)之間部署單向網(wǎng)閘，防止橫向威脅擴(kuò)散。定期開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)安全攻防演練，增強(qiáng)全員網(wǎng)絡(luò)安全意識(shí)和防范能力。

表9展示了火電機(jī)組集控系統(tǒng)的縱深防御體系框架，從物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、主機(jī)安全、應(yīng)用安全和數(shù)據(jù)安全5個(gè)層面構(gòu)筑全方位立體化的安全防護(hù)。

3.3" 深化集控系統(tǒng)大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)維

加快集控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、管理、分析平臺(tái)建設(shè)，構(gòu)建全周期、一體化的數(shù)據(jù)分析應(yīng)用體系。開(kāi)發(fā)設(shè)備缺陷診斷、壽命預(yù)測(cè)、工況優(yōu)化等智能應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)評(píng)估、故障的精準(zhǔn)預(yù)警、運(yùn)行方式的自動(dòng)優(yōu)化。打造集監(jiān)測(cè)、診斷、預(yù)警、控制和優(yōu)化于一體的智慧運(yùn)維平臺(tái)。

某火電廠建設(shè)了集控系統(tǒng)全廠信息共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)、跨專業(yè)的數(shù)據(jù)資源整合共享?；谠撈脚_(tái)，開(kāi)發(fā)了設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，提前預(yù)警設(shè)備故障，制定最優(yōu)檢修策略。系統(tǒng)投運(yùn)以來(lái)，設(shè)備故障預(yù)警準(zhǔn)確率達(dá)85%以上，非停次數(shù)降低18%，檢修成本降低12%，指標(biāo)效果見(jiàn)表10。

3.4" 強(qiáng)化集控運(yùn)行技術(shù)人才培養(yǎng)，提升隊(duì)伍專業(yè)化水平

與高校共建集控技術(shù)專業(yè)方向，加強(qiáng)校企協(xié)同育人。依托VR/AR、數(shù)字孿生等新技術(shù)，創(chuàng)新集控人才培訓(xùn)模式，開(kāi)發(fā)沉浸式、交互式培訓(xùn)系統(tǒng)。健全以崗位勝任力為導(dǎo)向的集控人才職業(yè)發(fā)展通道，為人才成長(zhǎng)搭建廣闊舞臺(tái)。加強(qiáng)集控專業(yè)技能鑒定與認(rèn)證（表11），建立科學(xué)規(guī)范的人才評(píng)價(jià)機(jī)制。

4" 結(jié)束語(yǔ)

集控運(yùn)行技術(shù)是火電機(jī)組實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和靈活運(yùn)行的關(guān)鍵支撐，對(duì)推動(dòng)火電產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、高質(zhì)量發(fā)展意義重大。隨著能源革命和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深入，集控運(yùn)行必將朝著網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。以標(biāo)準(zhǔn)促互通、以安全固根基、以數(shù)據(jù)開(kāi)新局、以人才育未來(lái)，加快推動(dòng)集控關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新突破、應(yīng)用實(shí)踐，對(duì)于保障火電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行、提升行業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。面向2030年的遠(yuǎn)景目標(biāo)，集控運(yùn)行技術(shù)應(yīng)著力打造安全可靠、靈活高效、清潔環(huán)保和智慧創(chuàng)新的現(xiàn)代火電機(jī)組，為構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系提供堅(jiān)實(shí)支撐，以智慧賦能、創(chuàng)新引領(lǐng)的火電高質(zhì)量發(fā)展之路，續(xù)寫(xiě)百年火電輝煌歷程。

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