基于節能減排的火電廠熱工自動化設計及應用

傅彬

摘 要：隨著我國社會經濟的快速發展，城市和企業對電力的需求也在不斷增加，這對我國能源企業的電能供應也提出了更高的要求。與此同時，在綠色經濟發展的大環境下，作為我國電力供應主體的火電廠要厲行節能減排的理念。面對嚴峻的能源供應形勢，火電廠基于節能減排的熱工自動化受到了各界的廣泛關注。

關鍵詞：節能減排；火電廠；熱工自動化；能源

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）24-0071-02

由于我國的能源主體是煤炭資源，所以，在很長一段時間里，我國以煤炭為主要能源的現狀是不會改變的，這也就意味著煤炭燃燒對環境造成的污染和火電企業對能源的大量消耗將會持續下去。長此以往，這種情況會嚴重制約我國的可持續發展，所以，在火力發電領域大力推行節能減排具有非常重要的意義。本文詳細地闡述了熱工自動化設計，并簡要分析了火力發電廠節能減排工作。

1 優化熱力系統的設計

1.1 采用優化控制軟件

在火電廠的運行過程中，因為使用煤炭而產生的廢氣、廢渣排放量是非常龐大的。在火電廠主機運行的過程中，如果能夠借助先進的技術改進協調系統，即使只提前1 s的調節時間，提高1個單位的控制精度，從各個細節上降低機組煤耗，減少煤炭能源的使用量，都會進一步減少廢氣、廢渣的排放量。實踐證明，在火電廠運行過程中，利用先進技術優化協調系統，可以有效調節CFB鍋爐的熱力系統。如果能夠在運行協調過程中提高火電廠主鍋爐的技術指標，對提升發電機組的效率、降低耗煤量、減少污染物的排放量有非常重要的作用。因此，在設計火電廠的熱力系統時，要將先進的控制技術融入設計理念中，把先進的算法軟件加入協調系統中，以提高火電廠的運行效率。

1.2 實行機組負荷經濟分配

在火力發電廠的運行過程中，傳統的自動發電控制要求電網調度、控制各臺單位機組的直接目標負荷，主要的實現方式是利用單獨接線的方式把電廠端的機組DCS與遠程終端連接起來，實行實時監控。在電廠的運行活動中，之所以要采用這種控制方式，主要是出于保護電網供電和電廠發電安全的目的，這對電廠節能減排工作的進行并沒有明顯的幫助。隨著電力領域內部改革的深入，廠網分開經營，傳統自動發電控制已經沒有了繼續存在的必要。這時，電廠應該借助這個機會，從節能減排的角度出發，建立自己的自動發電控制系統，并將這一系統與現代化廠級監控信息系統結合起來，既監控了發電廠內部的發電活動，又保證了電廠與上級電網之間的有效聯系。

在火電廠運行活動中，每天的發電量都是有規定的。當電廠內部的發電控制系統建成后，火電廠可以根據整個電廠的發電任務和各個發電機組的運行狀況，為每臺發電機組配置不同的發電任務，讓發電機組始終處于能源使用量和廢氣配方量最優化的高效運行狀態。這種運行狀態不僅能夠保證電力生產的穩定性，還能保證在電廠運行過程中，能源消耗和污染物排放始終處于系統控制的最佳狀態。

2 節能減排新技術的應用

2.1 提高等離子點火的可靠性

等離子點火技術具有環保效益明顯的優點，其本身存在技術優越性和環保優越性，所以，被廣泛應用于我國的火電廠中。在傳統的鍋爐點火過程中，煤炭的質量對點火系統的運行有非常重要的影響。當遇到窮煤、煙煤、褐煤等劣質煤時，傳統的點火系統就不能有效點火。而最新的等離子點火技術使用了集開放式磁穩與機械、電磁壓縮于一體的復合結構等離子發生器，其功率連續、可調，可成功地點燃貧煤、煙煤和褐煤。應用這項技術，不僅成功地提高了火電廠鍋爐的運行效率，還降低了火電廠用煤的門檻。等離子點火系統材料是具有高導熱、高導電和不易氧化的特殊合金，陰極材料是由特殊合金材料組合而成的。采用強化冷卻結構具有較長的使用壽命，因為在設計活動中采用了模塊化的設計方式，所以，更換、維護工作都很方便。如果采用特殊合金的陰、陽極，將空氣作為等離子載體，則不需要專供惰性氣體保護電極，這樣既簡化了系統，又大幅減少了運行費用。

2.2 單元機組控制與脫硫、脫硝的融合

在火電廠的運行活動中，大多數火電廠會選用煙氣石灰石濕法脫硫。隨著國內節能減排形勢的日益嚴峻，脫硫系統是后期獨立安裝的，所以，它與火電廠的控制系統是2個獨立的系統，相互之間的聯系僅靠簡單的數據接線實現。而有的火電廠脫硫控制系統與電廠總控系統沒有聯系，相互之間的協作主要依靠人工方式實現。這種利用簡單的連線和人工控制方式實現火電廠總控系統與脫硫系統之間聯系，會嚴重影響二者之間的信息交互，不僅會讓火電廠的總體控制能力有所下降，還會影響火電廠排放物脫硫的效果。

在火電廠的運行中，除了會產生硫化物污染外，硝污染也是非常嚴重的，所以，在火電廠運行活動中，要加強對污染物排放的綜合治理，不僅要采取切實可行的措施降低廢氣中的硫含量，還要降低其中的硝含量。當前，尿素法是中和廢氣中硝元素的有效方法。利用尿素脫硝熱解爐可以完成廢氣的脫硝活動。

2.3 編制技術規范

變頻控制技術是一種針對電器運行狀態，以調整頻率實現控制的方式。因為它能夠在電器運行過程中優化能源配置，所以，被廣泛應用于節能減排領域。鑒于變頻控制技術本身的技術特點，可以預見其在火力發電領域的應用能夠極大地降低火電廠的能源消耗，提高火電廠的運行效率。例如，安徽省某火力發電廠660 MW機組，2臺凝結水泵采用一拖二的高壓變頻器實現調速控制。在運行過程中，可以根據火電廠主機的運行效率調整凝結水泵的運行速度，在保證整個電力生產系統安全、穩定運行的基礎上，最大限度地降低凝結水泵的能源消耗。按全年平均負荷的4/5計算，基于變頻控制技術的凝結水泵要比原來的定速泵減少452.5 kW的電能消耗，如果全年運行5 000 h，則該電廠全年僅凝結水泵變頻控制改進這一項就節省了22 652 kW·h的電能消耗。由此可見，變頻烤制技術在火電廠中的應用是切實可行的，它能夠有效降低電廠的能源消耗，提高電廠的運行效率。

在火電廠運行的過程中，變頻技術的優勢還體現在提高火電廠運行控制的穩定性上。火電廠的電力生產活動是一項系統性的活動，在生產過程中，各個環節要緊密配合才能將生產活動完成好，才能提高火電廠的生產效率。所以，在火力發電技術發展的過程中，提高對發電過程的可控性一直是發展的主要目標，而變頻技術在大型輔機中的應用能夠有效提高大型輔機的控制精度和數字化水平。利用變頻技術的電廠控制主體，可以根據電廠的運行狀態及時調整輔機的運行狀態，這樣做不僅能夠保證整個火電系統始終處在穩定的運行狀態，在特殊情況下，使用大型輔機變頻技術還能在整個火電系統中起到“四兩撥千斤”的作用。

3 結束語

隨著我國經濟建設逐漸向集約型經濟發展，在以煤炭為主要燃料的火力發電廠的運行過程中，對節能減排的需求愈發強烈。本文從優化熱力系統的設計和節能減排技術的應用角度出發，提出了采用優化控制軟件、實行機組負荷經濟分配、提高微油點火和等離子點火的可靠性、單元機組控制與脫硫融合、編制大型輔機變頻控制技術規范等4項措施，以期為日后火電企業的節能減排工作提供借鑒和技術支持。

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〔編輯：白潔〕