火電廠熱工自動化設計中的節能減排研究

劉龍翔

（福建華電可門發電有限公司 350512）

火電廠熱工自動化設計中的節能減排研究

劉龍翔

（福建華電可門發電有限公司 350512）

近年來，伴隨著社會經濟的飛速發展，對于電能的需求也不斷提高，電力工業進入了一個高速發展的階段。在這樣的背景下，火電機組的運行與管理對自動化技術的要求日益提高，熱工自動化技術憑借著安全性、可靠性、經濟性等方面的優勢成為了未來火電機組發展的重要方向，而火電廠作為節能減排的重點對象，在熱工自動化設計中同樣應注意節能減排問題。本文主要闡述了火電廠熱工自動化系統的功能與特點，分析了火電廠熱工自動化系統的發展現狀，并提出了火電廠熱工自動化設計中的節能減排對策，以期為我國火電廠熱工自動化技術的提升提供理論指導。

火電廠 熱工自動化 節能減排展的重要方向，智能化控制技術也將在熱工自動化系統中得到廣泛應用。

1. 電廠熱工自動化系統發展概況

1.1 熱工自動化系統的主要功能

熱工自動化系統是指對火電廠主要生產工藝所需要的儀表及自動化控制設備進行統一配置，從而實現火電機組運行監測、報警、控制、連鎖保護等一系列功能的綜合控制系統。熱工自動化系統的功能主要包括以下幾個方面：一是數據采集與處理系統，主要負責火電機組運行參數、設備狀態的檢測，生產工藝報警，收集電力產品性能指標，從而為機組操作人員提供準確的數據信息；二是模擬量調節系統，主要實現汽包水位控制、主汽溫度調節、給煤量調節、一次風量調節、二次風量調節、引風量調節、爐膛差壓控制、除氧器調節等一系列功能，通過各項運行指標的調節來滿足火電機組的運行要求，模擬量調節系統也是人工自動化技術的核心模塊；三是順序控制系統，在人工自動化系統的組態環境中，實現所有輔機與設備啟停順序、聯鎖的控制，借助機組運行狀態信息來轉換設備啟停順序，從而有效提升機組運行的穩定性，減少不必要的損耗，也降低了設備運行管理人員的勞動強度；四是鍋爐安全監視保護，主要實現鍋爐設備運行的安全管理，由燃燒器控制系統以及燃燒安全管理系統組成，負責火電機組鍋爐程控點火、燃燒器管理、爐膛安全保護等一系列功能；五是汽機保護系統，通過PLC對汽機設備運行的保護功能，建立網絡通信系統實現汽機運行遠程監視，并對系統跳閘進行記錄與分析。

隨著變頻技術的不斷成熟，變頻器已經成為火電廠熱工自動化系統的重要組成部分，采用變頻調速控制的風機、水泵在火電機組中得到了越來越廣泛的應用。另外，熱工自動化還建立了先進的通信網絡系統來進行信息傳輸，其中，低速通信網絡負責分散過程控制，中速網絡負責集中操作監控，而高速網絡則主要負責管理信息數據的傳輸；熱工自動化系統的通信網絡具有通用性、實時性等特點，從而保證機組狀態監測與控制操作等數據信息的高效傳輸，實現火電機組的自動化控制。

1.2 熱工自動化系統的特點

火電廠熱工自動化系統采用多層體系結構，不同層級的操作對象與功能模塊存在差別，因此也擁有獨立的軟件系統。高層級熱工自動化系統的控制軟件包與操作顯示軟件包能夠從自動控制的角度出發，對底層與中間層的軟件系統進行綜合管理，并形成以數據處理為中心的心理管理系統。而分散過程控制級的軟件包則主要面向用戶提供各類過程控制功能，通過數據采集預處理、控制算法、常用公式計算、控制輸出等模塊實現火電機組的自動化控制；由于軟件平臺與硬件配置的差異，控制級軟件包的編程語言包括圖形化編程、文本化語言、面向問題的語言、通用的高級語言等多種不同類型。

與其他控制系統相比，熱工自動化系統主要具有以下幾個特點：一是硬件積木化，熱工自動化系統采用積木化硬件組裝式結構，功能模塊的選擇是通過在系統中增加或拆除單元模塊來實現，而對系統的完整性不會造成影響；二是軟件模塊化，熱工自動化系統為用戶提供了大量軟件模塊，從而極大得減少了軟件開發的工作量；三是通信網絡的通用性，建立多臺計算機互相連接的通信網絡，通過高速數據傳輸通道實現協調溝通、資源共享的目的；四是整體性能的可靠性較高，引入冗余技術、自診斷功能、抗干擾措施、高性能系統組件來提升自動化控制效率。

1.3 熱工自動化系統的發展現狀

火電廠熱工自動化技術的發展主要經歷了四個階段，從就地控制發展到集中控制階段，再到計算機控制階段，最終形成了當前廣泛使用的分散型系統。分散型系統主要由冗余網、交換設備、操作員站、工程師站、歷史站、控制器等部分組成，具有分散控制、集中管理、管控一體化等特點，能夠處理復雜的生產過程，并能夠勝任不同任務的操控要求。隨著自動化技術的發展，熱工自動化系統也趨于成熟，主控與副控一體化將成為熱工自動化系統的發展趨勢，并將加快信息化建設，由計算機數字化控制單元、副控車間廠級實時監控系統、廠級信息管理系統組成數字化網絡通信系統，從而推動火電廠發電成本的不斷降低。另外，火電廠為了適應低碳經濟時代的發展要求，熱工自動化系統的節能減排將成為未來發

2. 電廠熱工自動化設計中的節能減排對策

火電廠熱工自動化系統要實現節能減排的目標，應從設備的安全性控制、系統的經濟性運行、節能減排技術的可靠性、檢測儀表的創新性、隱性節能損耗因素分析等多個方面入手。

2.1 強化電力設備的安全性控制

只有保證火電機組的安全運行才能開展節能減排設計工作，因此，電力設備的安全運行是實現節能減排的基礎?；痣姍C組的長周期安全運行是保證節能減排的重點，設備故障停機后的重新點火都將消耗大量的資源。在熱工自動化系統的機組連鎖保護邏輯設計中，應加快超馳控制、輔機故障自動減負荷、燃燒器管理等邏輯設計部分的進一步完善，縮短設備的故障停機時間，確保電力設備的安全、穩定、長周期運行。重視機組設備的狀態監測與故障診斷工作，廠級監控信息系統應配置相應的狀態監測與故障診斷功能模塊，在熱工自動化系統的設計中增加設備監測點，對設備運行狀況進行實時、全面的檢測；加快設備檢修模式的轉變，根據設備狀態檢測數據，制定有針對性的檢修計劃，在保證設備安全運行的前提下延長機組檢修間隔，從而實現節能減排的目標，降低設備運行成本，不斷提高火電廠的經濟效益。

2.2 優化熱力系統的經濟性運行

在熱工自動化系統的軟件選擇中，應在進行完善的調查、梳理、評審、推薦、試用后選擇更為優秀的控制軟件，特別是對于分散控制系統的軟件選擇更應當經過科學的評估與討論，采用神經網絡、遺傳算法、模糊算法、非線性協調等先進算法的控制軟件應作為首要選擇目標。建立完善的火電機組經濟指標評價體系，構建機組數學模型，通過機組性能計算功能模塊對機組性能進行計算與分析，最終得出機組經濟指標評價體系。實現機組負荷經濟分配，通過機組性能計算的結果繪制機組負荷實時曲線，并將自動發電控制與機組經濟運行聯系起來，將火電廠經濟符合分配至每臺機組。通過廠級管理信息系統收集機組運行的實時數據，構筑性能優化知識庫，為機組運行過程中的性能問題做出診斷，從而提高機組運行的經濟性。

2.3 提升節能減排技術的可靠性

火電廠節能減排目標的實現需要相應的技術體系作為支撐。在機組啟動和低負荷運行狀態下，不斷提高等離子電火以及微油點火的安全性，從而減少燃油使用，推動環境保護、節能減排等目標的實現。加快脫硫和單元機組控制的融合，脫硫系統中的煙氣通道控制、煙氣排放溫度控制、吸收塔超溫保護均應納入熱工自動化系統的設計中，重視脫硫漿液制備、漿液循環、脫硫廢水處理等功能模塊的設計工作。針對采用變頻控制技術的大型輔機，應加快相關技術規范的編制，在系統設計中根據輔機運行特點選擇合適的變頻器控制方式。通過主蒸汽流量數據的獲取，為火電機組的運行監視、性能檢測、過程控制提供必要的數據信息，從而實現設備運行狀態的不斷優化。

2.4 加快節能減排檢測儀表的創新

節能減排檢測儀表的創新應從以下幾個方面入手：一是快速熱電偶的應用，解決蒸汽管道疏水袋介質排放難以準確控制的問題，利用快速熱電偶檢測疏水袋溫度，從而降低設備成本費用；二是閥門或管道超聲波檢漏，對疏水閥、再循環閥、旁路閥等管道控制閥裝設超聲波檢測儀；三是大型圓筒煤場的安全監測儀表，及時發現安全隱患并進行處理；四是露天儀表導管電熱防凍的溫度控制，通過自動溫控器來降低電能損耗；五是鍋爐爐膛溫度聲波檢測，控制鍋爐內火焰中心位置，實時監控爐膛出口溫度，優化風煤比，降低燃燒損耗；六是重金屬濃度在線監測儀表，設置Cd、Pb、Zn、As、Hg等重金屬元素檢測裝置，同時對于火電廠工業廢水也應重視重金屬檢測；七是無線傳感網絡，包括無線溫度、壓力、流量等傳感器。

2.5 重視隱性節能降耗因素

除了常規的節能減排方法外，在火電廠熱工自動化設計中還應重視隱性節能損耗因素。注意儀用壓縮空氣耗量，空氣耗量的大小與壓縮空氣機組配置的容量以及運行成本直接相關；重視不停電電源UPS負荷，歸納不同容量機組儀用UPS的實際負荷數據，對UPS選型提出科學的意見；電子設備間空調的設置，可以配合暖通專業確定電子設備間可行的空調技術條件，以取代傳統的空調系統，減少電子設備間空調運行費用；大機組控制回路及保護邏輯設計中各類傳感器（變送器、熱電阻、熱電偶、參數開關等）冗余配置數量較大，傳感器過多配備也增加了設備投資以及運行損耗，當前缺乏一個統一的規范體系作為參照。

3. 語

熱工自動化系統的主要功能包括數據采集與處理系統、模擬量調節系統、順序控制系統、鍋爐安全監視保護、汽機保護系統等，與傳統控制系統相比，熱工自動系統具有硬件積木化、軟件模塊化、通信通用化、高性能化等特點。為了適應低碳經濟時代的發展要求，熱工自動化系統的節能減排將成為未來發展的重要方向。要實現火電廠熱工自動化設計中的節能減排目標，應從強化電力設備的安全控制、優化熱力系統經濟運行、提升節能減排技術可靠性、加快節能減排檢測儀表創新、重視隱性節能降耗因素等六個方面入手，

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