火電機組節能降耗中熱工自動控制系統的應用分析

周志偉

火電機組節能降耗中熱工自動控制系統的應用分析

周志偉

（天津國電津能熱電有限公司 天津市 300459）

我國的火力發電廠是重要電力系統的組成部分，但是隨著生態環境污染問題的日益嚴重，需要對火電廠進行節能改造。本文就火力發電廠中熱工自動化技術進行分析。

火電機組；節能降耗；熱工自動化

1 引言

當前，節能降耗已經成為了我國行業發展和升級改造的重點，為此我國電力企業也必須實施相應的措施。電力企業在運行過程中需要煤作為支撐，作為我國的一項重要資源，煤的再生需要很長的歷史時間，一旦過度消耗，必定會對我國的可持續發展造成影響，同時，過度的能源消耗也會為電力企業經濟效益的提高造成阻礙，因此，必須要做好節煤降耗措施。要通過熱工儀表及自動控制入手，去實現節煤降耗，這對于我國電力企業以及社會的發展均具有重要價值。

2 熱工自動化技術概述

各類的火力發電機組不斷的發展與成熟，造成了其內部控制參數也產生了不斷的變化，變化過程豐富且復雜，為了實現發電機組的安全、經濟、連續性等功能的運行，需要對其采取一起相關的措施，對于火電廠的復雜控制是熱工自動化技術得以推廣的重要內容。對熱工自動化的傳感、控制等設備與其集成系統進行選進的軟件與設備功能的開發，對火電廠的自運行實現其自化動的監測、調節、自運保護、順序控制等四個方面的主要功能。使用熱工自動化技術可以對火電廠的運行工況，與其運行的參數，進行起停是的狀況等進行自動的監測與自動的檢查，這樣可以保證在狀況產生時，可以通過自動的方式進行自我的保護與處理，保證其運行中的安全與連續性，對于發電廠的經濟性進行有效的保障，減少因故障與異常所造成的火電廠的生產停止，造成社會與經濟問題的產生。所以熱工自動化在火電廠的運行中具有重要的作用。

3 影響火電機組能耗的因素

火電機組運行過程中，火電機組煤耗是評價機組運行效率以及整體性能的重點指標。影響火電機組煤耗的因素有很多，相應有效的解決這一問題，就必須要加大力度做好對影響因素的分析工作，這樣才能從每一種因素出發，去將節煤降耗的工作做到最好。①鍋爐能耗。通常來說，將鍋爐的效率視作其能耗指標，主要反映鍋爐的實際能耗，其中的關鍵因素有：排煙熱損失、化學不完全燃燒熱損失、機械不完全燃燒熱損失、散熱損失、灰渣物理熱損失等，主要影響參數包括排煙溫度、飛灰含碳質量分數、煙氣含氧質量分數、漏風率等。其中由于排煙熱損失受到了排煙氧質量分數以及排煙溫度的影響，所以它的影響最大，下以600MW機組為例，排煙溫度和排煙氧質量分數對機組煤耗的影響見表1所示。②汽輪機能耗。火電設備機組的另外一個重要組成部分。汽輪機的工作情況也是重點關注的對象。火電設備機組中的汽輪機是將熱能轉化為電能的中樞設備，其是火電廠生產效率的關鍵瓶頸，一般來說常用的評價汽輪機能耗的指標有熱端效率、冷端效率、通流效率等。具體的來說冷端效率對汽輪機整體能耗有著重大影響，這就使得在日常的工作中應該定期檢查凝氣器的工作狀態，確保凝結水的過冷度。回熱系統也是影響汽輪機能耗的主要因素，其主要作用是提高汽輪機利用水蒸氣的效率，由于水蒸氣不可避免的在循環過程中損失，所以補水器就成為回熱系統中的重要環節。以600MW機組為例，主汽壓力和主汽溫度對機組煤耗的影響見表2所示。③廠用電。火電廠雖然是發電單位，但是其很多輔助發電設備也是需要用電才能完成驅動的，最為主要的用電設備有磨煤機、排粉機、鼓風機等等。雖然說這些設備并不會對環境造成破壞，但是由于其也需要電力供應，就會使得火電設備機組的整體發電效果受到影響。

4 火電機組節能降耗中熱工自動控制系統的應用

4.1 鍋爐燃燒過程的控制

就當前的鍋爐燃燒過程的控制工作來看，熱工自動控制系統的作用主要體現在如下幾個方面：①通過實時分析鍋爐燃燒參數，然后由經驗豐富的鍋爐管理員來對鍋爐燃燒情況進行及時調整；②通過構建鍋爐實時監控系統，采用機械化方式來對鍋爐燃燒參數進行實時采集和分析，然后為進一步采取鍋爐燃燒調整策略提供數據支撐；③通過智能算法來對鍋爐燃燒參數進行智能分析，然后根據實際情況對鍋爐燃燒過程進行精細化控制。上述三類方法是在不同技術條件下產生的，而鍋爐燃燒過程的智能控制無論是在降低污染排放和鍋爐管理員勞動強度，還是在提高火電廠鍋爐運行效率和綜合經濟效益等方面，都具有顯著優勢。

表1 排煙溫度和排煙氧質量分數對鍋爐煤耗的影響

表2 主汽壓力和主汽溫度對機組煤耗的影響

4.2 鍋爐過熱汽溫的控制

受到過量空氣系數、鍋爐負荷變化、燃燒種類、受熱面污染情況及燃燒量的變化等多種因素的影響，鍋爐過熱汽溫具有非線性、時變等特性，導致其自動控制難度較大。隨著火電廠鍋爐機組朝大容量和高參數的方向不斷發展，傳統的過熱汽溫控制（如采用導前汽溫微分信號的雙回路汽溫控制系統、串級過熱汽溫控制系統等）效果愈發不理想，為此人們考慮將智能控制引入到汽溫控制系統中來，從而提高過熱蒸汽控制系統的品質。

4.3 鍋爐給水全程的控制

給水系統的穩定也是實現火電機組節能降耗的關鍵所在。現階段不少單元火電機組都廣泛采用一段式或兩段式給水全程控制系統，雖然它們基本能夠滿足鍋爐正常運行狀態時的生產要求，但在鍋爐啟停過程中，大型鍋爐的水位經常表現出較大的非線性和時變性，因此很難構建系統精確的數學模型來獲得較高的控制品質。例如，某電廠一、二期共5臺機組于20世紀80年代及90年代陸續投產。受當時自動化和投資水平的限制，電廠各輔助車間的控制均按車間集中控制的模式設置，運行人員在集控室內通過常規儀表盤柜對系統設備進行監視與操作。循環水泵系統的控制采用常規儀表和大量的后備硬手操實現。這樣的模式存在如下缺點：設備經過多年的使用，目前已經陳舊、老化，有的還被淘汰，備品備件稀缺；由于系統采用常規儀表和繼電器接線，造成運行人員操作監視范圍大、勞動強度大、控制系統復雜、設備維護工作量大等問題，其自動化水平不能適應電廠運行管理水平的要求；回路邏輯設計呆板，難以進行后期優化改；系統自動化程度低，運行效率低。對此，該電廠進行了優化改造，采用帶液晶監視器（LCD）顯示的上位機（工控機）和PLC構成的自動控制系統來實現對整個循環水工藝系統的控制。每臺泵配置1套PLC設備（一、二期循環水泵12臺），通過對PLC進行程序組態、邏輯優化、參數修正后，使其對數據實現輸入掃描、處理與邏輯運算、輸出掃描，以控制現場設備；運行人員通過操作員站與PLC設備進行數據通信，對循環水系統進行監視和控制。運行人員對整個循環水工藝系統的控制和操作通過監視器、鍵盤以及鼠標來完成，不再設置常規控制儀表盤。PLC控制系統的基本結構如圖1所示。

圖1 PLC控制系統結構示意圖

5 結束語

總之，電廠熱工自動化技術屬于一種新興技術，其具有一定復雜性，要想在電廠中更好的應用這項技術，國家必須重視該技術的研發，加大相關領域的資金投入，不斷進行技術創新。這樣熱工自動化技術的發展才會越來越好，熱工自動化技術才能為電廠實現經濟效益、社會效益以及生態效益保駕護航，才能促進我國電力事業的長期、健康可持續發展。

[1]劉武林，劉復平，胡雄輝，等.熱工自動控制對600MW火電機組節能降耗的影響[J].中國電力，2010，43（10）：44～47.

[2]馬瑞，高靜.火力發電廠自動邏輯創新優化對機組安全節能可靠的應用[J].自動化博覽，2013（10）：52～55.

[3]楊桂鋒.火電廠600MW機組熱工自動化控制對節能降耗的影響分析[J].企業技術開發（月刊），2015（7）：176.

TM611

A

1004-7344（2016）33-0089-02

2016-10-28

周志偉（1982-），中級工程師，本科，主要從事熱控工作。