熱工優化控制在火電廠節能中的應用

張立本

（陜西渭河發電有限公司熱工分場，陜西 咸陽 712085）

0 引 言

我國70%以上的電能都是由火電廠提供的，但火電廠發電過程中需要耗費大量的煤炭資源，而煤炭燃燒過程中會產生大量的二氧化碳和二氧化硫，對環境造成了嚴重污染，也是造成溫室效應的主要根源。為了保護人類共同的環境，國家提出要轉型升級經濟，調整產業結構，大力發展低碳經濟[1]。火電廠作為高能耗產業，長期在生產過程中大量消耗煤炭，排放大量的二氧化碳。因此，提高火電廠發電效率，降低能耗，迫在眉睫，對促進我國火電廠可持續發展也具有重要意義。

1 熱工優化控制概述

我國火電廠的生產運行對煤炭的消耗非常大，但是發電率不高，僅相當于國外發達國家六七十年代的發電水平。影響我國火電廠能耗的主要因素有發電機組的負荷率、火電廠鍋爐的效率、機組補水率、主汽壓力、主汽溫度等。所以，必須采取合理措施，有效控制這些參數。過去，火電廠大部分采用分散控制系統控制火電廠的生產。隨著我國電力事業的進步和發展，傳統的分散控制系統已經無法滿足當下火電廠節能減排的要求。計算機、信息技術、控制技術等技術的發展，使火電廠控制系統逐漸向自動化系統方向轉變。熱工自動控制系統是根據熱力學的定律，合理控制火電廠發電過程的溫度、壓力等參數，從而達到節能減排的作用[2]。

2 熱工控制系統在火電廠節能降耗工作中的作用

2.1 熱工控制系統降低鍋爐能耗

排煙熱損失是影響鍋爐效率的重要因素。鍋爐的排煙溫度和排煙氧量決定了鍋爐的熱損失。鍋爐在燃燒過程中如果燃燒不充分，也會增加煤炭的能耗。影響汽輪機的熱力學效率主要是主蒸汽和再熱蒸汽的溫度和壓力，以及汽輪機調門的運行方式造成的回熱系統效率、節流損失等[3]。

2.2 熱工控制系統在火電廠機組節能減排中的作用

熱工優化控制系統在火電廠機組節能減排中的作用主要體現在以下幾個方面。第一，送風控制。火電廠機組的送風量影響到風煤比，造成鍋爐內空氣變化，從而影響鍋爐的燃燒效率。只有送風量達到一個最佳值，才能確保鍋爐排煙熱損失和機械不完全燃燒損失之和的數值最小。所以，通過熱工控制系統優化機組負荷和鍋爐中的氧量，可提高鍋爐燃燒效率。第二，控制磨煤機溫度。為了確保鍋爐的正常運行，必須限制磨煤機的出口溫度。因此，需要在磨煤機出口添加一定比例的冷風，以減少流經空頂器的風量。所以，在確保鍋爐安全的前提下，要提高磨煤機的出口溫度。通過熱工控制系統，可以設定磨煤機出口溫度，提高鍋爐燃燒效率。磨煤機在運行過程中，如果風粉配比曲線與設計值出現了偏差，那么磨煤機的出口溫度一定會發生變化。當送風量低時，排煙溫度會升高，這時磨煤機必須按照機組運行實際負荷設計一次風量，通過合理設置參數，有效減少鍋爐的排煙熱損失、化學不完全燃燒熱損失、機械不完全燃燒熱損失，有效降低鍋爐能耗。第三，控制主蒸汽壓力。機組運行過程中，不同的煤種燃燒效率不同，鍋爐燃燒的效率也不同。所以，控制系統需要及時調整機組的運行參數，從而確定滑壓參數運行區域內的閥門開度，優化主汽壓力和高壓調節閥門，確保機組運行的經濟性。第四，控制主汽溫度。如果主汽溫度過高，那么會增加機組的負荷，影響到發電設備的使用壽命，嚴重時可能出現爆管等現象，影響發電機組的安全性能。所以，需通過自動化控制系統優化機組主汽溫度，確保氣溫處于一個比較穩定的水平，提高機組的運行效率[4]。

3 熱工優化控制在火電廠節能中的應用效果

根據當前我國大部分機組的情況進行分析計算，發現當主蒸汽溫度降低1 ℃時，汽輪機組的消耗量將提高0.032%，也就是2.5 kJ（kw·h）-1熱量。研究表明，發電機組的容量越大，主蒸汽溫度對汽輪機的耗能也越大。所以，為了降低汽輪機的消耗，需要提高主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度控制的精度，減少機組能耗。為了更好地得到優化控制效果，對投入運行一年的600 MW火電廠發電機組各個參數進行對比，同時分析機組經濟性，以及主、再熱蒸汽溫度變化對機組經濟平均指標的影響，得出如表1、表2所示的結果。

表1 某600 MW火電廠機組氣溫優化前后一年平均值溫度變化及對機組經濟性能的影響

表2 某600 MW火電廠發電機組主、再熱蒸汽溫度變化對機組平均經濟性能指標的影響

由表1、表2可以看出，通過熱工優化控制系統優化600 MW機組主、再熱蒸汽溫度后，機組能耗降低了0.14%，發電機組效率提高了0.141%，發電耗煤量降低了0.418 kJ/（kw·h）-1，節能效果明顯。

4 結 論

通過熱工優化控制系統，可以提高燃煤效率和發電機組的發電效率，降低發電機耗煤量。隨著科學技術的進步，計算機技術、控制技術、信息技術等先進技術和設備廣泛應用于電力系統，極大地促進了電力系統向自動化、智能化方向發展。將現代化技術手段應用于火電廠運行和管理過程，極大地提高了電廠發電效率和發電質量，從而更好地實現了火電廠節能減排的目標[5]。

參考文獻：

[1] 梁景源.火電廠熱工自動控制系統優化策略[J].中國科技投資，2017，（19）：131-132.

[2] 張秋生.熱工優化控制在火電廠節能中的應用效果研究[J].中國電力，2016，（6）：6-9.

[3] 黃前飛.熱工優化控制在火電廠節能中的應用效果分析[J].現代制造技術與裝備，2017，（5）：79-81.

[4] 牟曉東，王曉輝.熱工優化控制在火電廠節能中的應用效果分析[J].絲路視野，2017，（34）：125-126.

[5] 李德波，曾庭華，廖永進，等.燃煤機組SCR脫硝系統近零排放下熱工控制研究與工程實踐[J].動力工程學報，2017，（7）：569-576.