熱工優化控制在火電廠節能中的應用

崔 馨，崔 敏

（西安和利時系統工程有限公司，陜西 西安 710000）

0 引 言

在我國的電能總量中，超過70%的電能來自于火電廠。在火電廠運行過程中，煤炭是主要的燃料類型。但是，由于煤炭燃燒會釋放大量的二氧化硫與二氧化碳氣體，嚴重污染我國的環境，而二氧化碳也是產生溫室效應的主要根源。因此，為了保護全球環境，我國提出了經濟升級與轉型，不斷調整自身的產業結構，大力發展可持續化低碳經濟。

1 熱工優化控制概述

煤炭資源的消耗巨大，但是資源消耗的程度卻不能與發電廠的發電率成正比。我國發電廠的現狀與國外的六七十年代的發達國家水平相當。究其原因，主要存在鍋爐線率不高等問題。因此，在火電發電廠運行過程中，必須采取合理措施，才能有效控制影響火力發電廠的各類因素。但是，由于我國電力事業的不斷發展，當下的火電發電廠已經不能滿足人們對節能減排的要求。因此，在現代化信息高度普及的情況下，火力發電廠逐漸向地洞滑閥箱發展。其中，熱工優化控制系統根據熱力學定律，在火電發電廠運行中可合理控制發電過程的溫度等參數，從而使火力發電廠實現節能減排。

2 傳統火電廠存在的問題

2.1 建筑能耗大

在傳統的火力發電廠建筑中，由于發電廠廠房的隔熱性能和廠房的門窗氣密性較差，因此發電廠的采暖設備設置不夠合理，導致火力發電廠整體能源的利用率較低，與國家提出的建筑節能標準相差較大。在我國，因為南北方的氣候存在一定差異，所以在建設廠房維護設計過程中，南方地區的火電廠廠房普遍不需要進行保溫設計，外圍一般采用單層鋼板，而北方地區火電廠的廠房需要在外圍進行保溫設計，一般采用雙層且夾層有保溫層的鋼板。在相應的鍋爐房中，一般根據南北差異會采用敞開式或者封閉式的維護結構。從節省能源的角度來看，火電廠應該將鍋爐放在廠房內，因為這樣有利于回收利用鍋爐余熱。

在主廠房建設過程中，主廠房的外窗設計主要需滿足室內的采光需求和廠房的通風需求。此外，外窗設計也影響了廠房的整體造型設計[1]。在我國，建設火電廠時，廠房一般為了建筑的立面美感，會采用大面積的玻璃窗。很多廠房設計中，玻璃面的面積甚至會達到50%，從而忽略了窗戶在整體結構中造成熱損失的最大部位，門窗不嚴實等現象會在很大程度上導致熱量喪失。此外，由于很多火力電廠中沒有合理利用鍋爐房產生的熱量，使其自由排放而影響機器的工作效率。

2.2 運營管理不規范

在火力電廠運行過程中，除了電力設備產生的能源消耗外，廠區內部的運營維護、用電等問題尚未得到有效管理，使得電能、水資源等產生不同程度的浪費。例如，在我國，火力發電廠有很多設備用房沒有人值班卻燈火通明，嚴重浪費了電能資源。這些現象的產生很大程度上是由于發電廠的管理不善造成的，因此火力發電廠的運營管理當前亟待改善。

3 火電廠能耗影響因素

3.1 鍋爐方面

在火力發電廠中，造成能源消耗的主要原因是鍋爐的燃燒率較低。火力發電廠發電過程中，鍋爐設備是發電廠最消耗能量的部分。在鍋爐設備進行煤炭燃燒的過程中，常常存在能量損失情況，這與鍋爐設備中漏風、漏粉等有著直接關系。造成鍋爐設備泄露的原因主要有以下幾個方面。第一，鍋爐設備中應該進行徹底燃燒的氣體與固體沒有進行充分燃燒。第二，鍋爐設備運行過程中產生了熱損失。第三，在對鍋爐設備進行煙塵等排除的過程中造成了熱損失。以上三點是造成鍋爐設備能量損失的主要因素。在鍋爐設備運行過程中，只有保障鍋爐的內部能夠進行穩定燃燒，才能使蒸汽參數趨于穩定，才能保障火電廠機組的正常運轉。

3.2 汽輪發電機方面

火力發電廠運行過程中，能耗問題會受到高壓加熱器、氣溫等多方面因素的影響。例如，在汽輪機中，噴嘴與葉片在運行過程中會產生一定程度的摩擦，導致葉片的頂部發生漏氣等現象，最終導致汽輪機在轉換熱能的過程中，蒸汽并不能完全轉化為內功。在火力發電廠中，較常見的汽輪機設備是噴嘴配汽車定壓。汽輪機的進油量多是有其調節閥門進行控制。在汽輪機正常運行過程中，由于調解閥門在特定范圍內產生的節流損失始終存在，尤其汽輪機在低負荷情況下，調節氣門的開啟次數變小將導致產生的損失變大，甚至會超出一定的定壓運行參數，導致火力發電廠在運行過程中能量消耗變大。

4 熱工控制系統在火電廠節能降耗工作中的作用

4.1 熱工控制系統降低鍋爐能耗

在鍋爐效率影響因素中，最重要的因素是排煙熱損失。如果在鍋爐運行中運用熱工控制系統，那么將很大程度地控制鍋爐的排煙溫度和排煙氧量，避免鍋爐產生熱損失現象。此外，在汽輪機設備中運用熱工控制系統，從而調整汽輪機調門運行方式，能夠有效避免汽輪機回熱系統產生故障而造成節流損失等情況。可見，熱工控制系統的使用，很大程度上降低了火力發電廠的能耗，有利于火電廠可持續發展目標的達成。

4.2 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。在火電廠中，電廠機組的送風量直接影響風煤比，從而造成火電廠的鍋爐內部產生空氣變化，影響鍋爐燃燒的效率。只有火電廠機組的送風量能夠達到一個最佳值，才能確保火電廠鍋爐的熱損失值降到最低。因此，在火電廠運行過程中，通過熱工控制系統可以控制機組與鍋爐中的氧量，提高鍋爐整體的燃燒效率，提升火力發電廠的整體運行效率。

第二，控制磨煤機溫度。為了火力發電廠中的鍋爐正常運行，必須限制磨煤機的出口溫度。因此，在磨煤機運行過程中，一定要添加一定比例的冷風。只有這樣，才能減少空頂器的風量。因此，在保證鍋爐能夠正常運行的情況下，要有效控制磨煤機的出口溫度[2]。在磨煤機運行過程中，如果送風量變低，那么磨煤機的排煙溫度將升高，這時磨煤機一定要在實際負荷下設計風量，然后通過合理的設置參數減少鍋爐的熱損失、機械不完全燃燒的損失等，最后有效降低鍋爐中的能耗。

第三，控制主蒸汽壓力。火力發電廠的機組在運行過程中，由于不同煤種之間的燃燒效率不同，鍋爐的燃燒效率也不盡相同。所以，控制系統需要根據機組的情況及時調整參數，確定閥門的開度，最終優化主汽壓力，保障火力發電廠機組運行具有經濟性。

第四，控制主汽溫度。在火電廠的機組運行過程中，如果主汽溫度過高，那么很大程度上將會增加機組負荷，影響機組的使用壽命，嚴重時甚至產生爆管現象，從而影響機組的整體安全性能。通過熱工優化控制系統優化主汽溫度，可使溫度趨于穩定，大幅提升機組的運行效率。

5 結 論

在火力發電廠運行過程中，通過熱工優化控制系統，能夠有效提高鍋爐設備中的燃煤效率，有效提升火電廠機組的發電效率，降低煤炭的消耗量。隨著社會的不斷發展和現代化信息的快速普及，很多自動化設備應用于火力發電廠，極大促進了火力發電廠向更智能化的方向發展，提高電廠的運行效率，實現火力發電廠節能減排的目標。