熱工優化控制在火電廠節能中的應用

趙翔

摘要：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]?；痣姀S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。

關鍵詞：熱工優化控制;火電廠;節能減排

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。

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。

3熱工優化控制在火電廠節能中的應用效果

3.1汽溫優化控制的應用效果

在對各種300MW以上容量的典型機組進行深入細致分析后，通過計算得知，在主蒸汽溫度降低1℃的情況下，汽輪機的熱消耗會相對升高0.032%，換化為功率相當于2.5kJ/（kW·h）。根據相關的數據顯示，隨著機組容量的不斷增大，主蒸汽溫度對于整個汽輪機的熱消耗影響程度越大。為了實現汽輪機的熱消耗降低，進而實現火電廠的能源消耗降低，需要適當地提高主蒸汽溫度、再熱汽溫自動控制的控制系統精度，并且降低超調量，進而實現設定值的提升，達到主蒸汽溫度、再熱汽溫“壓紅線”狀態下的運行。根據相關數據顯示，改善自動調節品質，其對于機組的運作效率影響很小;通過優化控制系統的工作狀態，能夠有效提升機組0.05%～0.20%的工作效率。

3.2主蒸汽壓力變化和節流優化的應用效果

3.2.1帶噴嘴順序閥節流調節優化效果

在滑壓運作下，對于機組變壓力的運行方式，負荷增加時，也增加相應的壓力，實現鍋爐的出熱量增加。優化中，為了有效克服在滑壓運行下其變負荷較慢的缺陷，通常需要在其升負荷時加大汽輪機的調節門，進而利用鍋爐的存儲熱量實現變負荷的速度提升。因此，在滑壓運作下，汽輪機的調節門也需要進行相關調節工作，但在定壓下保持穩態，進而實現汽輪機的節流損失降到最低。該優化方式又被稱為聯合控制滑壓方式。該優化方式在實現高負荷區具備很高熱效率的同時，又降低了低負荷區的水循環的惡化，且保障了機組對符合指令的快速反應。現階段，該優化方式在國內已經獲得廣泛使用。根據相關研究數據，使用聯合控制滑壓方式的優化方式，可明顯降低汽輪機的節流損失，可降低機組發電耗煤0.80g/（kW·h）。

3.2.2不帶噴嘴全周進氣型凝結水節流調節優化效果

隨著火電廠相關發電設備的不斷更新，600MW以及1000MW等超臨界、全程滑壓的汽輪機在我國逐漸得到廣泛推廣和使用[3]。其中，對于不帶噴嘴全周進氣型的超臨界汽輪機組而言，其運作中如果將調節門實現全開，那么可以實現節流損失的最小化，但會導致機組變負荷在其初期沒有儲存熱量的使用。僅依靠鍋爐來實現熱量的提供，是難以滿足一次性調頻需要的。因此，要在節流損傷控制上采取措施。通常采用的是汽輪機調控門的部分節流措施。就目前而言，大多數機組都會參與電網調峰運行。為了實現AGG對快速負荷響應的需求，需要高壓調節門預留較大的機組負荷進行余量調節，導致機組運行中在其低負荷階段的高壓調節門出節流損失過大，進而影響運作的經濟性，也就會造成火電廠的能源消耗增加。因此，在不帶噴嘴全周進氣型機組的節能優化措施上，凝結水節流調節優化措施誕生了。凝結水節流調節優化措施的優化原理為，在進行負荷增加的同時，將凝汽器的出口調節門關閉，進而降低凝結水的流量，從而降低凝結水的流量，進而降低低壓加熱器的抽氣量，加大蒸汽的做功量，實現機組的負荷增加。減負荷時，凝汽器出口的調節門打開，增加凝結水的總流量，從而實現低壓加熱器抽氣量的增加，降低整個蒸汽的做功量，達到機組負荷的總體降低。從技術上分析，凝結水節流調節優化技術，本質上就是一種充分對汽輪機回熱比上加熱系統中儲能技術的一種技術。通過相關研究數據表明，如果機組每年平均的負荷率達到75%，那么使用凝結水節流調節優化措施后會實現供電煤耗0.80g/（kW·h）的降低。

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.