低碳背景下火電廠熱工自動化研究

楊亞利

（陜西國華錦界能源有限公司，陜西 榆林 719300）

隨著我國社會經濟的發展駛入“快車道”，人們的生活水平發生了翻天覆地的變化，各種電器用量不斷攀升，每年用電量呈逐漸增長趨勢。火電廠在發電過程中，一方面滿足了人們對電能的需求，但也給環境造成了嚴重污染。因此，在低碳背景下開展火電廠熱工自動化研究具有非常重要的現實意義。

1 火電廠熱工自動化概述

火電廠熱工自動化是指在沒人參與的情況下，利用自動化控制理論、計算機控制理論和有關控制裝置對火電廠的機器設備進行有效控制，且確保系統運行的穩定性、安全性和高效性。火電廠熱工自動化系統包括輔助設備自動化和主機自動化兩部分，每個模塊均由自動控制與測量、信息采集與處理、系統保護、系統自動報警等若干個自動化模塊組成。火電廠熱工自動化系統可自動調節生產設備參數，控制自動化生產設備的運行順序，完成系統的安全檢測與控制。火電廠利用熱工自動化技術不但能大大提高設備運行的效率和可靠性，還能有效節約生產成本，確保設備運行安全。

2 低碳背景下的火電廠熱工自動化優化

2.1 系統設計優化

2.1.1 優化熱控制系統

一是優化汽輪機監視儀表系統性能，提高可靠性。汽輪機監視儀表系統是導致機組故障的重要原因，通過反復研究和調查發現，對汽輪機監視儀表進行優化后，可大大減少其導致機組誤動的概率。

二是增強抗干擾能力和接地可靠性。現階段，很多外界環境中的因素都可能對火電廠熱控制系統造成一定的干擾，使得控制系統的測量數據不準確、運行不穩定，甚至還會導致控制系統發出錯誤指令，引發機組跳

閘或設備故障，對整個熱控制系統的有效運行造成嚴重影響。因此，增強熱控制系統的抗干擾能力和接地可靠性對于確保熱控制系統的安全穩定運行具有非常積極的作用。

三是優化熱控制系統邏輯。熱控制系統和控制設備運行環境中的電磁強度非常大，不但容易受外部環境干擾，其自身運行也可能發生異常，造成信號錯誤。當連鎖保護出現錯誤測量信號時，很可能導致系統誤動。為保證系統信號的準確傳遞，應采用單點測量信號的方式。

2.1.2 機組負荷經濟分配

以往火電機組控制系統中的自動發電控制主要是由電網對各臺單位機組的目標負荷進行直接調控，即利用硬接線的方式，將遠程終端與電廠端機組DCS 進行連接，由此達到遠程調控的效果，該方式可有效確保電廠及電網運行的可靠性、安全性，但不具有明顯的節能減排效果。隨著“廠網分開”和“競價上網”的深入實施，原來的自動發電控制方式已不適用，需由各發電公司單獨發送負荷指令，給各個機組分配電廠經濟負荷，以此將火力發電機組與自動發電控制有效連接起來，提高電網營運的經濟性。負荷經濟分配一般情況下會配置到SIS 系統（廠級監控信息系統），也就是以耗差分析結果和單元機組實時性能的計算結果為依據，得出機組負荷的實時特性曲線，掌握負荷經濟分配的實時效果。在設計之初就可以將MIS 系統（管理信息系統）和SIS系統的通用功能進行結合，設計出一套兼具MIS 系統功能和SIS 系統功能的綜合化系統，如此不但可為電廠節約初始投資，還可適應電廠調度工作的需要，為電廠日常信息管理提供有效保障，在源頭上解決排放指標和能耗控制的難題。

2.1.3 安全指標優化

在設計火力發電廠的熱工自動化系統時，應優先確保火力發電廠的運行平穩，其次，再考慮火力發電廠日后的節能降耗問題。假如在平時工作中發生異常狀況，導致機械設備無法正常運行而被迫停工，將會耗費大量整修資源，再次啟動火力發電廠的機械設備時，還需要消耗大量燃煤，會對火力發電廠開展節能減排工作造成非常不利的影響。所以，在設計火力發電廠時，一定要最大限度地降低火力發電機械設備出現故障的概率，盡量減少火力發電廠因非正常原因導致的停工時長。另外，還要全面做好不同工作機械、不同工作區域的檢查工作，對各種事故進行有效預判，減少故障發生的概率。此外，還應盡可能地利用智能化自動監察系統，徹底轉變傳統依賴人工巡查的陳舊模式，降低檢修時長，這樣不但可以提升火力發電廠的經濟效益，還可大大降低火力發電廠排放污染物的數量。

2.1.4 系統經濟運行優化

在選擇火力發電廠的熱工自動化控制軟件前，要進行充分的測試和評價，在試用熱工自動化控制軟件時，要選用各種不同的控制系統算法，保證熱工自動化控制的工作效率。為實現節能減排效果，火力發電廠要設法提高電煤脫硫速度和電煤脫硫率，可通過自動控制系統對脫硫吸收部分進行控制，二次處理含硫廢液，切忌直接排放含硫廢液，以免造成環境污染。此外，要不斷提升機運行械的安全性，積極發揮火力發電廠熱工自動化控制系統在節能減排方面的作用。

2.2 新技術應用

2.2.1 等離子點火

等離子點火在節能環保和技術先進性等方面具有明顯的優勢，因此，在我國火電廠中被廣泛應用。采用傳統點火技術時，鍋爐點火系統會受到煤炭質量的影響，在遇到煙煤、貧煤、褐煤時，傳統點火系統很難實現有效點火。等離子點火采用了集電磁、機械壓縮與開放式磁穩于一體的等離子發生器，其功率可調、連續，能成功地點燃煙煤、貧煤以及褐煤。該項技術的應用不但大大提高了火電廠鍋爐運行效率，也降低了火電廠對燃煤質量的要求。等離子點火系統采用高導電、高導熱以及不易氧化的特殊合金材料制成陽極和陰極，并且采用了強化冷卻結構，能夠長期穩定使用。此外，由于使用了特殊合金材料，可直接以空氣作為等離子載體，而不需要使用專門的惰性氣體對電極進行保護，不但使系統更為簡化，還在很大程度上降低了運行費用。

2.2.2 機組自動控制和脫硫

目前，大部分火電廠都運用碳酸鈣濕法脫硫技術對尾氣進行脫硫處理，且燃爐部分和脫硫部分是相互獨立的，兩者之間僅通過導線相互串聯，既無法滿足該技術設計的安全性要求，也限制了節能減排作用的發揮。近幾年，隨著環境污染問題的不斷加重，節能降耗問題被擺上了重要議事日程。因此，火力發電廠應當對機組自動控制系統和脫硫系統進行聯動改造，將脫硫部分融合到DCS 控制系統中，并減少脫硫部分的增壓風機和交換器數量，使燃爐控制與脫硫系統煙氣通道控制之間的聯動更為緊密，進而更好地達到節能減排的目的。

2.2.3 新型檢測儀表

新型檢測儀表在火電廠熱工自動化控制中具有非常重要的作用，例如，采用快速熱電偶能有效提高蒸汽管道疏水時間；設立大型圓筒煤場有利于檢測煤堆的溫度，避免發生煤場自燃現象；采用超聲檢漏技術能減少閥門管道發生故障的概率；采用聲波檢測技術能有效控制鍋爐燃燒工況，減少熱量散失，提升燃煤利用率。

2.2.4 變頻控制技術

火力發電廠引用變頻器可有效提升節能效果，而投資購買變頻器設備會花費大量資金，尤其是高壓變頻器，價格更是不菲。與此同時，還要為其設置專用機房，在使用過程中，還要考慮到高次諧波對周圍信號的干擾。因此，火電廠在引進變頻器之前，應先確定哪些輔機適宜使用變頻控制技術，不但要進行相應的可行性分析，還要編制行業性技術規范。如果輔機以額定負荷運行或轉速調節范圍不大，在使用變頻器前要對該類輔機進行經濟技術分析。在確定變頻方式時，要對變頻器的控制方式和電壓等級進行綜合考慮。

3 結語

總而言之，在低碳背景下，可通過采取熱控制系統優化、機組負荷經濟分配、安全指標優化、系統經濟運行優化等幾項有效措施，并積極應用等離子點火、新型檢測儀表、變頻控制技術等多項新技術，不斷提升火電廠熱工自動化程度，實現節能降耗的目的。