火電廠節能中熱工優化控制的應用

展恩彬

（中國電建集團核電工程有限公司，山東 濟南 250102）

1 熱工優化控制概述

火電廠在實際生產過程中會消耗大量的煤炭資源，但是整體發電效率與國外發達國家相比還有待提升。對我國火電廠能耗問題造成影響的因素主要包括火電廠鍋爐的運營效率、電廠發電機組的整體負荷率、主汽壓力、機組補水率、主汽溫度等，為了實現火電廠節能目標，必須對上述幾個方面實施有效的參數控制。大多數火電廠在過去的生產活動中主要應用分散控制系統實施生產控制，隨著近年來電力事業的快速發展，原有的分散控制模式已經不能完全滿足火電廠節能生產的需求。通過與信息技術、計算機控制技術等多種新型技術的融合發展，火電廠熱工控制技術在不斷優化與革新，能夠更加合理地對火電廠發電過程中各項參數實施控制，實現節能減排的生產目標。

2 火電廠中的熱工優化控制技術類型

2.1 熱工智能控制技術

火電廠的熱工控制系統相對比較復雜，采用傳統火電廠生產中應用的常規熱工控制手段容易發生強耦合、延遲或誤控等問題，給火電廠的運營帶來經濟損失，增加設備故障檢修人員的工作壓力和能源損耗，浪費更多寶貴資源。而新型熱工智能控制技術能夠有效避免上述問題的發生。熱工智能控制技術主要可作用于以下幾個方面。

（1）對火電廠鍋爐的燃燒過程實施控制。鍋爐燃燒期間實施的控制內容主要包括對其燃燒狀態數據信息的監測和采集，通過監測過程獲取的相關數據，熱工智能控制系統會通過智能算法實施分析，系統中的智能算法主要包括人工神經網絡算法、多級可拓算法、專家分析系統以及模糊控制算法等，通過多種不同算法模式能夠對系統PID控制參數實施有效調節控制，進而實現對鍋爐運行燃燒的有效控制。

（2）對火電廠鍋爐的溫度控制。熱工智能控制系統能夠實現對鍋爐汽溫的控制，在鍋爐運行過程中，其汽溫處于不穩定的變化狀態，應用傳統熱工控制方式已經不能滿足大型火電廠的溫控需求。當前針對火電廠鍋爐汽溫控制所應用的智能控制技術主要有兩種，分別為神經網絡智能溫控技術以及汽溫模糊控制技術，能夠實現不同負荷狀態下鍋爐汽溫的有效節能控制。

（3）對鍋爐給水實施控制。如果火電廠生產規模較大，應用傳統的鍋爐給水方式容易導致系統給水速度過于緩慢或者給水不足的情況，為了實現給水控制的穩定性和精準性，應用PID智能給水技術能夠有效解決上述問題，該技術還能夠實現給水系統的結構簡化，同時可顯著提升給水系統的穩定和節能性。

2.2 現場總線控制技術

現場總線控制技術是一種普遍應用在工業控制中以及企業通信與傳輸控制單元中的控制技術，這種新型火力控制技術在火力發電廠生產過程中引入應用的時間較短，其能夠替代傳統的分散控制模式。與分散控制技術相比，此種控制系統的應用成本更加低廉，控制系統更具開放性，系統組成模式更加先進優越。這一技術的應用顯著優化了熱工控制整體效率，間接提升了火電廠節能降耗水準。當前火電廠中現場總線控制系統主要包括以下結構體系，分別有監控網絡結構層、生產管理結構層以及控制網絡結構層等。工程技術人員利用該技術能夠對火電廠的生產過程實施監控、操作以及后續維護管理。

3 火電廠現存能耗問題

3.1 火電廠鍋爐方面現存能耗問題

在火電廠的生產過程中，造成能源損耗的主要原因之一就是鍋爐運行燃燒的效率相對較低。一般情況下，鍋爐裝置是火電廠發電過程中能源消耗相對較少的部分，但是鍋爐設備的生產需要燃燒煤炭，在此過程中如果鍋爐設備中存在漏風或者漏粉的情況，就會造成部分能量損失，阻礙火電廠節能降耗目標的實現。而造成鍋爐發生上述泄露問題的原因主要有以下方面：（1）可能是鍋爐中的固體與氣體沒有進行充分的燃燒；（2）鍋爐設備運行期間不慎出現了熱能損失；（3）對火電廠鍋爐設備進行除塵排煙的過程中造成了熱能損失。由此可見，火電廠鍋爐在運行期間必須確保鍋爐內部物質的穩定充分燃燒，進而使其蒸汽相關參數控制在標準范圍內，維持發電機組的運行，這也需要熱工優化控制技術的輔助才能更好地實現。

3.2 火電廠汽輪發電機方面存在的能耗問題

火電廠生產期間，導致能源損耗的常見影響因素還包括汽溫以及高壓加熱器等，例如汽輪機在生產運行期間，其蒸汽噴嘴裝置和葉片裝置會產生一定的接觸摩擦，進而導致葉片頂部出現漏氣的情況，這樣一來，汽輪機在進行熱能轉化期間，蒸汽將難以全部轉化成內功。火電廠生產過程中比較常用的汽輪機裝置是噴嘴配汽車定壓裝置，該裝置的進油量是由調節閥門裝置實施控制的，而設備正常運轉期間調節閥門裝置會產生一定程度難以避免的節流損失，當汽輪機裝置處于低負荷運行時尤為嚴重，如果調節閥門裝置的開啟次數變少，其產生的節流損失會更大，甚至會大于系統的定壓運行參數限制，進而導致火電廠的能量消耗增加，影響節能降耗生產目標的實現。

4 火電廠節能中熱工優化控制的應用

4.1 熱工優化控制在送風控制中的應用

對于火電廠而言，其系統機組的送風量直接影響風煤比，使火電廠鍋爐設備內部結構中空氣發生變化，進而對其內部燃燒效率造成影響，想要降低鍋爐內部燃燒期間產生的熱量損失，必須嚴格控制火電廠機組的送風量，令其處于最佳值。利用熱工優化控制技術能夠對機組與鍋爐設備中的含氧量實施有效調節控制，顯著優化鍋爐內部的整體燃燒效率，大大降低熱損失。

4.2 熱工優化控制在磨煤機溫度控制中的應用

想要確保火電廠中鍋爐設備的正常運行，需要嚴格控制磨煤機出口部分的溫度。為了做好溫度調節，磨煤機運行期間需添加適當比例的冷風，以達到降低空頂器風量的目的。磨煤機運行期間如果送風量降低，會導致其排煙溫度持續上升，此時應用熱工優化控制技術能夠確保風量控制的合理性，通過設置科學的風量參數可以顯著降低機械燃燒不完全造成的熱量損失以及鍋爐燃燒過程中產生的熱量損失，控制整體能耗。

4.3 熱工優化控制在主蒸汽壓力控制中的應用

火電廠機組運行期間由于應用的煤炭種類各自的燃燒效率存在差異，因此其在鍋爐內部的燃燒程度也有所不同。應用優化控制技術能夠根據機組的實際運行情況對參數進行調整，以此科學設置閥門裝置的開度，實現主汽壓力的優化控制，保障發電機組的節能運行。

4.4 熱工優化控制在主汽溫度控制中的應用

火電廠機組運行期間如果主汽溫度過高，那么在一定程度上會加重機組的實際運行負荷，縮短機組的使用年限，嚴重時甚至會出現爆管問題，大大降低機組運行安全等級。應用熱工優化控制技術，能夠有效調節主汽溫度，令主汽溫度處于恒定狀態和安全范圍之內。

4.5 熱工優化控制在機組運行保護中的應用

熱工優化控制系統具有自動化保護功能，系統中安置了感應原件，如果機組運行過程中參數超標，感應原件就會接收到信號，開啟系統自動保護裝置，防止對機組設備造成不良影響，避免造成更多能量損失，節省更多能源。通過應用自動化保護功能，能夠借助計算機控制平臺優化調節保護系統的控制參數，在實施過載保護時，能夠通過該系統將供電電壓實施轉移，進而避免機組中存在的故障對地方的機組供電造成干擾。此外，為了更好地保障熱工機組的穩定運行，增強其安全性能，降低系統的能耗損失，相關技術人員在機組儀表裝置上進行了更新，應用數字儀表裝置取代了組裝儀表，使儀表裝置更加精準，大大降低了常見故障的發生頻率。與此同時，應用協調控制系統能夠更加便捷地觀察熱工保護系統的運行情況，根據實際需求進行參數調整。

4.6 熱工優化控制在鍋爐能耗控制中的應用

排煙熱損失是降低鍋爐運行效率的關鍵，通過借助熱工控制系統，能夠在一定程度上控制鍋爐排煙的溫度及排煙氧量，降低熱損失。同時，熱工控制系統能夠優化汽輪機調門運行，降低系統故障產生的節流損失，從而提高系統運行效率。由此可知，在鍋爐能耗中借助熱工優化控制，可以很大程度使鍋爐能耗降低，促進火電廠節能發展。

4.7 熱工優化控制在系統預警中的應用

熱工優化控制系統還具備預警功能，機組設備運行期間如果機身溫度超過既定標準值，系統中的溫感元件會自動接收溫度異常預警指令，將相關異常數據上傳至控制系統平臺，平臺將數據實施轉化之后將預警信息傳遞到相關控制部門，在最短時間內實現溫度控制，避免后續溫度持續上升引發火災。為優化火電廠生產安全等級，避免不必要的安全事故，技術管理人員應根據火電廠中火災風險等級相對較高的區域對信號數據的傳輸特異屬性進行分析，科學設定預警閾值，高風險周邊應該設定有效事故預防措施，與其他設備機組隔離開來，確保熱工控制系統持續運行工作。預警功能設備故障可以在短時間內解決或者修復完畢，在造成更大損失之前將危機消除，大大提升機組故障的檢修效率，縮短故障排除時間，節省后續維護和檢修費用，大概率避免系統機組運行故障，節省后續運維費用和相關資源，實現節能減排目標。

5 結束語

綜上所述，火電廠運行發展中要消耗大量的能源，其中能源損失現象嚴重，不利于火電廠可持續發展，也難以實現節能減排的目標。因此，為了提高燃煤效率，提高發電機組的生產效率，要充分借助信息技術、計算機及控制技術和相關設備，提高系統運行的自動化和智能化，在發揮現代技術優勢的同時，進一步解決火電廠當前存在的能耗問題，通過熱工優化控制，提高各部分的運行質量，降低熱損失，加快火電廠節能發展。