火力發(fā)電廠低碳電力生產(chǎn)及自動控制研究

趙凱

摘 要：火力發(fā)電廠在電能生產(chǎn)方面具有不可替代的重要作用，但由于實(shí)際生產(chǎn)中以煤炭作為主要燃料，加之各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的控制不到位，從而使得碳排放量比較大，與低碳環(huán)保的生產(chǎn)要求不符。為有效解決這一問題，火力發(fā)電廠應(yīng)當(dāng)明確低碳生產(chǎn)目標(biāo)，對自動控制技術(shù)及系統(tǒng)進(jìn)行合理運(yùn)用，提高控制效果，降低碳排放量。基于此點(diǎn)，文章從火力發(fā)電廠低碳電力生產(chǎn)的重要意義分析入手，論述了火力發(fā)電廠低碳電力生產(chǎn)及自動控制。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠;低碳電力生產(chǎn);自動控制

1火力發(fā)電廠低碳電力生產(chǎn)的重要意義

在我國，火力發(fā)電廠（以下簡稱火電廠）是生產(chǎn)電能的重要場所之一，由于火力發(fā)電以煤炭作為主要燃料，從而使得電力生產(chǎn)過程中，二氧化碳的排放量相對較大，由此對大氣環(huán)境造成了一定的污染和破壞。為在保證火電廠正常產(chǎn)能的基礎(chǔ)上，降低二氧化碳的總體排放量，火電廠應(yīng)當(dāng)進(jìn)行低碳電力生產(chǎn)。通過低碳電力生產(chǎn)，一方面能夠逐步減少二氧化碳的排放，減輕對大氣環(huán)境的影響程度，緩解溫室效應(yīng)。另一方面能夠使火電廠獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益，有助于促進(jìn)火力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展。可見，火電廠進(jìn)行低碳電力生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2火電廠低碳電力生產(chǎn)中的自動控制

2.1自動控制的具體應(yīng)用

火電廠低碳電力生產(chǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，離不開自動控制技術(shù)及相關(guān)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，通過自動控制能夠保證電力生產(chǎn)過程的高效性、安全性和穩(wěn)定性，由此可使各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的碳排放量隨之減少。

2.1.1在鍋爐燃燒系統(tǒng)中的應(yīng)用

鍋爐是火電廠不可或缺的重要生產(chǎn)設(shè)備之一。為實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)過程高效率、高利潤、低排放的目標(biāo)，應(yīng)當(dāng)使用最少的燃料，完成最大的電能輸出。鍋爐的主要作用是使煤炭等燃料燃燒后產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，據(jù)此對水進(jìn)行加熱，生成蒸汽，驅(qū)動汽輪機(jī)做功。在實(shí)際生產(chǎn)中，煤炭的質(zhì)量、負(fù)荷變化等因素，都會對火電廠鍋爐的運(yùn)行造成影響，同時，由于受到燃燒率的制約，使得很難對鍋爐的燃燒過程進(jìn)行精確地測量。為實(shí)現(xiàn)對鍋爐燃燒的有效控制，可以對自動控制進(jìn)行合理運(yùn)用，并在自動控制中，引入智能控制技術(shù)，利用專家系統(tǒng)，以相關(guān)數(shù)據(jù)為依托進(jìn)行正向推理，據(jù)此來判斷知識庫的規(guī)則，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒的自動控制。通過對鍋爐進(jìn)行自動控制后，能夠使鍋爐的燃燒效果達(dá)到預(yù)期中的目標(biāo)，減少了煤炭等燃料的消耗量，不但節(jié)省了生產(chǎn)成本，而且還降低了碳排放量。以某火電廠為例，該火電廠根據(jù)鍋爐的實(shí)際運(yùn)行情況，對現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，引入PID控制器^[1]，對鍋爐的燃燒過程進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了低碳的生產(chǎn)目標(biāo)。

2.1.2在制粉系統(tǒng)中的應(yīng)用

燃煤制粉系統(tǒng)的與運(yùn)行情況與機(jī)組的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行密切相關(guān)，由于制粉系統(tǒng)的工作環(huán)境較為惡劣，加之系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，從而使得該系統(tǒng)的運(yùn)行能耗相對較高，這與火電廠節(jié)能減排的生產(chǎn)目標(biāo)嚴(yán)重不符。為有效解決這一問題，可對制粉系統(tǒng)進(jìn)行自動控制，從而使該系統(tǒng)始終保持最佳的工況，降低制粉單耗及電耗。火電廠可在制粉系統(tǒng)的自動控制中，對智能化控制技術(shù)進(jìn)行合理運(yùn)用，通過對現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時采集，利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)^[2]，對磨煤機(jī)、排粉機(jī)的電流模型進(jìn)行構(gòu)建，以此來實(shí)現(xiàn)對制粉系統(tǒng)運(yùn)行過程的自動控制。

2.1.3在再熱汽溫控制中的應(yīng)用

火電廠進(jìn)行電力生產(chǎn)的過程中，如果再熱蒸汽的溫度低于預(yù)先設(shè)定好的數(shù)值時，那么會對機(jī)組的熱循環(huán)效率造成不利影響，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)組的運(yùn)行安全性下降，碳排放量會隨之增加。由于再熱汽溫控制本身所具備的特點(diǎn)，從而增大了控制難度，常規(guī)的控制方法很難達(dá)到預(yù)期中的控制效果。因慣性較大，加之實(shí)時變化性強(qiáng)，使得再熱汽溫在一定負(fù)荷下的參數(shù)變化情況非常明顯，并且還容易受到各種外界因素的干擾。通過常規(guī)的PID控制器對再熱汽溫進(jìn)行控制時，控制器自身無法對相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行自動調(diào)整，所以無法滿足實(shí)時控制要求。針對這一情況，可以引入模糊控制理論^[3]，設(shè)計(jì)開發(fā)一款具備自動調(diào)節(jié)功能的控制系統(tǒng)。模糊控制在控制策略的實(shí)現(xiàn)方面更加便捷，并且不會對控制對象產(chǎn)生過多的依賴。同時，模糊控制還具有非線性的特征，當(dāng)控制對象本身比較復(fù)雜時，能夠提高控制效果。不僅如此，當(dāng)負(fù)荷一定時，模糊控制器能夠在非常短的時間內(nèi)，對干擾進(jìn)行消除，并且對負(fù)荷擾動具有較強(qiáng)的魯棒性，從而為再熱汽溫的控制提供有利條件。火電廠在實(shí)際生產(chǎn)過程中，若是只用模糊控制來控制再熱汽溫，也很難達(dá)到實(shí)時控制的需要，故此可將模糊控制與PID結(jié)合到一起，這樣便可以達(dá)到實(shí)時控制的效果，以此來降低電力生產(chǎn)的碳排放量。

2.2自動控制的應(yīng)用效果

在火電廠低碳電力生產(chǎn)過程中，自動控制的應(yīng)用效果主要體現(xiàn)在如下幾個方面：一是能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動檢測。通過對設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的自動檢測，可以使設(shè)備始終保持穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行狀態(tài)，從而提高生產(chǎn)能效，降低能耗及碳排放量。當(dāng)自動檢測到某個參數(shù)異常時，自動控制系統(tǒng)會發(fā)出提示，可避免故障問題的發(fā)生。二是能夠?qū)崿F(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動保護(hù)^[4]。設(shè)備運(yùn)行時，不可避免地會出現(xiàn)故障，如果因故障停機(jī)，則會影響電能供應(yīng)，可能會引起停電。而自動控制所具備的保護(hù)功能，可以避免該情況的發(fā)生。三是能夠?qū)崿F(xiàn)順序控制。自動控制以火電廠的生產(chǎn)實(shí)際為依托，可以按照預(yù)先設(shè)定好的程序運(yùn)行，對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行自動控制。因控制系統(tǒng)中的子系統(tǒng)均為獨(dú)立，所以不會相互干擾，能夠?qū)崿F(xiàn)順序控制。

3結(jié)論

綜上所述，火電廠應(yīng)當(dāng)以低碳電力生產(chǎn)作為主要目標(biāo)，在生產(chǎn)過程中，引入自動控制技術(shù)及相關(guān)系統(tǒng)，對關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)和設(shè)備進(jìn)行自動化控制，提高設(shè)備的運(yùn)行效率，在降低能耗的基礎(chǔ)上，減少碳排放量，減輕對大氣環(huán)境的污染和破壞，實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電的可持續(xù)發(fā)展。

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