火電廠熱工自動化中自動控制理論及實際應用研究

王冬生

(山西漳電大唐塔山發電有限公司，大同 037000)

0 引 言

結合實際調研可以發現，現階段我國很多火電廠在熱工自動化方面存在欠缺，如鍋爐壓力變化較大、可靠性不高、自平衡能力較差。為盡可能提升火電廠熱工自動化水平，保證火電廠的安全穩定運行，正是本文圍繞火電廠熱工自動化中自動控制理論及實際應用開展具體研究的原因所在。

1 火電廠熱工自動化中自動控制理論及基本應用

在國內外自動化控制理論的研究過程中，相關研究主要存在三個階段，即經典控制理論、現代控制理論、智能控制理論，三個階段并非單純的發展和延續關系，同時也存在相互配合共存關系。圍繞經典控制理論進行分析可以發現，作為早期的自動化控制理論，該理論包含了串級控制法、根軌跡法、PID控制法、頻率法、非線性系統分析法等；現代控制理論屬于經典控制理論的延續，通過線性代數、時域法等數學方法，現代控制理論建立的數學模型可模仿系統運作規律，并以此整合優化系統中各項數據，系統設計的完善也可同時實現。相較于經典控制理論，現代控制理論在研究范圍和深度方面進步明顯，主要由自適應控制理論、預測控制理論、動態識別系統、線性系統控制理論、非線性控制理論、最優化估計理論等組成；智能控制理論屬于最新的自動控制理論，由模糊控制理論、神經網絡控制理論、遺傳算法等組成，這類理論的應用必須引起重視[1]。

2 火電廠熱工自動化中自動控制理論的實際應用

2.1 系統設計優化

對于火電廠熱工自動化中自動控制理論的實際應用來說，這種應用在系統設計優化方面有著直觀體現，如優化熱控制系統、機組負荷經濟分配、安全指標優化、系統經濟運行優化。

2.1.1 優化熱控制系統

在基于自動控制理論的熱控制系統優化實踐中，優化可圍繞汽輪機監視儀表系統性能、接地可靠性和抗干擾能力、熱控制系統邏輯展開。汽輪機監視儀表系統性能優化需結合反復的調查研究，以此降低汽輪機監視儀表系統故障概率，機組誤動的概率也可隨之降低；接地可靠性和抗干擾能力優化需關注外界環境因素帶來的干擾，控制系統因此出現的運行不穩定、測量數據不準確問題需得到重視，控制系統可能出現的發出錯誤指令問題也不容忽視，這會引發設備故障或機組跳閘，因此必須設法強化熱控制系統的接地可靠性和抗干擾能力，以此保證系統的安全穩定運行；熱控制系統邏輯優化需關注熱控制系統運行環境中存在較大電磁強度，由此產生的環境干擾和自身異常往往會導致信號錯誤，如錯誤測量信號存在于連鎖保護中，系統誤動問題將隨之出現，因此需采用單點測量信號方式進行優化，系統信號的準確傳遞可由此得到保障[2]。

2.1.2 機組負荷經濟分配優化

在傳統的火電機組控制系統中，直接調控對各臺單位機組的目標負荷屬于自動發電控制的關鍵，通過硬接線的方式將電廠端機組DCS與遠程終端連接，即可保證遠程調控效果，電廠及電網運行的安全性和可靠性可同時得到保障，但在節能減排方面的表現欠佳。隨著“競價上網”和“廠網分開”的深入實施，傳統自動發電控制方式已無法滿足實際需要，為實現電網營運的經濟性提升，各個機組分配電廠經濟負荷需要以各發電公司單獨發送負荷指令為依據，自動發電控制與火力發電機組可有效連接起來。配置SIS系統的負荷經濟分配較為常見，圖1為典型的SIS系統。

SIS系統多以單元機組實時性能計算結果和耗差分析結果為依據，由此得出的實時特性曲線可反映機組負荷，負荷經濟分配實時效果可由此掌握。具體設計可將SIS系統的通用功能與MIS系統相結合，以此打造兼具SIS系統功能和MIS系統功能的綜合化系統，電廠調度工作需要滿足、初始投資節約、電廠日常信息管理水平提升均可由此實現，排放指標和能耗控制方面的問題也能夠更好解決。

2.1.3 安全指標優化

在火電廠熱工自動化系統設計過程中，需優先確保其平穩運行，隨后再考慮日常運行中的節能降耗問題。如日常運行中火電廠熱工自動化系統出現異常并導致無法正常運行的機械設備出現，大量的整修資源會因此耗費，機械設備的再次啟動也會浪費大量燃煤，火電廠節能減排工作在這種情況下受到的嚴重負面影響必須得到重視。因此，火電廠熱工自動化系統設計必須實現設備故障概率的針對性控制，降低非正常原因導致的火電廠停工時長，同時需關注不同工作區域、不同工作機械的檢查工作，以此預判各類事故，降低故障出現概率。此外，智能化自動監察系統的針對性設計和充分利用也需要得到重視，人工巡查的陳舊模式可由此逐步淘汰，人力資源節約、檢修時長縮短、火電廠經濟效益提升及污染物排放數量降低也可同時實現。

2.1.4 系統經濟運行優化

在火電廠熱工自動化控制軟件的選擇過程中，充分的測試和評價極為關鍵，熱工自動化控制軟件的試用也需要靈活選擇多種控制系統算法，熱工自動化控制的效率可由此得到保障。為更好實現火電廠節能減排目標，火電廠還需要設法提升電煤脫硫率和電煤脫硫速度，脫硫吸收部分可通過自動控制系統控制，同時還需要強化二次處理含硫廢液，為規避環境污染，需保證直接排放含硫廢液的情況不得出現，同時還需要加強機械運行安全性，保證節能減排方面熱工自動化控制系統的優化更好發揮[3]。

2.2 新技術應用

火電廠熱工自動化中自動控制理論的實際應用還需要關注各類新技術，如等離子點火技術、機組自動控制和脫硫、變頻控制技術、新型檢測儀表。

2.2.1 等離子點火技術

在技術先進性和節能環保性能方面，等離子點火技術的優勢明顯，這使得其近年來在我國火電領域的應用日趨廣泛。傳統點火技術在應用中會受到煤炭質量的影響，在遇到褐煤、貧煤、煙煤時，傳統點火系統的有效點火很難實現。對于采用開放式磁穩、機械壓縮、電磁于一體的等離子發生器來說，由于功率可調、連續，等離子點火技術的應用可成功點燃褐煤、貧煤、煙煤。在等離子點火技術的支持下，火電廠對燃煤質量要求的降低和鍋爐運行效率提升均可實現。等離子點火系統采用不易氧化、高導熱、高導電的特殊合金材料制成兩級，輔以強化冷卻結構可做到長期穩定使用。特殊合金材料的使用使得等離子點火技術可將空氣作為等離子載體，等離子點火系統因此進一步簡化，運行費用也得以降低。

2.2.2 機組自動控制和脫硫

碳酸鈣濕法脫硫技術在火電廠尾氣脫硫處理中的應用較為廣泛，由于脫硫部分和燃爐部分相互獨立，僅通過導線相互串聯的二者在安全性方面存在欠缺，節能減排作用的發揮也會受到限制。為響應國家節能減排號召，火電廠必須聯動改造機組脫硫系統和自動控制系統，以此在DCS控制系統中集成脫硫部分，脫硫部分的交換器和增壓風機數量也需要同時減少，以此加強脫硫系統煙氣通道控制與燃爐控制的聯動，節能減排目的可更好實現。

2.2.3 變頻控制技術

通過安裝變頻器，火電廠的節能效果可大幅提升，但變頻器的購入和安裝同時會消耗大量資金，價格不菲的高壓變頻器便屬于其中代表。此外，變頻控制技術的應用還需要專門建設機房，使用過程中周圍信號受到的高次諧波干擾也需要引起重視，因此基于變頻控制技術的變頻器優選必須得到重視，以此開展針對性的可行性分析并編制技術規范，配合變頻器使用前的經濟技術分析，即可優選變頻方式，同時可以綜合考慮變頻器的電壓等級和控制方式。

2.2.4 新型檢測儀表

火電廠熱工自動化控制離不開儀表的支持，因此需科學應用各類新型檢測儀表，如蒸汽管道疏水時間可基于快速熱電偶提高，煤堆溫度檢測可通過大型圓筒煤場的設立更好實現，閥門管道故障概率可通過超聲檢漏技術的應用降低，鍋爐燃燒工況優化控制可基于聲波檢測技術更好實現，新型檢測儀表的合理應用必須引起重視。

3 結束語

綜上所述，火電廠熱工自動化中自動控制理論的實際應用需關注多方面因素影響。在此基礎上，本文涉及的優化熱控制系統、機組負荷經濟分配、變頻控制技術、新型檢測儀表等內容，則提供了可行性較高的自動控制理論應用路徑。為更好服務于火電廠熱工自動化，自動控制理論的應用還應關注鍋爐過熱氣溫控制、鍋爐燃燒過程控制、鍋爐給水全程控制等方面內容。