火電廠熱動系統節能優化思路與措施分析

國欽姣 山東海化集團有限公司熱力電力分公司

分析火電廠整體運行過程中電廠熱能與動力工程的合理應用，結合國家對電廠指標和電廠實際工作過程，分析熱動系統的節能優化改造。

一、火電廠熱能與動力工程節能優化的實際情況

對火電廠煙氣和空氣系統進行性能評價的機會。目前研究的火電廠系統由四個子系統組成，有三種可能的狀態：滿負荷運行、減量運行和故障。假設所有子系統的故障率和維修率是恒定的。利用馬爾可夫生滅過程和概率方法對問題進行了描述，并用一個轉移圖來表示系統的運行行為。充分工作狀態和簡化工作狀態之間的相互關系已得到發展。考慮到一些假設，建立了一個概率模型。從火力發電廠的調查中選擇可行范圍內的數據，并以可用性矩陣的形式將各子系統對系統可用性的影響制成表格，為各子系統的故障和維修率的不同組合提供不同的性能/可用性水平。

二、火電廠熱動系統節能優化的合理應用

根據熱動系統的運行模式，特定火電系統擴容規劃中最優策略的求解方法。因此，建立了一個兩階段隨機整數規劃模型。通過一組有限的情景，該模型包括與當前運行的火電廠未來可用性相關的存在的不確定性。采用L形法對所得到的模型進行數值求解，并以CPLEX為求解器，利用AMPL軟件進行了實現和開發。所得結果驗證了本文所采用方法的有效性。通過負荷頻率控制（LFC）來調節互聯水火電系統的供電，從而使系統的預定頻率和聯絡線功率在規定的范圍內與其它區域交換，水火電系統的負荷頻率由兩者共同控制但是模糊控制器的峰值超調量和穩定時間比常規PI控制器要小，這一點從它們的結果中可以清楚地看出。該控制策略保證了頻率的穩態誤差和聯絡線功率的變化在一定的公差范圍內。利用matlab/SIMULINK軟件包對這些控制器的性能進行了仿真。

三、熱動系統的節能優化改造分析

（一）改變熱動系統的運行方式

根據各子系統的可用性矩陣和故障/維修率圖中得到的各種可用性值，分析各子系統的性能和最大可用性故障/維修率的最優值，進而確定各子系統的維修優先級。為了提高系統的可靠性，熱工行業在過程自動化方面投入了大量的資金。這些系統的適當維護和維護頻率一直是工業界日益重視的一些問題。任何中間系統即使在很短的時間間隔內發生故障，也會影響生產。故障原因可能是設計不當、系統復雜、維護不善、缺乏溝通和協調、規劃不完善、缺乏專業知識/經驗和庫存不足。因此，運行工藝設備需要高技能/經驗豐富的維護人員。為了有效運行，核電站的各種系統必須盡可能地留在北部。然而，在操作過程中，它們很容易以隨機方式失敗。但是，故障子系統可在維修/更換后重新投入使用[3]。

（二）熱動系統中節能應用中降溫技術的改造

在電廠中，實現熱動系統節能優化需要依靠先進的技術量的支撐，電廠實際應用中經常采用的降溫方式中，會用噴水的方式降低熱度，實現溫控。在控制蒸汽過熱的方式中，供熱蒸汽過度熱的應用，經濟性較強，成本低，在熱動系統運行的過程中，通過特殊裝置將供熱蒸汽熱量傳送到系統中，完成整個系統的熱度轉化，促使汽輪機工作達到降溫效果，從而改善熱動系統的耗能，實現節能優化。在技術上不斷改進，科學合理利用，使凝汽機組達到發電多耗能少的效果[4]。

（三）熱動系統節能優化中補水技術的改造

該方法能幫助電力系統運行人員進行最優的提前計劃，即使風電信息不確定。采用一種新的無參數自適應粒子群算法求解隨機單元組合問題。通過高壓和中溫蒸汽的熱循環來產生能量的方法，它允許通過熱循環將熱能轉換為機械能或電能，從而提高能量和操作效率，在熱循環中，蒸汽的生成溫度被限制在中等值，包括以下步驟：在65巴以上的壓力和400巴以下的中等溫度下產生蒸汽°，在蒸汽輪機中膨脹所述蒸汽，中壓蒸汽，包括10-40巴之間，獲得中等濕度，低于15%，通過汽水分離器干燥所述蒸汽并重新加熱所述蒸汽，在蒸汽輪機中膨脹所述蒸汽，以及通過從渦輪機中抽取的多個蒸汽來加熱用于產生蒸汽的鍋爐水，以便與所述鍋爐水進行熱交換。數值結果表明，采用隨機模型代替確定性模型時，日前電力系統規劃所涉及的風險較低。

（四）改進鍋爐排煙技術，充分利用排放污水

電廠發電的過程中，廢氣再循環系統和控制廢氣再循環的方法。包括用于感測發動機進氣歧管中絕對氣體壓力的第一壓力傳感器、用于感測排氣歧管中絕對氣體壓力的第二壓力傳感器、用于檢測轉速的轉速傳感器，檢測指令加油率的加油率傳感器，檢測進氣歧管中進氣溫度的溫度傳感器，將排氣從排氣歧管引導至進氣歧管，導管中的電子驅動機械閥用于控制廢氣流量，電子控制器用于分析來自傳感器的信號，并將控制信號輸出到控制閥位置的電動步進電機。

（五）對母管系統進行優化改造

在熱動系統節能中，對相關設備的改造，流在支管中引發空腔流，熱水進入支管形成旋流，并在該旋流與滯流冷水之間形成熱分層。研究表明，當熔深波動時，溫度波動過大會引起熱疲勞。為了提高侵徹長度的估計，本研究測量了均勻溫度條件下的侵徹長度。將三種實驗情況與采用簡單風管干管和支管的基本情況進行了比較：切邊支管、帶連接間隙的支管和模擬圓形干管的拐角處圓形干管。切邊情況下的穿透長度結果比簡單管道結果（即基礎情況）小約1個支管直徑。

（六）概率模型分析系統性

特定系統中子系統的故障率取決于使用的操作條件和維修策略。對給定運行條件下的系統進行概率分析有助于預測設備的性能，進而有助于設計以實現系統的最小故障，即優化系統的工作。火力發電廠是一個復雜的工程系統，由輸煤系統、蒸汽發生系統、冷卻水系統、破碎系統、除灰系統、發電系統、給水系統、汽水分析系統、煙氣空氣系統等組成。這些系統以復雜的結構連接在一起。煙氣和空氣系統是火力發電廠最重要的功能之一。各系統之間的相互關系的優化是使工廠盈利和可行運行的必要條件。火電廠的有效性主要取決于電廠的可用性、可靠性和可維護性，以及電廠按預期運行的能力。本文提供了一個概率模型，供電廠人員分析系統性能，以實現最大可用性。

可靠性分析技術已逐漸成為自動化和復雜火力發電廠規劃和運行的標準工具。對于可修復系統的設計者和操作者來說，最重要的性能指標是系統的可靠性和可用性。可用性和可靠性是對系統性能的良好評估。它們的值取決于系統結構以及組件的可用性和可靠性。系統中部件的故障率取決于使用的操作條件和維修策略。從經濟角度來看，高可靠性有利于降低系統的維護成本。由于故障無法完全預防，因此重要的是盡量減少故障發生的概率和故障發生時的影響。為了保持設計的可靠性、可用性和可維修性，達到預期的性能，必須制定有效的維修方案，有效的維修具有維修成本低的特點。可修系統的維修問題已經得到了許多學者的廣泛研究，包括維修/更換策略、定期檢查、降級、優化問題等。復雜系統的行為可以從可靠性、可用性和可維護性的角度來研究。例如，開發了一個模擬模型，用于分析飛機訓練設施的可靠性和可用性。該模型可用于評估各種維修方案，影響可修系統RAM的因素包括機械運行條件、維護和基礎設施。

一個典型的系統由許多子系統組成，在大多數情況下，這些子系統在邏輯上相互串聯或并聯。系統的性能取決于其子系統的配置和性能。在分析故障數據之前，最好描述燃氣和空氣系統的配置，并將其分為不同的子系統，以便對故障進行分類。本系統由以下四個子系統組成：四個加熱器和省煤器（串聯）組成一個子系統的組件，用A表示，其中任何一個的故障都會導致系統故障。兩個靜電除塵器組成一個子系統，用B表示，任何一個故障都會導致系統故障。兩臺FD（強制通風）風機并聯，構成一個子系統，用C表示。任何一個設備的故障都會降低設備的容量和生產損失。當兩個單元都發生故障時，就會發生完全故障。三臺引風機并聯，組成一個子系統，用D表示。任何一個設備的故障都會降低設備的容量和生產損失。當所有單元都發生故障時，就會發生完全故障。

四、結束語

通過熱動系統在火電廠中節能優化的詳細分析，將火電廠中存在的缺陷強化改造，加大其工藝方面的技術水平，制定可行性優化策略，是未來電廠發展方向。