熱工儀表與自動控制對火電設(shè)備機(jī)組節(jié)能降耗作用分析

國能徐州發(fā)電有限公司 牛志崗

熱工儀表及自動控制系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是可以自動化操作，在無人干預(yù)或是少數(shù)人操作的狀況下系統(tǒng)自動運(yùn)轉(zhuǎn)，同時自動化系統(tǒng)可根據(jù)傳感器所得到的相關(guān)數(shù)據(jù)信息來判斷火電設(shè)備機(jī)組的運(yùn)行狀況，并將相應(yīng)數(shù)據(jù)上傳至中央控制數(shù)據(jù)中心進(jìn)行分析處理，對于一些異常數(shù)據(jù)作出調(diào)整，保證設(shè)備能夠穩(wěn)定運(yùn)行，且還能進(jìn)一步降低運(yùn)行能量消耗[1]。

自動化系統(tǒng)中包含有自動報(bào)警系統(tǒng)，能在發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)異常時自動報(bào)警系統(tǒng)會發(fā)出警報(bào)。自動化系統(tǒng)可以對設(shè)備的工作時間進(jìn)行檢測，定期發(fā)出工作指令或是相關(guān)報(bào)告，提示工作人員對設(shè)備實(shí)施相應(yīng)檢查?；鹆Πl(fā)電廠生產(chǎn)流程如圖1，在這些生產(chǎn)流程中，火電設(shè)備機(jī)組涉及到的設(shè)備數(shù)量不斷增加，同時設(shè)備的型號也愈加復(fù)雜化，這更加彰顯出了自動化技術(shù)的重要性，如火電設(shè)備機(jī)組離開了自動化系統(tǒng)的支持，則無法保障其運(yùn)行的高效性和安全性。

圖1 火力發(fā)電廠生產(chǎn)流程

1 對機(jī)組煤耗造成影響的因素分析

1.1 鍋爐能耗指標(biāo)

新時代下電力企業(yè)需踐行節(jié)能減排的理念，深入分析是哪些因素影響系統(tǒng)的日常運(yùn)行。首先，需對火電廠鍋爐工作狀態(tài)進(jìn)行充分了解，作為火電設(shè)備機(jī)組的運(yùn)行關(guān)鍵核心，科學(xué)合理的調(diào)節(jié)鍋爐運(yùn)行可有效降低能耗。鍋爐熱效率和能量消耗標(biāo)準(zhǔn)之間有聯(lián)系，同時鍋爐的能量消耗狀況可通過熱效率來提現(xiàn)，且與整個系統(tǒng)運(yùn)行狀況也有聯(lián)系。

然而，鍋爐熱效率反映涉及到很多方面，如排煙所帶來的能量損失及化學(xué)燃燒的程度，這是一個非常復(fù)雜的熱動力學(xué)過程，管理人員須清晰了解這些因素。鍋爐在實(shí)際運(yùn)行過程中主要的能量損失是

由排煙過程所導(dǎo)致的，通常鍋爐在正常工作時，系統(tǒng)熱量交換在穩(wěn)定狀態(tài)時熱量損失是最低的，而在排煙后，因廢氣中有很高的熱量，使得鍋爐發(fā)生能量浪費(fèi)的現(xiàn)象。導(dǎo)致熱效率減少還有一個關(guān)鍵因素：煤的不完全燃燒。所有的物質(zhì)都不可能完全燃燒，因此煤中包含的熱量在實(shí)際燃燒時也不能被完全利用，這就造成了熱效率的減少。

1.2 汽輪機(jī)能耗指標(biāo)

“十三五”以來，我國火電的煤耗、用電率得到有效提升。而汽輪機(jī)作為火電設(shè)備機(jī)組中非常關(guān)鍵的部分，在日常運(yùn)行過程中需被重點(diǎn)關(guān)注。在火電廠的生產(chǎn)中汽輪機(jī)運(yùn)行可將熱能轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)換效率與火電廠的日常生產(chǎn)效率息息相關(guān)，目前火電廠汽輪機(jī)運(yùn)行過程中的標(biāo)準(zhǔn)性能主要是由冷端效率、通流效率與熱端效率等來評判。所以汽輪機(jī)的日常運(yùn)行能耗問題與冷端效率息息相關(guān)，在日常的工作中須重視冷端效率，制定科學(xué)合理的方案對凝汽器進(jìn)行檢查，確保相應(yīng)的數(shù)據(jù)符合標(biāo)準(zhǔn)。

另一方面，回?zé)嵯到y(tǒng)的應(yīng)用狀況也與汽輪機(jī)的能耗問題有著非常密切的聯(lián)系，回?zé)嵯到y(tǒng)在應(yīng)用過程中，需根據(jù)汽輪機(jī)對水蒸氣的利用效率來進(jìn)行調(diào)節(jié)優(yōu)化，但在實(shí)際的循環(huán)過程中水蒸氣難免出現(xiàn)損失，因此要通過補(bǔ)水器進(jìn)行優(yōu)化，這一部分的優(yōu)化操作是必不可少的。運(yùn)行中還需觀察管道是否有泄露現(xiàn)象，只有確保管道無泄漏才能降低能量損耗。

1.3 廠用電指標(biāo)

火電廠作為發(fā)電單位，在生產(chǎn)過程中需應(yīng)用到大量的輔助設(shè)備，主要包括了排粉機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和磨煤機(jī)等。而這些設(shè)備運(yùn)行并不會影響發(fā)電設(shè)備的環(huán)境，不會排放一些污染物，但輔助設(shè)備運(yùn)行需電力供應(yīng)，在一定程度上會影響發(fā)電廠的效率。

2 熱工儀表與自動化控制對火電設(shè)備機(jī)組節(jié)能降耗的作用分析

DEH 系統(tǒng)的閥門控制。我國火電設(shè)備機(jī)組主要應(yīng)用的是DEH 技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)可利用單閥控制和順序閥實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制[2]。順序閥的優(yōu)勢在于提高整個火電設(shè)備機(jī)組的節(jié)流效果，但是也有不足之處，即調(diào)節(jié)能力較弱。單閥控制的優(yōu)勢在于調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)，但是調(diào)流能力有所匱乏，很易導(dǎo)致大量熱量損失?，F(xiàn)階段大部分火電廠從實(shí)際使用這個角度去選擇時，一般都會選擇使用順序閥方式來控制火電設(shè)備機(jī)組，在機(jī)組正常穩(wěn)定工作后再使用單閥控制。

負(fù)荷變化。其會對火電設(shè)備機(jī)組發(fā)電效率和能耗產(chǎn)生影響，供熱鍋爐散熱損失和鍋爐運(yùn)行的負(fù)荷成反比關(guān)系，由于在計(jì)算散熱損失時存在難度，所以可通過熱平衡實(shí)驗(yàn)了解其散熱損失。發(fā)電機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中，負(fù)荷變化會在很大程度上影響發(fā)電機(jī)組的工作狀態(tài)，燃煤質(zhì)量也會在一定程度上影響機(jī)組的運(yùn)行情況，帶動機(jī)組自動滑壓運(yùn)行方式的投入受到影響。為有效處理這個問題，需盡可能的減小閥門的節(jié)流損失，保障機(jī)組的進(jìn)氣量，以此保障火電設(shè)備機(jī)組節(jié)能降耗工作的貫徹落實(shí)。

氣溫高低。也是非常重要的一個影響因素?；痣娫O(shè)備機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，如汽輪機(jī)溫度過高，則會對整套設(shè)備運(yùn)行的安全性帶來很大影響，嚴(yán)重的話還有可能導(dǎo)致管道破裂引發(fā)安全事故。但如氣溫太小，會使得水汽腐蝕汽輪機(jī)葉片。這種情況和汽輪機(jī)主機(jī)情況是一樣的，氣溫太高或太低都會影響設(shè)備運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，進(jìn)而影響電力企業(yè)的生產(chǎn)效率。為有效解決這個問題，可利用自動化技術(shù)自動的對給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的汽溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，不但可確保蒸汽溫度符合要求，還可盡可能的減小能量消耗量。

電廠入爐煤計(jì)量。對于火電廠來說，在運(yùn)行中設(shè)置有入爐煤計(jì)量的校驗(yàn)裝置，因此沒有定期對電子皮帶秤進(jìn)行校驗(yàn)。但由于各種外界因素的影響，很容易使得鏈碼精確度受到影響，這就會影響到計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，這種測試過程的誤差在實(shí)際工作中很難被察覺。因此需定期進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，通過這種方式來縮小二者差距，盡量控制在合理的范圍內(nèi)，一般來說控制在小于1%的范圍內(nèi)即可。電子皮帶秤存在計(jì)量誤差不僅會影響到數(shù)據(jù)分析處理，還會使得后續(xù)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性大大下降，工作人員需要強(qiáng)化管理，科學(xué)合理的完成校驗(yàn)工作，最大限度的降低計(jì)量偏差，在根本上保障正平衡煤耗分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

加熱器組端差。熱力系統(tǒng)中的加熱器端差影響因素主要是加熱器的水位狀況，如水位偏低則會使得疏水溫度增加，提高加熱器端差。所以需對高壓與低壓加熱器的水位測量裝置實(shí)施全方面的檢查，保障DCS(分散控制系統(tǒng))高、低加水位信號的準(zhǔn)確性。加強(qiáng)高、低加水位自動調(diào)節(jié)的質(zhì)量，科學(xué)合理的對高、低加水位進(jìn)行設(shè)定，降低加熱器端差，有助于促進(jìn)火電設(shè)備機(jī)組的節(jié)能降耗。

輔機(jī)變頻改造。在生產(chǎn)過程中可通過改造高壓輔機(jī)來節(jié)約用電量，如可選擇對一次風(fēng)機(jī)、低壓輔助設(shè)備等進(jìn)行變頻改造，這樣能達(dá)到節(jié)能降耗目的。通過對目前我國發(fā)電廠的變頻改造狀況分析可得，對凝結(jié)水泵進(jìn)行變頻改造后火電廠用電率減少了大約0.1%，代表減少了機(jī)組煤耗0.3g/kWh。對變頻改造以后輔機(jī)的控制組態(tài)實(shí)施相應(yīng)的優(yōu)化和改進(jìn)，能為設(shè)備運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性提供保障，推動火電廠朝著節(jié)能降耗的方向邁進(jìn)。

3 熱工儀表與自動控制對火電設(shè)備機(jī)組節(jié)能降耗的措施分析

重新確定凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥的安裝位置。熱工儀表及自動控制中的閥門控制問題需進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)，特別是火電生產(chǎn)設(shè)備，其中的汽輪機(jī)凝結(jié)水在經(jīng)過高壓和低壓加熱器預(yù)熱后，才能輸送到后續(xù)的設(shè)備中[3]。通過這樣的優(yōu)化可使得加熱系統(tǒng)中水的壓力能一直保持在進(jìn)入時的壓力大小，從而避免水在高壓加熱器中出現(xiàn)汽化的現(xiàn)象。在安裝高壓加熱器前就需對閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)，隨著氣壓的降低水的沸點(diǎn)也會逐步減小，在溫度較低的狀況下，加熱器中的水汽化會導(dǎo)致高壓加熱器中的蒸汽大幅減少，長此以往有助于節(jié)能降耗目的的實(shí)現(xiàn)。

改造燃煤裝置。現(xiàn)階段大多數(shù)時候燃煤鍋爐使用的都是原煤及正轉(zhuǎn)鏈條爐排鍋爐，這種鍋爐應(yīng)用的是斗式給煤裝置，會在爐排上產(chǎn)生很嚴(yán)重的煤塊與煤粉堆積情況，這會在很大程度上影響鍋爐的進(jìn)風(fēng)，進(jìn)而影響到鍋爐的炭燒效率。若把傳統(tǒng)的斗式給煤裝置改造成分層給煤裝置，借助重力作用讓原煤中的煤塊和煤粉自上而下均勻的排布在爐排上，可大大優(yōu)化爐排進(jìn)風(fēng)效果，從而在根本上提高煤的燃燒率，最大限度降低灰渣中的含碳量，這樣可直接燃燒煤量的5%～20%。和改造前對比，在很大程度上優(yōu)化了鍋爐的節(jié)能效果，同時也優(yōu)化了鍋爐的燃燒狀況，且采取這種改造技術(shù)成本較小但效果快速而明顯。

做好故障排除工作。在管理方面，大部分管理人員因長時間受到傳統(tǒng)理念的影響，不管是在設(shè)備維護(hù)還是在設(shè)備管理方面，較之前相比并沒有很大的改變，所以上升空間巨大。對于發(fā)電廠設(shè)備本身而言，如果一旦出現(xiàn)故障都會在很大程度上影響系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。正因如此，強(qiáng)化設(shè)備本身故障排除的基礎(chǔ)能力勢在必行，需對此給予足夠重視。如設(shè)備本身存在故障，設(shè)備管理部門需對故障有關(guān)資料進(jìn)行收集和整理，建立相應(yīng)檔案，為今后實(shí)踐活動順利實(shí)施提供參考依據(jù)。這樣不管在以后出現(xiàn)任何問題都能及時找出問題的根本，然后采取針對性的措施有效解決問題。此外，設(shè)備管理部門還需全方面改進(jìn)和優(yōu)化原來的考核評估機(jī)制，更加全面系統(tǒng)地掌握管理人員的工作狀況，同時還需對工作人員的績效能力進(jìn)行全方面的評估，讓工作人員加強(qiáng)自身工作中存在的不足，進(jìn)而為設(shè)備運(yùn)行的質(zhì)量提供保障。

建立實(shí)時監(jiān)測機(jī)制。不管是在對設(shè)備進(jìn)行檢修還是在排除設(shè)備故障的過程中，都需對設(shè)備運(yùn)行的參數(shù)進(jìn)行充分考慮。因此需對設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際情況進(jìn)行全方面的檢測，收集設(shè)備運(yùn)行的參數(shù)資料，這樣能為設(shè)備運(yùn)行的安全性提供保障，同時也可提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性價值?；诖耍O(shè)備管理部門需建立實(shí)時監(jiān)測機(jī)制，對設(shè)備運(yùn)行狀況有全面的了解和掌握，獲取設(shè)備的參數(shù)內(nèi)容，有效實(shí)施后續(xù)的誤差控制與設(shè)備管理。同時制定科學(xué)合理的處理措施，也可選擇啟用設(shè)備的方式，確保系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量不會受到外界因素及自身因素的干擾。此外在分析有關(guān)參數(shù)時，管理人員需根據(jù)設(shè)備的保護(hù)值創(chuàng)設(shè)預(yù)警機(jī)制，給后續(xù)工作的順利實(shí)施夯實(shí)穩(wěn)固基礎(chǔ)。

改變調(diào)節(jié)方案穩(wěn)定負(fù)荷。對于熱工儀表與自動控制系統(tǒng)來說，固定與可變的極限流量控制法是離心式空氣壓縮機(jī)進(jìn)行喘振控制常用的兩種方法。應(yīng)用固定極限流量法時，需在調(diào)節(jié)器給定值的基礎(chǔ)上，確定轉(zhuǎn)速達(dá)到最快來合理控制流量大小。因此，對于熱工儀表及自動控制來說，在任何轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上運(yùn)行，只要符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定就不會出現(xiàn)喘振的現(xiàn)象。如轉(zhuǎn)速減小、負(fù)荷缺乏穩(wěn)定性，則會有很多氣體排出，使得能源浪費(fèi)。但如給調(diào)節(jié)器一個固定的數(shù)值就不會使得轉(zhuǎn)速出現(xiàn)變化，給定流量也不會變化，負(fù)荷一直處于穩(wěn)定的狀態(tài)，這樣可有效降低能源浪費(fèi)。就算是在轉(zhuǎn)速減小的情況下也不會排出太多氣體，有助于實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的效果。

綜上，火電設(shè)備發(fā)電機(jī)組是我國能源結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵組成部分，煤耗是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要指標(biāo)，不但與火電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益息息相關(guān)，同時與火電企業(yè)環(huán)境污染指標(biāo)也有著密切的聯(lián)系。對火電設(shè)備發(fā)電機(jī)組的熱工儀表與自動控制進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化和改進(jìn)，在實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的同時也是在踐行節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展理念，有助于提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。