火力發電廠智能發電發展方向及關鍵技術研究

［摘 要］現階段，火力發電廠依舊是社會生產生活所需電能的主要來源，隨著信息技術與人工智能的迅速發展與廣泛普及，智能化成為火力發電廠的發展方向。火力發電廠智能發電具有較強的直觀性與自控性、自適性與尋優性、互動性與穩定性等特征，有助于電廠提升運行效率、降低能源消耗并強化成本控制，有效解決了火力發電廠傳統發電模式產能低、浪費多及成本高的弊端。對此，火力發電廠需要高度明確智能化的發展方向，充分發揮信息技術與人工智能技術的信息資源優勢和技術功能優勢，實現智能發電的有效應用與高度普及，以智能化促進自身的升級轉型與可持續發展。文章圍繞燃燒控制、日常巡查、信息互動、安全防范等方面闡述了火力發電廠智能發電的發展方向，并針對燃燒控制、預警診斷、工控信息及安全防范分析了智能化關鍵技術的應用。

［關鍵詞］火力發電廠；信息技術；智能化；智能發電；關鍵技術

［中圖分類號］TM621 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）01–0021–03

電氣自動化技術在電力行業中的應用提升了供電的質量和安全性，隨著信息技術與人工智能的迅速發展與廣泛普及，電氣自動化技術在火力發電廠中的應用呈現出智能化的趨勢，全面助力著火力發電廠的高效運行和可持續發展。火力發電廠智能發電的實施是一項兼具專業性與技術性的改造工程，需要全面結合電廠的發展目標和供電要求，依托信息技術和人工智能推進電氣自動化的創造性改進。

將以智能化為核心的電氣自動化技術全面應用于火力發電廠運行的全過程和各節點，可加強火力發電廠運行的現代化、先進性及科技化，助力社會經濟水平的不斷提升。

1 火力發電廠智能發電的主要特征

1.1 直觀性與自控性

直觀性指對火力發電廠生產、經營、管理實施全過程監測和多模式的信息感知，通過對發電廠全壽命周期的信息進行采集、整理與存儲，強化電廠運行的可觀測性。這些信息不僅包括依托監測設備和傳感器得到的數據，還包含以軟測量方式得到的指標，如鍋爐的運行性能、熱輪機的功率、熱力設備的耗差等，通過這些信息可以實現火力發電廠運行數據的直觀性。自控性指依托控制系統在脫離人工干預的情況下，由數據分析和智控系統結合生產全過程和各個工況的具體情況做出控制性指令和措施，以滿足常規PID 和邏輯控制的需求，并進一步支持基于狀態空間的現代控制算法的需求，以此強化火力發電廠整個運行過程的自動化與智能化。

1.2 自適性與尋優性

自適性指結合電廠運行的內部環境、設備運轉、燃料溫度等因素的變化，以自動化的方式對機器參數、管理方法、控制手段等進行迅速地調整，可保證機組運行與電廠生產運行各項條件的適應性和匹配性，以此確保整個生產過程的穩定性、安全性及高效性。尋優性指控制系統通過分析監控系統、數據分析系統反饋的信息和結論，可對電廠生產和經營中關鍵指標的關聯性和內在邏輯進行識別，并依托尋優算法對鍋爐、水處理、制粉系統等的運行參數進行最優化的設定和動態化調整，使各項設備及其始終處于最佳的運轉狀態，保證火力發電廠的運行符合節能減耗和持續高效的標準。

1.3 互動性與穩定性

互動性指在火力發電廠智能化系統中可以實現設備與設備、人與設備之間的實時互動。以智能化信息控制系統為中心，有效推進了火力發電廠內部裝置之間的信息傳輸效率，并有效地實現了內部運行設備與外部環境的信息交換，以信息互動的方式保障了火力發電廠各項設備裝置運行的安全性、穩定性與高效性。同時，火力發電廠智能發電的方向需要瞄準人機交互功能，以多元化的信息展示功能和發布手段，使管理人員可以及時而全面地掌握機器設備的運轉數據，并使設備裝置準確、及時地接收管理人員的多模式指令。穩定性指智能化信息系統具有較強的權限功能和較高的防御功能，可以自動分配系統的操作權限并動態化抵御網絡攻擊。

2 火力發電廠智能發電的發展方向

2.1 燃燒控制智能化

火力發電廠的主要能源物質包括化石燃料和生物質燃料，燃料燃燒以鍋爐、燃氣輪機為主要設備，因而燃燒設備的運行效率和控制狀況直接影響著火力發電廠的生產運營效能。要實現火力發電廠智能化發電，需要加強燃燒設備控制的智能化程度，而燃氣輪機電廠輔機設備相對較少，且其自動化運行程度相對較高，燃燒設備控制的自動化機制比較完善。因此，需要將智能化發展方向聚焦于電站鍋爐燃燒自動化的全面實現，這需要將智能化技術與鍋爐運行系統進行全面融合，將智能技術有效運用于鍋爐中，依托智能化系統對鍋爐的燃燒狀況進行實時檢測，依據檢測結論對爐膛溫度、床壓、爐內溫度、排放參數、含氧量參數等進行動態化實時控制，結合發電廠的整體運行情況和輸電要求對各個環節的運行標準進行自動化和立體式把控，全方位提升鍋爐的運行效能和控制水平。

2.2 日常巡查智能化

電廠的整體運行是一個兼具綜合性與復雜性的系統，因而設備故障發生的情況較為常見。傳統的巡查工作以人工方式為主，而對于較為細節性的問題，巡查人員通常難以及時發現，容易造成故障的進一步擴大，同時，人工巡查難以實施有效的風險防范措施。火力發電廠智能發電可以使智能化巡查技術代替人工巡查的方式，先依托信息技術和三維空間定位技術對火力發電廠進行三維建模，結合人工智能技術和虛擬現實技術實施物聯網的全面布設，以此實現電廠中各類設備裝置的遠程可視化和實施監督化，同時全面融入無線通信技術和圖像識別技術，對爐膛、管道等較為隱蔽的位置進行可視化巡檢，使故障可在發生的第一時間得到智能化系統的警示，幫助巡查人員排除安全隱患和重大風險。

2.3 信息互動智能化

在火力發電廠的實際運行過程中，各類信息的實時互動是保證生產運營效能的基礎要素，設備與設備之間、設備與燃料之間、人員與裝置之間等均需要信息的實時互動，以保證電廠的正常運行。例如，火力發電廠對煤炭的消耗量較大，因而需要促進堆煤場所信息的綜合性收集，使之與鍋爐的運轉情況、電廠的生產運營狀況等信息進行互動。而無論是堆煤量還是裝置內部運行，其信息的收集、整合與傳輸均存在較大難度。因此，推進信息互動智能化是火力發電廠智能發電的有效措施，這需要依托物聯網、新媒體、可視化巡檢等智能技術實現4D 管理模式，一方面強化信息分析的精準性，另一方面提升信息傳輸的即時性與高效性，強化不同主體間的信息互動，實現電廠的高效運行。

2.4 安全防范智能化

火力發電廠是一個對安全性和穩定性要求極高的場所，因而需要較強的安全防范體系，傳統的安全防范以人工檢查和值守為主要方式，隨著火力發電廠規模與運行系統的不斷擴大，單一的人工檢查和值守已不能滿足電廠高效運行的內在要求。因此需要構建智能化安全防范機制，依托計算機技術、物聯網、新媒體技術等全面構建出入口控制系統、入侵報警系統、視頻安防監控系統，以人臉識別、紅外監測、實施監控、自動化報警、追蹤化鎖定等功能為依托，強化火力發電廠的安全防范功能，為火力發電廠的安全生產和高效運營提供堅實的保障。

3 火力發電廠智能發電的關鍵技術

3.1 智能化燃燒控制技術

火力發電廠智能發電的主要目的在于通過對相關設備的智能化管理提升機組運行的整體效果，達到節能減耗、降低成本、增加產能的目的。對于火力發電廠來說，其核心運行主體是鍋爐燃燒，因而實施智能化燃燒控制技術可以促進燃燒機組的經濟效益不斷提升。對此需要構建智能控制平臺，利用數據分析、智能算力等信息技術構建煤炭燃燒數字化模型，以可視化技術、動態化監控等技術手段，在物聯網的支持下對煤量、氧量、風門開度、爐渣量等情況進行實時監控與自動化調節，使之符合火力發電廠鍋爐運行的標準與要求，并使鍋爐運轉處于最佳負荷和狀態。同時需要應用3D 掃描、3D 環物、增強現實、數據分析模型等人工智能技術對煤炭的燃燒狀態進行遠程化觀測和量化測定，準確得出鍋爐的具體效率。此外，通過將天然氣熱值分析儀嵌入機組物聯網智控平臺，可以實現燃料熱值的在線檢測，結合透平排氣溫度，依據設定標準和動態化調整標準對燃料和空氣進氣量實施控制，以此優化鍋爐燃燒效率，使燃燒質量、排放標準與運行效率處于平衡狀態。

3.2 智能化預警診斷技術

在火力發電廠智能化預警診斷技術的應用中，可以依托物聯網和三維空間定位技術對火力發電廠進行三維建模，再應用AI、VR 等人工智能技術在新媒體的賦能下實現隱蔽位置的可視化巡檢和自動化預警，這種智能化預警診斷技術需要配合人工巡視和手動檢查才能為火力發電廠的整體運行提供完善的保障。隨著智能化技術的進一步發展，將智能機器人應用于巡檢工作，可以配合可視化巡檢，并代替人工巡視。依托傳感器技術、新媒體技術和機器人技術的有效融合可以全面實施智能預警技術和自動故障診斷技術，使機器人鏈入智能監測控制平臺，通過對震動信號和系統數據的分析監測，對機器設備的運轉情況進行精準判斷，以24 h 不間斷巡檢及時發現安全性隱患和技術性故障，并在第一時間將隱患的位置、情況上傳至信息控制中心，同時對技術性故障進行整體性的數據描述，為管理人員和技術人員提供更加有效的參考依據，以此全面保障火力發電廠的穩定運行。

3.3 智能化工控信息技術

對于火力發電廠生產要素、運行設備、管理人員之間信息交叉互動的實現，可以借助互聯網、物聯網及數據分析技術構建數據聯動模型，首先需要對燃料堆放量、鍋爐運轉、水處理系統、風機轉速、制粉系統等各項生產要素和運行設備的使用情況和運轉參數進行動態化和實時性收集，將其上傳于智控分析平臺，依據火力發電廠的整體運行情況和產能要求進行數據信息的精準分析和高效整合，同時融入各類管理人員的崗位信息、出入記錄、工作行為等數據，進而以交叉結合的方式構建數據聯動模型，為不同要素間的信息互動制訂兼具有效性和即時性的互動規則。此外，智能化工控信息系統的創建需要融入大數據分析功能和云計算技術，通過對燃料、機組系統、人員等要素在用量、運行參數、行為操作等方面數據的統籌性分析和精準化預測，在一項要素的數據發生變化時，自動為其他要素的調整和變化提供可參考的標準和參數，以此提升火力發電廠的整體運行效能，加強各個工序與環節的協同配合，全方位促進產能的提高和能耗的降低。

3.4 智能化安全防范技術

火力發電廠需要依托計算機技術、互聯網、新媒體平臺構建安防集成管理系統，統籌門禁系統、視頻監控系統、廠區周界報警系統，以數字化信息庫的形式實現電廠運行數據的互通共享，以集中管理的模式打造兼具現代化、多功能、立體式的智能化安全防范體系。全場設置統一的門禁系統，以3D 人臉識別技術為依托，對主廠房、水、煤、灰等區域及配電間、電子間等重要場所進行嚴格的權限設置，并依托數據分析系統準確記錄每一次門禁啟動，以實時監控、異常報警、防尾隨、邏輯開門等功能實施智能化門禁技術。同時，實施全數字網絡化閉路電視監控系統，使紅外監控端、傳輸端、觀測設備均采用數字信號，強化圖像的傳輸效率和儲存功能，并結合熱成像技術強化廠區各位置夜間監控效果。此外，周界報警系統需要依托電子圍欄、報警主機、脈沖主機、地址模塊等基礎構件，以無線自動報警和警情鎖定功能實施周邊外界侵入監測和視頻監控聯動，以此全面提升火力發電廠智能化安全防范技術的應用效果。

4 結束語

隨著信息技術與智能技術在各行業中的全面運用，火力發電廠也向著智能化的方向發展。然而，受傳統運行模式和管理理念的影響，火力發電廠智能發電的實現是一個兼具復雜性和長期性的過程，有賴于對智能化方向的不斷探索和智能化技術的不斷改進。這要求火力發電廠強化創新發展意識，將智能化作為今后的發展方向，高度重視智能化技術在各項工作與各個環節中的應用，進而以智能化驅動理念革新、流程改造和技術升級，全方位提升電廠的產能和運行效率，促進電力行業實現真正的可持續發展。

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