基于節(jié)能減排的火電廠熱工自動化設(shè)計及應(yīng)用

傅彬

摘 要：隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市和企業(yè)對電力的需求也在不斷增加，這對我國能源企業(yè)的電能供應(yīng)也提出了更高的要求。與此同時，在綠色經(jīng)濟發(fā)展的大環(huán)境下，作為我國電力供應(yīng)主體的火電廠要厲行節(jié)能減排的理念。面對嚴峻的能源供應(yīng)形勢，火電廠基于節(jié)能減排的熱工自動化受到了各界的廣泛關(guān)注。

關(guān)鍵詞：節(jié)能減排；火電廠；熱工自動化；能源

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）24-0071-02

由于我國的能源主體是煤炭資源，所以，在很長一段時間里，我國以煤炭為主要能源的現(xiàn)狀是不會改變的，這也就意味著煤炭燃燒對環(huán)境造成的污染和火電企業(yè)對能源的大量消耗將會持續(xù)下去。長此以往，這種情況會嚴重制約我國的可持續(xù)發(fā)展，所以，在火力發(fā)電領(lǐng)域大力推行節(jié)能減排具有非常重要的意義。本文詳細地闡述了熱工自動化設(shè)計，并簡要分析了火力發(fā)電廠節(jié)能減排工作。

1 優(yōu)化熱力系統(tǒng)的設(shè)計

1.1 采用優(yōu)化控制軟件

在火電廠的運行過程中，因為使用煤炭而產(chǎn)生的廢氣、廢渣排放量是非常龐大的。在火電廠主機運行的過程中，如果能夠借助先進的技術(shù)改進協(xié)調(diào)系統(tǒng)，即使只提前1 s的調(diào)節(jié)時間，提高1個單位的控制精度，從各個細節(jié)上降低機組煤耗，減少煤炭能源的使用量，都會進一步減少廢氣、廢渣的排放量。實踐證明，在火電廠運行過程中，利用先進技術(shù)優(yōu)化協(xié)調(diào)系統(tǒng)，可以有效調(diào)節(jié)CFB鍋爐的熱力系統(tǒng)。如果能夠在運行協(xié)調(diào)過程中提高火電廠主鍋爐的技術(shù)指標，對提升發(fā)電機組的效率、降低耗煤量、減少污染物的排放量有非常重要的作用。因此，在設(shè)計火電廠的熱力系統(tǒng)時，要將先進的控制技術(shù)融入設(shè)計理念中，把先進的算法軟件加入?yún)f(xié)調(diào)系統(tǒng)中，以提高火電廠的運行效率。

1.2 實行機組負荷經(jīng)濟分配

在火力發(fā)電廠的運行過程中，傳統(tǒng)的自動發(fā)電控制要求電網(wǎng)調(diào)度、控制各臺單位機組的直接目標負荷，主要的實現(xiàn)方式是利用單獨接線的方式把電廠端的機組DCS與遠程終端連接起來，實行實時監(jiān)控。在電廠的運行活動中，之所以要采用這種控制方式，主要是出于保護電網(wǎng)供電和電廠發(fā)電安全的目的，這對電廠節(jié)能減排工作的進行并沒有明顯的幫助。隨著電力領(lǐng)域內(nèi)部改革的深入，廠網(wǎng)分開經(jīng)營，傳統(tǒng)自動發(fā)電控制已經(jīng)沒有了繼續(xù)存在的必要。這時，電廠應(yīng)該借助這個機會，從節(jié)能減排的角度出發(fā)，建立自己的自動發(fā)電控制系統(tǒng)，并將這一系統(tǒng)與現(xiàn)代化廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)結(jié)合起來，既監(jiān)控了發(fā)電廠內(nèi)部的發(fā)電活動，又保證了電廠與上級電網(wǎng)之間的有效聯(lián)系。

在火電廠運行活動中，每天的發(fā)電量都是有規(guī)定的。當(dāng)電廠內(nèi)部的發(fā)電控制系統(tǒng)建成后，火電廠可以根據(jù)整個電廠的發(fā)電任務(wù)和各個發(fā)電機組的運行狀況，為每臺發(fā)電機組配置不同的發(fā)電任務(wù)，讓發(fā)電機組始終處于能源使用量和廢氣配方量最優(yōu)化的高效運行狀態(tài)。這種運行狀態(tài)不僅能夠保證電力生產(chǎn)的穩(wěn)定性，還能保證在電廠運行過程中，能源消耗和污染物排放始終處于系統(tǒng)控制的最佳狀態(tài)。

2 節(jié)能減排新技術(shù)的應(yīng)用

2.1 提高等離子點火的可靠性

等離子點火技術(shù)具有環(huán)保效益明顯的優(yōu)點，其本身存在技術(shù)優(yōu)越性和環(huán)保優(yōu)越性，所以，被廣泛應(yīng)用于我國的火電廠中。在傳統(tǒng)的鍋爐點火過程中，煤炭的質(zhì)量對點火系統(tǒng)的運行有非常重要的影響。當(dāng)遇到窮煤、煙煤、褐煤等劣質(zhì)煤時，傳統(tǒng)的點火系統(tǒng)就不能有效點火。而最新的等離子點火技術(shù)使用了集開放式磁穩(wěn)與機械、電磁壓縮于一體的復(fù)合結(jié)構(gòu)等離子發(fā)生器，其功率連續(xù)、可調(diào)，可成功地點燃貧煤、煙煤和褐煤。應(yīng)用這項技術(shù)，不僅成功地提高了火電廠鍋爐的運行效率，還降低了火電廠用煤的門檻。等離子點火系統(tǒng)材料是具有高導(dǎo)熱、高導(dǎo)電和不易氧化的特殊合金，陰極材料是由特殊合金材料組合而成的。采用強化冷卻結(jié)構(gòu)具有較長的使用壽命，因為在設(shè)計活動中采用了模塊化的設(shè)計方式，所以，更換、維護工作都很方便。如果采用特殊合金的陰、陽極，將空氣作為等離子載體，則不需要專供惰性氣體保護電極，這樣既簡化了系統(tǒng)，又大幅減少了運行費用。

2.2 單元機組控制與脫硫、脫硝的融合

在火電廠的運行活動中，大多數(shù)火電廠會選用煙氣石灰石濕法脫硫。隨著國內(nèi)節(jié)能減排形勢的日益嚴峻，脫硫系統(tǒng)是后期獨立安裝的，所以，它與火電廠的控制系統(tǒng)是2個獨立的系統(tǒng)，相互之間的聯(lián)系僅靠簡單的數(shù)據(jù)接線實現(xiàn)。而有的火電廠脫硫控制系統(tǒng)與電廠總控系統(tǒng)沒有聯(lián)系，相互之間的協(xié)作主要依靠人工方式實現(xiàn)。這種利用簡單的連線和人工控制方式實現(xiàn)火電廠總控系統(tǒng)與脫硫系統(tǒng)之間聯(lián)系，會嚴重影響二者之間的信息交互，不僅會讓火電廠的總體控制能力有所下降，還會影響火電廠排放物脫硫的效果。

在火電廠的運行中，除了會產(chǎn)生硫化物污染外，硝污染也是非常嚴重的，所以，在火電廠運行活動中，要加強對污染物排放的綜合治理，不僅要采取切實可行的措施降低廢氣中的硫含量，還要降低其中的硝含量。當(dāng)前，尿素法是中和廢氣中硝元素的有效方法。利用尿素脫硝熱解爐可以完成廢氣的脫硝活動。

2.3 編制技術(shù)規(guī)范

變頻控制技術(shù)是一種針對電器運行狀態(tài)，以調(diào)整頻率實現(xiàn)控制的方式。因為它能夠在電器運行過程中優(yōu)化能源配置，所以，被廣泛應(yīng)用于節(jié)能減排領(lǐng)域。鑒于變頻控制技術(shù)本身的技術(shù)特點，可以預(yù)見其在火力發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用能夠極大地降低火電廠的能源消耗，提高火電廠的運行效率。例如，安徽省某火力發(fā)電廠660 MW機組，2臺凝結(jié)水泵采用一拖二的高壓變頻器實現(xiàn)調(diào)速控制。在運行過程中，可以根據(jù)火電廠主機的運行效率調(diào)整凝結(jié)水泵的運行速度，在保證整個電力生產(chǎn)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上，最大限度地降低凝結(jié)水泵的能源消耗。按全年平均負荷的4/5計算，基于變頻控制技術(shù)的凝結(jié)水泵要比原來的定速泵減少452.5 kW的電能消耗，如果全年運行5 000 h，則該電廠全年僅凝結(jié)水泵變頻控制改進這一項就節(jié)省了22 652 kW·h的電能消耗。由此可見，變頻烤制技術(shù)在火電廠中的應(yīng)用是切實可行的，它能夠有效降低電廠的能源消耗，提高電廠的運行效率。

在火電廠運行的過程中，變頻技術(shù)的優(yōu)勢還體現(xiàn)在提高火電廠運行控制的穩(wěn)定性上?；痣姀S的電力生產(chǎn)活動是一項系統(tǒng)性的活動，在生產(chǎn)過程中，各個環(huán)節(jié)要緊密配合才能將生產(chǎn)活動完成好，才能提高火電廠的生產(chǎn)效率。所以，在火力發(fā)電技術(shù)發(fā)展的過程中，提高對發(fā)電過程的可控性一直是發(fā)展的主要目標，而變頻技術(shù)在大型輔機中的應(yīng)用能夠有效提高大型輔機的控制精度和數(shù)字化水平。利用變頻技術(shù)的電廠控制主體，可以根據(jù)電廠的運行狀態(tài)及時調(diào)整輔機的運行狀態(tài)，這樣做不僅能夠保證整個火電系統(tǒng)始終處在穩(wěn)定的運行狀態(tài)，在特殊情況下，使用大型輔機變頻技術(shù)還能在整個火電系統(tǒng)中起到“四兩撥千斤”的作用。

3 結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)逐漸向集約型經(jīng)濟發(fā)展，在以煤炭為主要燃料的火力發(fā)電廠的運行過程中，對節(jié)能減排的需求愈發(fā)強烈。本文從優(yōu)化熱力系統(tǒng)的設(shè)計和節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用角度出發(fā)，提出了采用優(yōu)化控制軟件、實行機組負荷經(jīng)濟分配、提高微油點火和等離子點火的可靠性、單元機組控制與脫硫融合、編制大型輔機變頻控制技術(shù)規(guī)范等4項措施，以期為日后火電企業(yè)的節(jié)能減排工作提供借鑒和技術(shù)支持。

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〔編輯：白潔〕