熱工優(yōu)化控制在火電廠節(jié)能中的應(yīng)用

摘 ?要：我國(guó) 70% 以上的電能都是由火電廠提供的，但火電廠發(fā)電過程中需要耗費(fèi)大量的煤炭資源，而煤炭燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳和二氧化硫，對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，也是造成溫室效應(yīng)的主要根源。為了保護(hù)人類共同的環(huán)境，國(guó)家提出要轉(zhuǎn)型升級(jí)經(jīng)濟(jì)，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)[1]。火電廠作為高能耗產(chǎn)業(yè)，長(zhǎng)期在生產(chǎn)過程中大量消耗煤炭，排放大量的二氧化碳。因此，提高火電廠發(fā)電效率，降低能耗，迫在眉睫，對(duì)促進(jìn)我國(guó)火電廠可持續(xù)發(fā)展也具有重要意義。

關(guān)鍵詞：熱工優(yōu)化控制;火電廠;節(jié)能減排

1熱工優(yōu)化控制概述

煤炭資源的消耗巨大，但是資源消耗的程度卻不能與發(fā)電廠的發(fā)電率成正比。我國(guó)發(fā)電廠的現(xiàn)狀與國(guó)外的六七十年代的發(fā)達(dá)國(guó)家水平相當(dāng)。究其原因，主要存在鍋爐線率不高等問題。因此，在火電發(fā)電廠運(yùn)行過程中，必須采取合理措施，才能有效控制影響火力發(fā)電廠的各類因素。但是，由于我國(guó)電力事業(yè)的不斷發(fā)展，當(dāng)下的火電發(fā)電廠已經(jīng)不能滿足人們對(duì)節(jié)能減排的要求。因此，在現(xiàn)代化信息高度普及的情況下，火力發(fā)電廠逐漸向地洞滑閥箱發(fā)展。其中，熱工優(yōu)化控制系統(tǒng)根據(jù)熱力學(xué)定律，在火電發(fā)電廠運(yùn)行中可合理控制發(fā)電過程的溫度等參數(shù)，從而使火力發(fā)電廠實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

2熱工控制系統(tǒng)在火電廠節(jié)能降耗工作中的作用

2.1熱工控制系統(tǒng)

降低鍋爐能耗排煙熱損失是影響鍋爐效率的重要因素。鍋爐的排煙溫度和排煙氧量決定了鍋爐的熱損失。鍋爐在燃燒過程中如果燃燒不充分，也會(huì)增加煤炭的能耗。影響汽輪機(jī)的熱力學(xué)效率主要是主蒸汽和再熱蒸汽的溫度和壓力，以及汽輪機(jī)調(diào)門的運(yùn)行方式造成的回?zé)嵯到y(tǒng)效率、節(jié)流損失等。

2.2熱工控制系統(tǒng)

在火電廠機(jī)組節(jié)能減排中的作用熱工優(yōu)化控制系統(tǒng)在火電廠機(jī)組節(jié)能減排中的作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。第一，送風(fēng)控制。火電廠機(jī)組的送風(fēng)量影響到風(fēng)煤比，造成鍋爐內(nèi)空氣變化，從而影響鍋爐的燃燒效率。只有送風(fēng)量達(dá)到一個(gè)最佳值，才能確保鍋爐排煙熱損失和機(jī)械不完全燃燒損失之和的數(shù)值最小。所以，通過熱工控制系統(tǒng)優(yōu)化機(jī)組負(fù)荷和鍋爐中的氧量，可提高鍋爐燃燒效率。第二，控制磨煤機(jī)溫度。為了確保鍋爐的正常運(yùn)行，必須限制磨煤機(jī)的出口溫度。因此，需要在磨煤機(jī)出口添加一定比例的冷風(fēng)，以減少流經(jīng)空頂器的風(fēng)量。所以，在確保鍋爐安全的前提下，要提高磨煤機(jī)的出口溫度。通過熱工控制系統(tǒng)，可以設(shè)定磨煤機(jī)出口溫度，提高鍋爐燃燒效率。磨煤機(jī)在運(yùn)行過程中，如果風(fēng)粉配比曲線與設(shè)計(jì)值出現(xiàn)了偏差，那么磨煤機(jī)的出口溫度一定會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)送風(fēng)量低時(shí)，排煙溫度會(huì)升高，這時(shí)磨煤機(jī)必須按照機(jī)組運(yùn)行實(shí)際負(fù)荷設(shè)計(jì)一次風(fēng)量，通過合理設(shè)置參數(shù)，有效減少鍋爐的排煙熱損失、化學(xué)不完全燃燒熱損失、機(jī)械不完全燃燒熱損失，有效降低鍋爐能耗。第三，控制主蒸汽壓力。機(jī)組運(yùn)行過程中，不同的煤種燃燒效率不同，鍋爐燃燒的效率也不同。所以，控制系統(tǒng)需要及時(shí)調(diào)整機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，從而確定滑壓參數(shù)運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的閥門開度，優(yōu)化主汽壓力和高壓調(diào)節(jié)閥門，確保機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。第四，控制主汽溫度。如果主汽溫度過高，那么會(huì)增加機(jī)組的負(fù)荷，影響到發(fā)電設(shè)備的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)可能出現(xiàn)爆管等現(xiàn)象，影響發(fā)電機(jī)組的安全性能。所以，需通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)優(yōu)化機(jī)組主汽溫度，確保氣溫處于一個(gè)比較穩(wěn)定的水平，提高機(jī)組的運(yùn)行效率。

3熱工優(yōu)化控制在火電廠節(jié)能中的應(yīng)用效果

3.1帶噴嘴順序閥節(jié)流調(diào)節(jié)優(yōu)化效果

在滑壓運(yùn)作下，對(duì)于機(jī)組變壓力的運(yùn)行方式，負(fù)荷增加時(shí)，也增加相應(yīng)的壓力，實(shí)現(xiàn)鍋爐的出熱量增加。優(yōu)化中，為了有效克服在滑壓運(yùn)行下其變負(fù)荷較慢的缺陷，通常需要在其升負(fù)荷時(shí)加大汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)門，進(jìn)而利用鍋爐的存儲(chǔ)熱量實(shí)現(xiàn)變負(fù)荷的速度提升。因此，在滑壓運(yùn)作下，汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)門也需要進(jìn)行相關(guān)調(diào)節(jié)工作，但在定壓下保持穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)的節(jié)流損失降到最低。該優(yōu)化方式又被稱為聯(lián)合控制滑壓方式。該優(yōu)化方式在實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷區(qū)具備很高熱效率的同時(shí)，又降低了低負(fù)荷區(qū)的水循環(huán)的惡化，且保障了機(jī)組對(duì)符合指令的快速反應(yīng)。現(xiàn)階段，該優(yōu)化方式在國(guó)內(nèi)已經(jīng)獲得廣泛使用。根據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)，使用聯(lián)合控制滑壓方式的優(yōu)化方式，可明顯降低汽輪機(jī)的節(jié)流損失，可降低機(jī)組發(fā)電耗煤0.80g/（kW·h）。

3.2不帶噴嘴全周進(jìn)氣型凝結(jié)水節(jié)流調(diào)節(jié)優(yōu)化效果

隨著火電廠相關(guān)發(fā)電設(shè)備的不斷更新，600MW以及1000MW等超臨界、全程滑壓的汽輪機(jī)在我國(guó)逐漸得到廣泛推廣和使用[3]。其中，對(duì)于不帶噴嘴全周進(jìn)氣型的超臨界汽輪機(jī)組而言，其運(yùn)作中如果將調(diào)節(jié)門實(shí)現(xiàn)全開，那么可以實(shí)現(xiàn)節(jié)流損失的最小化，但會(huì)導(dǎo)致機(jī)組變負(fù)荷在其初期沒有儲(chǔ)存熱量的使用。僅依靠鍋爐來實(shí)現(xiàn)熱量的提供，是難以滿足一次性調(diào)頻需要的。因此，要在節(jié)流損傷控制上采取措施。通常采用的是汽輪機(jī)調(diào)控門的部分節(jié)流措施。就目前而言，大多數(shù)機(jī)組都會(huì)參與電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行。為了實(shí)現(xiàn)AGG對(duì)快速負(fù)荷響應(yīng)的需求，需要高壓調(diào)節(jié)門預(yù)留較大的機(jī)組負(fù)荷進(jìn)行余量調(diào)節(jié)，導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行中在其低負(fù)荷階段的高壓調(diào)節(jié)門出節(jié)流損失過大，進(jìn)而影響運(yùn)作的經(jīng)濟(jì)性，也就會(huì)造成火電廠的能源消耗增加。因此，在不帶噴嘴全周進(jìn)氣型機(jī)組的節(jié)能優(yōu)化措施上，凝結(jié)水節(jié)流調(diào)節(jié)優(yōu)化措施誕生了。凝結(jié)水節(jié)流調(diào)節(jié)優(yōu)化措施的優(yōu)化原理為，在進(jìn)行負(fù)荷增加的同時(shí)，將凝汽器的出口調(diào)節(jié)門關(guān)閉，進(jìn)而降低凝結(jié)水的流量，從而降低凝結(jié)水的流量，進(jìn)而降低低壓加熱器的抽氣量，加大蒸汽的做功量，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的負(fù)荷增加。減負(fù)荷時(shí)，凝汽器出口的調(diào)節(jié)門打開，增加凝結(jié)水的總流量，從而實(shí)現(xiàn)低壓加熱器抽氣量的增加，降低整個(gè)蒸汽的做功量，達(dá)到機(jī)組負(fù)荷的總體降低。從技術(shù)上分析，凝結(jié)水節(jié)流調(diào)節(jié)優(yōu)化技術(shù)，本質(zhì)上就是一種充分對(duì)汽輪機(jī)回?zé)岜壬霞訜嵯到y(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)的一種技術(shù)。通過相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，如果機(jī)組每年平均的負(fù)荷率達(dá)到75%，那么使用凝結(jié)水節(jié)流調(diào)節(jié)優(yōu)化措施后會(huì)實(shí)現(xiàn)供電煤耗0.80g/（kW·h）的降低。

參考文獻(xiàn)

[1] ?梁景源 . 火電廠熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化策略 [J]. 中國(guó)科技投資，2017，（19）：131-132.

[2] ?張秋生 . 熱工優(yōu)化控制在火電廠節(jié)能中的應(yīng)用效果研究 [J]. 中國(guó)電力，2016，（6）：6-9.

作者簡(jiǎn)介：張濤濤，男，漢，陜西省榆林市，1986.05，熱工控制自動(dòng)化。