熱工自動(dòng)化技術(shù)在火力發(fā)電中的應(yīng)用與創(chuàng)新

祖可云 王元龍 萬露 衛(wèi)文燦

摘要：隨著電子通訊技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，熱工自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用范圍也所有拓寬，并成為我國電力建設(shè)過程中必不可少的技術(shù)手段。它的應(yīng)用，不僅使火力機(jī)組具有的潛能得到了充分的發(fā)掘，而且也為以機(jī)、電、爐為主體的發(fā)電模式的建構(gòu)與實(shí)現(xiàn)提供了必要條件，是供電質(zhì)量和效率的有效保障。同時(shí)，熱工自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，推動(dòng)了火力發(fā)電中生產(chǎn)模式和管理模式的不斷強(qiáng)化與發(fā)展，使發(fā)電成本得到了控制，與此同時(shí)，發(fā)電效率也有所提高，是電力生產(chǎn)與管理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的重要標(biāo)志，對火電廠的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了不可估量的影響。

關(guān)鍵詞：熱工自動(dòng)化;火力發(fā)電;應(yīng)用;創(chuàng)新

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的大環(huán)境下，電力自動(dòng)化技術(shù)在火力發(fā)電廠中的應(yīng)用逐漸廣泛，推動(dòng)了火力發(fā)電廠的自動(dòng)化發(fā)展。同時(shí)，借助火力發(fā)電廠數(shù)據(jù)通信收集這一渠道，使技術(shù)發(fā)展逐步邁向更廣闊的新型領(lǐng)域。與傳統(tǒng)火力發(fā)電系統(tǒng)對比而言，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)主要是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控為依托開展的各類測量、監(jiān)控和保護(hù)工作，加快了現(xiàn)場總線工業(yè)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)融合發(fā)展的實(shí)現(xiàn)。

一、熱工自動(dòng)化技術(shù)在火力發(fā)電中的應(yīng)用

（一）熱工測量技術(shù)的應(yīng)用

火力發(fā)電廠運(yùn)行過程中的溫度測量、壓力測量等都是借助熱工測量技術(shù)來完成的[1]。一般而言，在熱工測量控制系統(tǒng)中，各類型的測量元件和信號傳感器是進(jìn)行各類參數(shù)測量、采集的常用方式。就目前溫度測量技術(shù)而言，在電力行業(yè)就地溫度測量通常采用基于金屬線膨脹原理的雙金屬溫度計(jì);遠(yuǎn)程溫度測量采用熱電阻、熱電偶測量元件，其測量信號可以直接送入相關(guān)控制系統(tǒng)卡件，無需進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換。在壓力測量方面，就地壓力顯示和測量通常采用基于應(yīng)變原理存在的膜片和彈簧管構(gòu)成的壓力表;而遠(yuǎn)程壓力測量采用以微處理器為基礎(chǔ)的智能型產(chǎn)品，主要由膜盒、智能電器轉(zhuǎn)換部件組成，其中膜盒元件可以采用電容式、壓阻式或單晶硅諧振式。在針對流量進(jìn)行檢測時(shí)，主要采用基于節(jié)流原理的差壓測量方式;目前隨著技術(shù)的發(fā)展，電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、渦街流量計(jì)等在電力行業(yè)中也有了廣泛的應(yīng)用;而對于一些大流量的主蒸汽流量測量時(shí)，通常采用基于弗留格爾公式的間接計(jì)算方式，以減少節(jié)流損失，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。對于液位測量來講，通常采用磁翻板、差壓測量、超聲波、雷達(dá)等測量方式，輸出信號以4～20mA電流信號為主。

（二）自動(dòng)控制和其系統(tǒng)的應(yīng)用

三沖量系統(tǒng)和串級系統(tǒng)與汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)之間有著緊密聯(lián)系，可以說，想要使汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)正常運(yùn)行，就必須加大對上述兩個(gè)系統(tǒng)的重視。以大機(jī)組為對象來講，可以以具體的負(fù)荷情況為依據(jù)推動(dòng)單沖量和三沖量之間的自由切換，這也是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)目的的主要依托。

燃燒控制系統(tǒng)有著至關(guān)重要的作用，此作用不僅在機(jī)組運(yùn)行中得以體現(xiàn)，而且對鍋爐的調(diào)節(jié)保證其高效燃燒也是其較為突出的功能。鍋爐燃燒時(shí)，會(huì)存在由爐膛產(chǎn)生的負(fù)壓和送風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的正壓等兩種形態(tài)的壓力，而這兩種形態(tài)又是截然相反的，必然會(huì)導(dǎo)致沖突的出現(xiàn)，所以，在針對燃燒控制系統(tǒng)予以設(shè)計(jì)時(shí)，調(diào)節(jié)工作必不可少。此外，負(fù)荷值的變化會(huì)受到風(fēng)和煤加入順序的影響。如果想要在固有基礎(chǔ)上提升其負(fù)荷值，那么就要采取先加風(fēng)再加煤的方式。相反，如果想要降低負(fù)荷值，就需要對煤予以減少，并以此為基礎(chǔ)來減風(fēng)。

借助熱工自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對主汽溫度調(diào)節(jié)與控制的過程中，串級是其最常依托的一種主要形式，主要是在此基礎(chǔ)上來對水溫予以控制并得到相應(yīng)的降低，以此達(dá)到調(diào)節(jié)與控制的目的。然而，雖然調(diào)節(jié)過程能夠得以實(shí)施，但是調(diào)節(jié)措施必然會(huì)帶來時(shí)間上的延遲。這種延遲狀態(tài)通過多個(gè)環(huán)節(jié)累計(jì)，就會(huì)直接對主氣調(diào)節(jié)產(chǎn)生影響，其準(zhǔn)確性也無法得到保障。因此，想要解決這一問題，史密特時(shí)間預(yù)估算法或模糊控制等先進(jìn)控制算法是一種可選方案，也是規(guī)避由時(shí)間誤差導(dǎo)致主氣調(diào)節(jié)準(zhǔn)確性受影響的有效方法。同時(shí)，想要對機(jī)爐負(fù)荷予以科學(xué)的控制，鍋爐跟隨方式、汽機(jī)跟隨方式等都是可以采取的控制方法。如果受特定因素影響制約了自動(dòng)化控制的順利進(jìn)行，那么就需要將汽機(jī)主控調(diào)整為手動(dòng)控制的形式。

（三）DCS系統(tǒng)的應(yīng)用

DCS系統(tǒng)在火力發(fā)電機(jī)控制工作中有著較長的時(shí)間，其是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)和局域網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的基礎(chǔ)上而建立的，是控制系統(tǒng)的一種具體形式。正是借助發(fā)電機(jī)組和局域網(wǎng)兩者建構(gòu)起來的聯(lián)系關(guān)系，以此實(shí)現(xiàn)對整個(gè)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化控制。同時(shí)，DCS系統(tǒng)是由多個(gè)微處理器建構(gòu)而成的，且各個(gè)微處理器都有屬于自己控制的范圍，獨(dú)立性較為明顯[2]。如果其中一個(gè)控制范圍出現(xiàn)問題或故障，那么其產(chǎn)生的影響也只涵蓋微處理器這一范圍內(nèi)的設(shè)備，有效避免了因某一故障而連帶系統(tǒng)其它部門受到影響的情況。此外，針對DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，還要以經(jīng)濟(jì)型原則為主要遵循，來對控制室面積和儀表盤尺寸予以合理掌控，這不僅節(jié)省了電纜的使用量，以此帶動(dòng)整體成本投入的降低，而且對提升火力發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益也有重要作用。

二、熱工自動(dòng)化技術(shù)在火力發(fā)電中的創(chuàng)新

（一）單元機(jī)組監(jiān)控逐步實(shí)現(xiàn)智能化

可以說，單元機(jī)組將逐步實(shí)現(xiàn)智能化是以單元機(jī)組為主體的明確的發(fā)展方向。然而，目前我國單元機(jī)組智能化發(fā)展還缺乏應(yīng)有的成熟性和全面性，起步階段特征明顯。但是在相關(guān)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，無論是單元機(jī)組控制中的信息智能化儀表還是軟件其必將擁有廣闊的發(fā)展前景，這也是推動(dòng)單元機(jī)組監(jiān)控智能化得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)所在。

（二）對過程控制軟件予以優(yōu)化

縱觀當(dāng)下火力發(fā)電廠的自身發(fā)展可以看出，新技術(shù)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用逐漸廣泛起來，從一定程度來講，這也給控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)范圍和品質(zhì)指標(biāo)的優(yōu)化提供了重要幫助。然而，從客觀角度而言，雖然新技術(shù)的應(yīng)用能夠起到一定的效果，但是其對整體控制系統(tǒng)運(yùn)行效果則沒有明顯的改變與幫助。在此背景下，就要加大對控制軟件的開發(fā)力度，其中燃燒控制軟件、蒸汽溫度調(diào)節(jié)軟件等的開發(fā)尤為重要，不僅可以簡化安裝和調(diào)試工作，而且對整體控制系統(tǒng)的優(yōu)化也具有不可否認(rèn)的重要意義，對推動(dòng)火力發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)效益和安全生產(chǎn)能力來講也有重要的促進(jìn)作用。

（三）針對單元機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施集中化布置

單元機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)物理布置集中化是以集控室概念為基礎(chǔ)，并對其進(jìn)行的進(jìn)一步延伸[3]。經(jīng)過改革的集控室概念除了囊括電子設(shè)備間等必要內(nèi)容外，還向整個(gè)單元機(jī)組進(jìn)行了拓展，一方面推動(dòng)了單元機(jī)組電子設(shè)備所具有的物理布置更加步入集中化的發(fā)展態(tài)勢中，另一方面，也為一般的監(jiān)控信號以遠(yuǎn)程I/O柜的配置方式集中化提供了可能。在此背景下，使得廠房的物理空間得到最大化運(yùn)用，電纜的需求量得到了有效的控制，同時(shí)，在機(jī)組運(yùn)行管理過程中其水平也有了穩(wěn)步增長，是提升電力企業(yè)自身效益的一種有效方式。

（四）應(yīng)用無線測量技術(shù)

無線測量技術(shù)在測量系統(tǒng)中的應(yīng)用，必須以無線測量技術(shù)和DCS技術(shù)的整合為前提，從而使測量系統(tǒng)中存在的各類問題得到全面且有效的解決。同時(shí)，不斷豐富現(xiàn)有的關(guān)鍵工藝信息或內(nèi)容，是加快熱工自動(dòng)化技術(shù)得以完善和發(fā)展的關(guān)鍵措施。此外，無線測量技術(shù)的應(yīng)用，會(huì)實(shí)現(xiàn)成本的合理控制，有效減少了成本投入，而且也為遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)提供了必要條件，基于此背景下，火力發(fā)電廠的應(yīng)用必將獲得更為廣闊的發(fā)展。

結(jié)束語

綜上所述，在社會(huì)快速發(fā)展的背景下，熱工自動(dòng)化技術(shù)也在逐步朝著更成熟、更完善的方向發(fā)展。尤其是在新技術(shù)和新工藝層出不窮和廣泛應(yīng)用的背景下，給火力發(fā)電廠中的各項(xiàng)技術(shù)更新提供了必要條件，既推動(dòng)了火力發(fā)電廠的自動(dòng)化水平，又保證了其安全性和穩(wěn)定性，對提升火力發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)效益也有積極意義。

參考文獻(xiàn)

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[4]淺析熱工自動(dòng)化技術(shù)在火力發(fā)電中的創(chuàng)新與應(yīng)用[J].程佳，沈翔，程鈺麒.科技資訊.2013（14）