熱工優(yōu)化控制在火電廠節(jié)能中的應用

趙翔

摘要：我國 70% 以上的電能都是由火電廠提供的，但火電廠發(fā)電過程中需要耗費大量的煤炭資源，而煤炭燃燒過程中會產生大量的二氧化碳和二氧化硫，對環(huán)境造成了嚴重污染，也是造成溫室效應的主要根源。為了保護人類共同的環(huán)境，國家提出要轉型升級經濟，調整產業(yè)結構，大力發(fā)展低碳經濟[1]?；痣姀S作為高能耗產業(yè)，長期在生產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，對促進我國火電廠可持續(xù)發(fā)展也具有重要意義。

關鍵詞：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。我國發(fā)電廠的現(xiàn)狀與國外的六七十年代的發(fā)達國家水平相當。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，由于我國電力事業(yè)的不斷發(fā)展，當下的火電發(fā)電廠已經不能滿足人們對節(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)熱力學定律，在火電發(fā)電廠運行中可合理控制發(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，也會增加煤炭的能耗。影響汽輪機的熱力學效率主要是主蒸汽和再熱蒸汽的溫度和壓力，以及汽輪機調門的運行方式造成的回熱系統(tǒng)效率、節(jié)流損失等。

2.2熱工控制系統(tǒng)

在火電廠機組節(jié)能減排中的作用熱工優(yōu)化控制系統(tǒng)在火電廠機組節(jié)能減排中的作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面。第一，送風控制。火電廠機組的送風量影響到風煤比，造成鍋爐內空氣變化，從而影響鍋爐的燃燒效率。只有送風量達到一個最佳值，才能確保鍋爐排煙熱損失和機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)化機組負荷和鍋爐中的氧量，可提高鍋爐燃燒效率。第二，控制磨煤機溫度。為了確保鍋爐的正常運行，必須限制磨煤機的出口溫度。因此，需要在磨煤機出口添加一定比例的冷風，以減少流經空頂器的風量。所以，在確保鍋爐安全的前提下，要提高磨煤機的出口溫度。通過熱工控制系統(tǒng)，可以設定磨煤機出口溫度，提高鍋爐燃燒效率。磨煤機在運行過程中，如果風粉配比曲線與設計值出現(xiàn)了偏差，那么磨煤機的出口溫度一定會發(fā)生變化。當送風量低時，排煙溫度會升高，這時磨煤機必須按照機組運行實際負荷設計一次風量，通過合理設置參數(shù)，有效減少鍋爐的排煙熱損失、化學不完全燃燒熱損失、機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。機組運行過程中，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)需要及時調整機組的運行參數(shù)，從而確定滑壓參數(shù)運行區(qū)域內的閥門開度，優(yōu)化主汽壓力和高壓調節(jié)閥門，確保機組運行的經濟性。第四，控制主汽溫度。如果主汽溫度過高，那么會增加機組的負荷，影響到發(fā)電設備的使用壽命，嚴重時可能出現(xiàn)爆管等現(xiàn)象，影響發(fā)電機組的安全性能。所以，需通過自動化控制系統(tǒng)優(yōu)化機組主汽溫度，確保氣溫處于一個比較穩(wěn)定的水平，提高機組的運行效率。

3熱工優(yōu)化控制在火電廠節(jié)能中的應用效果

3.1汽溫優(yōu)化控制的應用效果

在對各種300MW以上容量的典型機組進行深入細致分析后，通過計算得知，在主蒸汽溫度降低1℃的情況下，汽輪機的熱消耗會相對升高0.032%，換化為功率相當于2.5kJ/（kW·h）。根據(jù)相關的數(shù)據(jù)顯示，隨著機組容量的不斷增大，主蒸汽溫度對于整個汽輪機的熱消耗影響程度越大。為了實現(xiàn)汽輪機的熱消耗降低，進而實現(xiàn)火電廠的能源消耗降低，需要適當?shù)靥岣咧髡羝麥囟取⒃贌崞麥刈詣涌刂频目刂葡到y(tǒng)精度，并且降低超調量，進而實現(xiàn)設定值的提升，達到主蒸汽溫度、再熱汽溫“壓紅線”狀態(tài)下的運行。根據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示，改善自動調節(jié)品質，其對于機組的運作效率影響很小;通過優(yōu)化控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，能夠有效提升機組0.05%～0.20%的工作效率。

3.2主蒸汽壓力變化和節(jié)流優(yōu)化的應用效果

3.2.1帶噴嘴順序閥節(jié)流調節(jié)優(yōu)化效果

在滑壓運作下，對于機組變壓力的運行方式，負荷增加時，也增加相應的壓力，實現(xiàn)鍋爐的出熱量增加。優(yōu)化中，為了有效克服在滑壓運行下其變負荷較慢的缺陷，通常需要在其升負荷時加大汽輪機的調節(jié)門，進而利用鍋爐的存儲熱量實現(xiàn)變負荷的速度提升。因此，在滑壓運作下，汽輪機的調節(jié)門也需要進行相關調節(jié)工作，但在定壓下保持穩(wěn)態(tài)，進而實現(xiàn)汽輪機的節(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)化方式在實現(xiàn)高負荷區(qū)具備很高熱效率的同時，又降低了低負荷區(qū)的水循環(huán)的惡化，且保障了機組對符合指令的快速反應?，F(xiàn)階段，該優(yōu)化方式在國內已經獲得廣泛使用。根據(jù)相關研究數(shù)據(jù)，使用聯(lián)合控制滑壓方式的優(yōu)化方式，可明顯降低汽輪機的節(jié)流損失，可降低機組發(fā)電耗煤0.80g/（kW·h）。

3.2.2不帶噴嘴全周進氣型凝結水節(jié)流調節(jié)優(yōu)化效果

隨著火電廠相關發(fā)電設備的不斷更新，600MW以及1000MW等超臨界、全程滑壓的汽輪機在我國逐漸得到廣泛推廣和使用[3]。其中，對于不帶噴嘴全周進氣型的超臨界汽輪機組而言，其運作中如果將調節(jié)門實現(xiàn)全開，那么可以實現(xiàn)節(jié)流損失的最小化，但會導致機組變負荷在其初期沒有儲存熱量的使用。僅依靠鍋爐來實現(xiàn)熱量的提供，是難以滿足一次性調頻需要的。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調控門的部分節(jié)流措施。就目前而言，大多數(shù)機組都會參與電網(wǎng)調峰運行。為了實現(xiàn)AGG對快速負荷響應的需求，需要高壓調節(jié)門預留較大的機組負荷進行余量調節(jié)，導致機組運行中在其低負荷階段的高壓調節(jié)門出節(jié)流損失過大，進而影響運作的經濟性，也就會造成火電廠的能源消耗增加。因此，在不帶噴嘴全周進氣型機組的節(jié)能優(yōu)化措施上，凝結水節(jié)流調節(jié)優(yōu)化措施誕生了。凝結水節(jié)流調節(jié)優(yōu)化措施的優(yōu)化原理為，在進行負荷增加的同時，將凝汽器的出口調節(jié)門關閉，進而降低凝結水的流量，從而降低凝結水的流量，進而降低低壓加熱器的抽氣量，加大蒸汽的做功量，實現(xiàn)機組的負荷增加。減負荷時，凝汽器出口的調節(jié)門打開，增加凝結水的總流量，從而實現(xiàn)低壓加熱器抽氣量的增加，降低整個蒸汽的做功量，達到機組負荷的總體降低。從技術上分析，凝結水節(jié)流調節(jié)優(yōu)化技術，本質上就是一種充分對汽輪機回熱比上加熱系統(tǒng)中儲能技術的一種技術。通過相關研究數(shù)據(jù)表明，如果機組每年平均的負荷率達到75%，那么使用凝結水節(jié)流調節(jié)優(yōu)化措施后會實現(xiàn)供電煤耗0.80g/（kW·h）的降低。

參考文獻：

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

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

[3] 黃前飛 . 熱工優(yōu)化控制在火電廠節(jié)能中的應用效果分析 [J]. 現(xiàn)代制造技術與裝備，2017，（5）：79-81.

[4] 牟曉東，王曉輝 . 熱工優(yōu)化控制在火電廠節(jié)能中的應用效果分析[J]. 絲路視野，2017，（34）：125-126.