火電廠節(jié)能中熱工優(yōu)化控制的應(yīng)用

展恩彬

（中國電建集團(tuán)核電工程有限公司，山東 濟(jì)南 250102）

1 熱工優(yōu)化控制概述

火電廠在實(shí)際生產(chǎn)過程中會(huì)消耗大量的煤炭資源，但是整體發(fā)電效率與國外發(fā)達(dá)國家相比還有待提升。對(duì)我國火電廠能耗問題造成影響的因素主要包括火電廠鍋爐的運(yùn)營效率、電廠發(fā)電機(jī)組的整體負(fù)荷率、主汽壓力、機(jī)組補(bǔ)水率、主汽溫度等，為了實(shí)現(xiàn)火電廠節(jié)能目標(biāo)，必須對(duì)上述幾個(gè)方面實(shí)施有效的參數(shù)控制。大多數(shù)火電廠在過去的生產(chǎn)活動(dòng)中主要應(yīng)用分散控制系統(tǒng)實(shí)施生產(chǎn)控制，隨著近年來電力事業(yè)的快速發(fā)展，原有的分散控制模式已經(jīng)不能完全滿足火電廠節(jié)能生產(chǎn)的需求。通過與信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等多種新型技術(shù)的融合發(fā)展，火電廠熱工控制技術(shù)在不斷優(yōu)化與革新，能夠更加合理地對(duì)火電廠發(fā)電過程中各項(xiàng)參數(shù)實(shí)施控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的生產(chǎn)目標(biāo)。

2 火電廠中的熱工優(yōu)化控制技術(shù)類型

2.1 熱工智能控制技術(shù)

火電廠的熱工控制系統(tǒng)相對(duì)比較復(fù)雜，采用傳統(tǒng)火電廠生產(chǎn)中應(yīng)用的常規(guī)熱工控制手段容易發(fā)生強(qiáng)耦合、延遲或誤控等問題，給火電廠的運(yùn)營帶來經(jīng)濟(jì)損失，增加設(shè)備故障檢修人員的工作壓力和能源損耗，浪費(fèi)更多寶貴資源。而新型熱工智能控制技術(shù)能夠有效避免上述問題的發(fā)生。熱工智能控制技術(shù)主要可作用于以下幾個(gè)方面。

（1）對(duì)火電廠鍋爐的燃燒過程實(shí)施控制。鍋爐燃燒期間實(shí)施的控制內(nèi)容主要包括對(duì)其燃燒狀態(tài)數(shù)據(jù)信息的監(jiān)測(cè)和采集，通過監(jiān)測(cè)過程獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)，熱工智能控制系統(tǒng)會(huì)通過智能算法實(shí)施分析，系統(tǒng)中的智能算法主要包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、多級(jí)可拓算法、專家分析系統(tǒng)以及模糊控制算法等，通過多種不同算法模式能夠?qū)ο到y(tǒng)PID控制參數(shù)實(shí)施有效調(diào)節(jié)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐運(yùn)行燃燒的有效控制。

（2）對(duì)火電廠鍋爐的溫度控制。熱工智能控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鍋爐汽溫的控制，在鍋爐運(yùn)行過程中，其汽溫處于不穩(wěn)定的變化狀態(tài)，應(yīng)用傳統(tǒng)熱工控制方式已經(jīng)不能滿足大型火電廠的溫控需求。當(dāng)前針對(duì)火電廠鍋爐汽溫控制所應(yīng)用的智能控制技術(shù)主要有兩種，分別為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能溫控技術(shù)以及汽溫模糊控制技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同負(fù)荷狀態(tài)下鍋爐汽溫的有效節(jié)能控制。

（3）對(duì)鍋爐給水實(shí)施控制。如果火電廠生產(chǎn)規(guī)模較大，應(yīng)用傳統(tǒng)的鍋爐給水方式容易導(dǎo)致系統(tǒng)給水速度過于緩慢或者給水不足的情況，為了實(shí)現(xiàn)給水控制的穩(wěn)定性和精準(zhǔn)性，應(yīng)用PID智能給水技術(shù)能夠有效解決上述問題，該技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)給水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，同時(shí)可顯著提升給水系統(tǒng)的穩(wěn)定和節(jié)能性。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)

現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)是一種普遍應(yīng)用在工業(yè)控制中以及企業(yè)通信與傳輸控制單元中的控制技術(shù)，這種新型火力控制技術(shù)在火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程中引入應(yīng)用的時(shí)間較短，其能夠替代傳統(tǒng)的分散控制模式。與分散控制技術(shù)相比，此種控制系統(tǒng)的應(yīng)用成本更加低廉，控制系統(tǒng)更具開放性，系統(tǒng)組成模式更加先進(jìn)優(yōu)越。這一技術(shù)的應(yīng)用顯著優(yōu)化了熱工控制整體效率，間接提升了火電廠節(jié)能降耗水準(zhǔn)。當(dāng)前火電廠中現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)主要包括以下結(jié)構(gòu)體系，分別有監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層、生產(chǎn)管理結(jié)構(gòu)層以及控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層等。工程技術(shù)人員利用該技術(shù)能夠?qū)痣姀S的生產(chǎn)過程實(shí)施監(jiān)控、操作以及后續(xù)維護(hù)管理。

3 火電廠現(xiàn)存能耗問題

3.1 火電廠鍋爐方面現(xiàn)存能耗問題

在火電廠的生產(chǎn)過程中，造成能源損耗的主要原因之一就是鍋爐運(yùn)行燃燒的效率相對(duì)較低。一般情況下，鍋爐裝置是火電廠發(fā)電過程中能源消耗相對(duì)較少的部分，但是鍋爐設(shè)備的生產(chǎn)需要燃燒煤炭，在此過程中如果鍋爐設(shè)備中存在漏風(fēng)或者漏粉的情況，就會(huì)造成部分能量損失，阻礙火電廠節(jié)能降耗目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。而造成鍋爐發(fā)生上述泄露問題的原因主要有以下方面：（1）可能是鍋爐中的固體與氣體沒有進(jìn)行充分的燃燒；（2）鍋爐設(shè)備運(yùn)行期間不慎出現(xiàn)了熱能損失；（3）對(duì)火電廠鍋爐設(shè)備進(jìn)行除塵排煙的過程中造成了熱能損失。由此可見，火電廠鍋爐在運(yùn)行期間必須確保鍋爐內(nèi)部物質(zhì)的穩(wěn)定充分燃燒，進(jìn)而使其蒸汽相關(guān)參數(shù)控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，維持發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行，這也需要熱工優(yōu)化控制技術(shù)的輔助才能更好地實(shí)現(xiàn)。

3.2 火電廠汽輪發(fā)電機(jī)方面存在的能耗問題

火電廠生產(chǎn)期間，導(dǎo)致能源損耗的常見影響因素還包括汽溫以及高壓加熱器等，例如汽輪機(jī)在生產(chǎn)運(yùn)行期間，其蒸汽噴嘴裝置和葉片裝置會(huì)產(chǎn)生一定的接觸摩擦，進(jìn)而導(dǎo)致葉片頂部出現(xiàn)漏氣的情況，這樣一來，汽輪機(jī)在進(jìn)行熱能轉(zhuǎn)化期間，蒸汽將難以全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)功?；痣姀S生產(chǎn)過程中比較常用的汽輪機(jī)裝置是噴嘴配汽車定壓裝置，該裝置的進(jìn)油量是由調(diào)節(jié)閥門裝置實(shí)施控制的，而設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間調(diào)節(jié)閥門裝置會(huì)產(chǎn)生一定程度難以避免的節(jié)流損失，當(dāng)汽輪機(jī)裝置處于低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)尤為嚴(yán)重，如果調(diào)節(jié)閥門裝置的開啟次數(shù)變少，其產(chǎn)生的節(jié)流損失會(huì)更大，甚至?xí)笥谙到y(tǒng)的定壓運(yùn)行參數(shù)限制，進(jìn)而導(dǎo)致火電廠的能量消耗增加，影響節(jié)能降耗生產(chǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

4 火電廠節(jié)能中熱工優(yōu)化控制的應(yīng)用

4.1 熱工優(yōu)化控制在送風(fēng)控制中的應(yīng)用

對(duì)于火電廠而言，其系統(tǒng)機(jī)組的送風(fēng)量直接影響風(fēng)煤比，使火電廠鍋爐設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)中空氣發(fā)生變化，進(jìn)而對(duì)其內(nèi)部燃燒效率造成影響，想要降低鍋爐內(nèi)部燃燒期間產(chǎn)生的熱量損失，必須嚴(yán)格控制火電廠機(jī)組的送風(fēng)量，令其處于最佳值。利用熱工優(yōu)化控制技術(shù)能夠?qū)C(jī)組與鍋爐設(shè)備中的含氧量實(shí)施有效調(diào)節(jié)控制，顯著優(yōu)化鍋爐內(nèi)部的整體燃燒效率，大大降低熱損失。

4.2 熱工優(yōu)化控制在磨煤機(jī)溫度控制中的應(yīng)用

想要確?；痣姀S中鍋爐設(shè)備的正常運(yùn)行，需要嚴(yán)格控制磨煤機(jī)出口部分的溫度。為了做好溫度調(diào)節(jié)，磨煤機(jī)運(yùn)行期間需添加適當(dāng)比例的冷風(fēng)，以達(dá)到降低空頂器風(fēng)量的目的。磨煤機(jī)運(yùn)行期間如果送風(fēng)量降低，會(huì)導(dǎo)致其排煙溫度持續(xù)上升，此時(shí)應(yīng)用熱工優(yōu)化控制技術(shù)能夠確保風(fēng)量控制的合理性，通過設(shè)置科學(xué)的風(fēng)量參數(shù)可以顯著降低機(jī)械燃燒不完全造成的熱量損失以及鍋爐燃燒過程中產(chǎn)生的熱量損失，控制整體能耗。

4.3 熱工優(yōu)化控制在主蒸汽壓力控制中的應(yīng)用

火電廠機(jī)組運(yùn)行期間由于應(yīng)用的煤炭種類各自的燃燒效率存在差異，因此其在鍋爐內(nèi)部的燃燒程度也有所不同。應(yīng)用優(yōu)化控制技術(shù)能夠根據(jù)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以此科學(xué)設(shè)置閥門裝置的開度，實(shí)現(xiàn)主汽壓力的優(yōu)化控制，保障發(fā)電機(jī)組的節(jié)能運(yùn)行。

4.4 熱工優(yōu)化控制在主汽溫度控制中的應(yīng)用

火電廠機(jī)組運(yùn)行期間如果主汽溫度過高，那么在一定程度上會(huì)加重機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷，縮短機(jī)組的使用年限，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)爆管問題，大大降低機(jī)組運(yùn)行安全等級(jí)。應(yīng)用熱工優(yōu)化控制技術(shù)，能夠有效調(diào)節(jié)主汽溫度，令主汽溫度處于恒定狀態(tài)和安全范圍之內(nèi)。

4.5 熱工優(yōu)化控制在機(jī)組運(yùn)行保護(hù)中的應(yīng)用

熱工優(yōu)化控制系統(tǒng)具有自動(dòng)化保護(hù)功能，系統(tǒng)中安置了感應(yīng)原件，如果機(jī)組運(yùn)行過程中參數(shù)超標(biāo)，感應(yīng)原件就會(huì)接收到信號(hào)，開啟系統(tǒng)自動(dòng)保護(hù)裝置，防止對(duì)機(jī)組設(shè)備造成不良影響，避免造成更多能量損失，節(jié)省更多能源。通過應(yīng)用自動(dòng)化保護(hù)功能，能夠借助計(jì)算機(jī)控制平臺(tái)優(yōu)化調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)的控制參數(shù)，在實(shí)施過載保護(hù)時(shí)，能夠通過該系統(tǒng)將供電電壓實(shí)施轉(zhuǎn)移，進(jìn)而避免機(jī)組中存在的故障對(duì)地方的機(jī)組供電造成干擾。此外，為了更好地保障熱工機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，增強(qiáng)其安全性能，降低系統(tǒng)的能耗損失，相關(guān)技術(shù)人員在機(jī)組儀表裝置上進(jìn)行了更新，應(yīng)用數(shù)字儀表裝置取代了組裝儀表，使儀表裝置更加精準(zhǔn)，大大降低了常見故障的發(fā)生頻率。與此同時(shí)，應(yīng)用協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)能夠更加便捷地觀察熱工保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。

4.6 熱工優(yōu)化控制在鍋爐能耗控制中的應(yīng)用

排煙熱損失是降低鍋爐運(yùn)行效率的關(guān)鍵，通過借助熱工控制系統(tǒng)，能夠在一定程度上控制鍋爐排煙的溫度及排煙氧量，降低熱損失。同時(shí)，熱工控制系統(tǒng)能夠優(yōu)化汽輪機(jī)調(diào)門運(yùn)行，降低系統(tǒng)故障產(chǎn)生的節(jié)流損失，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。由此可知，在鍋爐能耗中借助熱工優(yōu)化控制，可以很大程度使鍋爐能耗降低，促進(jìn)火電廠節(jié)能發(fā)展。

4.7 熱工優(yōu)化控制在系統(tǒng)預(yù)警中的應(yīng)用

熱工優(yōu)化控制系統(tǒng)還具備預(yù)警功能，機(jī)組設(shè)備運(yùn)行期間如果機(jī)身溫度超過既定標(biāo)準(zhǔn)值，系統(tǒng)中的溫感元件會(huì)自動(dòng)接收溫度異常預(yù)警指令，將相關(guān)異常數(shù)據(jù)上傳至控制系統(tǒng)平臺(tái)，平臺(tái)將數(shù)據(jù)實(shí)施轉(zhuǎn)化之后將預(yù)警信息傳遞到相關(guān)控制部門，在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)溫度控制，避免后續(xù)溫度持續(xù)上升引發(fā)火災(zāi)。為優(yōu)化火電廠生產(chǎn)安全等級(jí)，避免不必要的安全事故，技術(shù)管理人員應(yīng)根據(jù)火電廠中火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)相對(duì)較高的區(qū)域?qū)π盘?hào)數(shù)據(jù)的傳輸特異屬性進(jìn)行分析，科學(xué)設(shè)定預(yù)警閾值，高風(fēng)險(xiǎn)周邊應(yīng)該設(shè)定有效事故預(yù)防措施，與其他設(shè)備機(jī)組隔離開來，確保熱工控制系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行工作。預(yù)警功能設(shè)備故障可以在短時(shí)間內(nèi)解決或者修復(fù)完畢，在造成更大損失之前將危機(jī)消除，大大提升機(jī)組故障的檢修效率，縮短故障排除時(shí)間，節(jié)省后續(xù)維護(hù)和檢修費(fèi)用，大概率避免系統(tǒng)機(jī)組運(yùn)行故障，節(jié)省后續(xù)運(yùn)維費(fèi)用和相關(guān)資源，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。

5 結(jié)束語

綜上所述，火電廠運(yùn)行發(fā)展中要消耗大量的能源，其中能源損失現(xiàn)象嚴(yán)重，不利于火電廠可持續(xù)發(fā)展，也難以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。因此，為了提高燃煤效率，提高發(fā)電機(jī)組的生產(chǎn)效率，要充分借助信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)及控制技術(shù)和相關(guān)設(shè)備，提高系統(tǒng)運(yùn)行的自動(dòng)化和智能化，在發(fā)揮現(xiàn)代技術(shù)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，進(jìn)一步解決火電廠當(dāng)前存在的能耗問題，通過熱工優(yōu)化控制，提高各部分的運(yùn)行質(zhì)量，降低熱損失，加快火電廠節(jié)能發(fā)展。