熱工自動(dòng)控制在火電廠節(jié)能減排中的作用

劉延文

（煙臺(tái)龍?jiān)措娏夹g(shù)股份有限公司，山東煙臺(tái) 264006）

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源問(wèn)題逐漸凸顯，節(jié)能減排的重要性越來(lái)越突出?；痣姀S的節(jié)能減排工作迫在眉睫，通過(guò)機(jī)組的DEH（Digital Electro-Hydraulic control system，汽輪機(jī)電液控制）系統(tǒng)閥門(mén)控制方式的優(yōu)化、自動(dòng)氣溫系統(tǒng)的升級(jí)和電廠煤量計(jì)量方式的優(yōu)化等方面對(duì)火電廠節(jié)能減排提出改進(jìn)思路。水位調(diào)節(jié)、主要熱工參數(shù)節(jié)能指標(biāo)計(jì)算精度及輔助逆變器控制、脫硫脫硝動(dòng)態(tài)調(diào)整因素等對(duì)煤耗單元的影響較大，也會(huì)對(duì)火電廠的耗煤量產(chǎn)生影響，通過(guò)優(yōu)化控制參數(shù)和精確測(cè)量，降低火電廠耗煤量，為環(huán)境生態(tài)保護(hù)貢獻(xiàn)力量。

1 火電廠熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

1.1 分散控制系統(tǒng)

分散控制系統(tǒng)又稱(chēng)DCS（Distributed Control System）系統(tǒng)，是熱力自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要組成部分之一：①控制系統(tǒng)的功能是分散的，通過(guò)分散控制系統(tǒng)的功能，分散整個(gè)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)因素；②受控生產(chǎn)設(shè)備是分散的，為了避免生產(chǎn)設(shè)備的過(guò)度集中而在空間上分散布置的。

通過(guò)該系統(tǒng)的應(yīng)用，以控制室計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，構(gòu)建了集操作于一體的分散控制與管理系統(tǒng)。在分布式控制系統(tǒng)中，應(yīng)用了多種先進(jìn)技術(shù)，主要包括通信技術(shù)、控制技術(shù)和微機(jī)技術(shù)等。隨著各種先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，分散控制系統(tǒng)具有運(yùn)行管理、過(guò)程控制、生產(chǎn)管理和控制管理等功能，各功能既相互關(guān)聯(lián)又相互獨(dú)立。

1.2 輔助控制系統(tǒng)

在熱工自動(dòng)控制中，輔助控制系統(tǒng)也是重要的組成部分之一，保證機(jī)組能夠始終在正常工況下運(yùn)行，進(jìn)而提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。輔助控制系統(tǒng)由多個(gè)系統(tǒng)組成，不同的系統(tǒng)具有不同的輔助功能，主要包括輸送系統(tǒng)、凝結(jié)水精處理系統(tǒng)、除渣除灰系統(tǒng)、循環(huán)水處理系統(tǒng)和工業(yè)廢水處理系統(tǒng)，可以確保機(jī)組的正常運(yùn)行。自動(dòng)化輔助系統(tǒng)減少了勞動(dòng)量，降低了員工的工作壓力，體現(xiàn)了自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，有效降低火電廠的生產(chǎn)成本，提高了火電廠的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)

自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)外部環(huán)境的變化，根據(jù)變化及時(shí)調(diào)整發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)。例如，調(diào)整機(jī)組的蒸汽流量，盡量減少外部環(huán)境對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響，確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。自動(dòng)控制系統(tǒng)具有數(shù)字通信和交流采樣功能，還可以集成其他管理系統(tǒng)，如SIS（Supervisory Information System，廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)）和MIS（Management Information System，管理信息系統(tǒng)），大大提高火電廠運(yùn)行的自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)火電廠運(yùn)行的自動(dòng)控制，有利于提高火電廠的運(yùn)行質(zhì)量和運(yùn)行效率。

1.4 自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)

自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的可以有效保護(hù)機(jī)組運(yùn)行的安全，降低安全事故的發(fā)生概率。自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)可監(jiān)控機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，一旦熱力參數(shù)異?；驒C(jī)組工作狀態(tài)異常，自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)可自動(dòng)切斷設(shè)備電源，強(qiáng)制機(jī)組停機(jī)，避免機(jī)組發(fā)生安全事故，最大限度地降低風(fēng)險(xiǎn)因素，提高機(jī)組運(yùn)行的安全系數(shù)。自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)按保護(hù)形式可分為汽輪機(jī)自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)、鍋爐自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)和輔助設(shè)備自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)：汽輪機(jī)自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的主要功能是超速保護(hù)和低油壓保護(hù)，鍋爐自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的功能主要體現(xiàn)在汽包水位保護(hù)和爐膛滅火，輔助設(shè)備自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的功能主要體現(xiàn)在對(duì)相關(guān)輔助設(shè)備的保護(hù)上。

2 影響機(jī)組煤耗的因素分析

2.1 鍋爐能耗指標(biāo)分析

鍋爐能耗的關(guān)鍵指標(biāo)是鍋爐效率，廢熱損失、不完全燃燒損失和散熱損失是影響鍋爐效率的重要因素。鍋爐效率受到影響后，鍋爐能耗指標(biāo)參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，包括排氣溫度、含碳量、飛灰含氧量、漏風(fēng)率等。

2.2 汽輪機(jī)能耗指標(biāo)分析

汽輪機(jī)效率是汽輪機(jī)最重要的能耗指標(biāo)，熱端效率、冷端效率、流動(dòng)效率和熱回收效率是影響汽輪機(jī)效率的主要因素。汽輪機(jī)能耗指標(biāo)還包括蒸汽參數(shù)、汽缸效率、真空度、再熱系統(tǒng)等。

如果汽輪機(jī)機(jī)組采用的煤質(zhì)量較差，汽輪機(jī)會(huì)承受更大的壓力波動(dòng)，這將直接導(dǎo)致汽輪機(jī)的承載能力，致使機(jī)組滑壓，而汽輪機(jī)在滑壓狀態(tài)下運(yùn)行，需要將主蒸汽壓力設(shè)置為小于理論滑壓的值，雖然對(duì)汽輪機(jī)的機(jī)組性能影響不大，但會(huì)導(dǎo)致耗煤量的增加。

采用熱控系統(tǒng)可以有效調(diào)節(jié)汽輪機(jī)機(jī)組運(yùn)行壓力狀態(tài)，達(dá)到節(jié)能減排的作用。以660 MW 機(jī)組為例，當(dāng)機(jī)組所用主蒸汽壓力變化大于1 MPa 時(shí)，煤耗變化0.33 g（/kW·h）。此時(shí)可通過(guò)自動(dòng)熱控自動(dòng)調(diào)整主汽壓力，并可根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況不斷修改和調(diào)整主汽壓力?？梢酝ㄟ^(guò)控制汽輪機(jī)的閥開(kāi)度，降低電煤消耗。

2.3 發(fā)電廠用電指標(biāo)分析

發(fā)電廠運(yùn)行系統(tǒng)中，耗電量大的傳統(tǒng)環(huán)節(jié)集中在給水泵、凝結(jié)水泵、脫硫循環(huán)泵等機(jī)械設(shè)備；發(fā)電工藝流程經(jīng)過(guò)優(yōu)化提升后，目前發(fā)電機(jī)組主要耗能環(huán)節(jié)集中在送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)與磨煤機(jī)等設(shè)備。發(fā)電廠運(yùn)行系統(tǒng)的電力消耗水平直接決定發(fā)電廠的用電指標(biāo)，間接影響煤炭消耗數(shù)量。

3 自動(dòng)控制對(duì)機(jī)組煤耗的影響分析

一般認(rèn)為，降低機(jī)組煤耗主要基于鍋爐和蒸汽機(jī)的控制，而熱控制在節(jié)能減排中的作用往往被忽視。事實(shí)上，通過(guò)優(yōu)化控制和精確測(cè)量參數(shù)，熱控制有助于節(jié)能減排。機(jī)組熱控制對(duì)機(jī)組運(yùn)行煤耗有很大的影響，如DEH 系統(tǒng)的閥門(mén)控制方式，蒸汽壓力和滑動(dòng)壓力自動(dòng)運(yùn)行，蒸汽溫度自動(dòng)系統(tǒng)，電廠煤、熱水水位控制，主要參數(shù)輔助變頻控制，節(jié)能指標(biāo)計(jì)算精度，脫硫脫硝系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整，等。

3.1 DEH 系統(tǒng)閥門(mén)控制方式對(duì)機(jī)組煤耗的影響

根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和資料，DEH 系統(tǒng)的閥門(mén)控制方式對(duì)于機(jī)組耗煤量有一定影響，如果根據(jù)閥門(mén)流量曲線對(duì)閥門(mén)開(kāi)啟順序進(jìn)行優(yōu)化，可以降低機(jī)組耗煤量。為此首先對(duì)閥門(mén)控制方式和閥門(mén)流量的關(guān)系進(jìn)行試驗(yàn)，總結(jié)閥門(mén)流量特性，然后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果改善控制單元，計(jì)算出實(shí)際的汽輪機(jī)閥流動(dòng)特性，合理修改閥的流動(dòng)特性和功能。為了降低供電煤耗，通過(guò)優(yōu)化閥門(mén)開(kāi)啟順序和閥門(mén)流量曲線，可以使閥門(mén)流量更接近實(shí)際負(fù)荷，優(yōu)化控制單元，減少節(jié)流損失，提高負(fù)荷控制精度。

對(duì)汽輪機(jī)順序閥不同調(diào)節(jié)方式對(duì)應(yīng)的不同流量進(jìn)行測(cè)試，得出準(zhǔn)確結(jié)論，總結(jié)順序閥的流量特性。根據(jù)閥的流量特性，試驗(yàn)閥門(mén)配氣方式經(jīng)過(guò)優(yōu)化后可以在低負(fù)荷的情況下降低煤耗3～5 g（/kW·h）。只有閥門(mén)的流量與反映機(jī)組的負(fù)荷需求基本相符的情況下才能有效控制煤耗，當(dāng)優(yōu)化閥門(mén)流量特性時(shí)，可以通過(guò)改變閥門(mén)開(kāi)啟順序來(lái)得出閥門(mén)流量曲線。此時(shí)閥門(mén)采用熱自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的自動(dòng)控制。

閥門(mén)的開(kāi)啟順序可根據(jù)機(jī)組的需要進(jìn)行調(diào)整。

（1）優(yōu)化和改善電流控制模式，使用熱自動(dòng)控制技術(shù)來(lái)調(diào)整汽輪機(jī)閥的開(kāi)放順序，測(cè)試閥門(mén)的流動(dòng)特性，記錄流量特性數(shù)據(jù)。計(jì)算實(shí)際的閥門(mén)流量特性值，根據(jù)DEH 系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)閥門(mén)流量特性功能，調(diào)整流量特性功能參數(shù)，保證機(jī)組負(fù)荷控制的準(zhǔn)確性，提高機(jī)組節(jié)能效果。

（2）調(diào)整機(jī)組控制閥，改變汽機(jī)部件的具體模式，優(yōu)化閥門(mén)的流量特性。先打開(kāi)該閥的2 個(gè)調(diào)節(jié)閥，然后繼續(xù)打開(kāi)另外2 個(gè)調(diào)節(jié)閥，以保證軸系的熱平衡。閥門(mén)的流量特性參數(shù)計(jì)算后，找到最優(yōu)參數(shù)減少煤炭消耗。

通過(guò)閥門(mén)的控制單元，熱電廠可在更高的經(jīng)濟(jì)效益前提下確保安全性和可靠性。

3.2 汽溫對(duì)機(jī)組煤耗的影響

機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷雖然較低，但煤質(zhì)變化也會(huì)引起主汽溫波動(dòng)較大，如果主汽溫過(guò)高，會(huì)影響機(jī)組的安全運(yùn)行和節(jié)能減排計(jì)劃。以660 MW 機(jī)組為例，當(dāng)主汽溫變化大于10 ℃時(shí)，機(jī)組額外消耗1.05 g（/kW·h）；再熱汽溫繼續(xù)上升10 ℃，煤耗繼續(xù)上升0.8 g（/kW·h）。如果采用自動(dòng)熱控技術(shù)，可根據(jù)鍋爐的燃燒特性自動(dòng)控制汽溫，并可不斷調(diào)整汽溫參數(shù)。當(dāng)主汽溫穩(wěn)定時(shí)，可逐步提高主汽溫設(shè)定值，660 MW 機(jī)組主汽溫每變化4 ℃，可有效降低煤炭消耗0.4 g（/kW·h）。但在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，再熱蒸汽的溫度一直難以調(diào)節(jié)，主要原因是燃燒器難以自動(dòng)調(diào)節(jié)。660 MW 超超臨界機(jī)組對(duì)自動(dòng)供水進(jìn)行了優(yōu)化，使中間點(diǎn)溫度穩(wěn)定，主汽溫度穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。當(dāng)中間點(diǎn)溫度變化1 ℃時(shí)，主蒸汽溫度變化5～10 ℃；主汽溫每10 ℃變化一次，會(huì)影響1.05 g（/kW·h）機(jī)組的煤耗。

3.3 電廠入爐煤計(jì)量對(duì)機(jī)組煤耗的影響

爐煤計(jì)量數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性會(huì)影響機(jī)組煤耗量的計(jì)算。為了節(jié)約成本，很多電廠都不安裝爐煤計(jì)量裝置和校準(zhǔn)裝置，大多采用鏈碼電子皮帶秤進(jìn)行計(jì)量和校準(zhǔn)。皮帶秤的精度受安裝水平度、皮帶角度等因素的影響，很難跟蹤測(cè)量偏差。定期與軌道衡進(jìn)行比對(duì)，偏差可控制在1%以?xún)?nèi)，一些工廠可以將偏差限制在0.5%以下。

3.4 輔機(jī)變頻改造對(duì)供電煤耗的影響

采用輔機(jī)變頻手段優(yōu)化運(yùn)行設(shè)備，可以降低供電耗煤量，例如一次風(fēng)機(jī)、凝結(jié)水泵、引風(fēng)機(jī)等高壓輔助設(shè)備改造可節(jié)電近30%。通過(guò)修改和優(yōu)化輔助控制設(shè)備可顯著節(jié)約用電，如對(duì)低壓輔機(jī)及周邊設(shè)備的優(yōu)化改造。

3.5 熱工主要參數(shù)對(duì)煤耗的影響

數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性對(duì)于能耗計(jì)算結(jié)果的精確度有很大影響，要確保采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在機(jī)組日常運(yùn)營(yíng)中，工作人員需要對(duì)與鍋爐效率相關(guān)的組件進(jìn)行維護(hù)，從節(jié)能減排的角度出發(fā)，對(duì)鍋爐效率的主要熱力參數(shù)和節(jié)能指標(biāo)進(jìn)行校核、維護(hù)，以確保機(jī)組負(fù)荷、主蒸汽壓力、主蒸汽溫度等數(shù)據(jù)測(cè)量的精準(zhǔn)性。

4 結(jié)語(yǔ)

運(yùn)行機(jī)組節(jié)能減排是火電廠節(jié)能減排的首要任務(wù)，火電廠的節(jié)能減排不僅是降低鍋爐和汽輪機(jī)的能耗，需要優(yōu)化DEH系統(tǒng)的閥門(mén)控制方式，實(shí)現(xiàn)蒸汽壓力和滑動(dòng)壓力的自動(dòng)控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)調(diào)節(jié)蒸汽溫度、脫硫脫硝系統(tǒng)，準(zhǔn)確測(cè)量煤質(zhì)。因此主要熱力參數(shù)和節(jié)能指標(biāo)的計(jì)算，有助于火力發(fā)電廠的節(jié)能減排。

火電廠在發(fā)電的過(guò)程中消耗大量的煤炭資源并釋放廢氣，火電廠的運(yùn)行控制需要熱工自動(dòng)化更新鍋爐運(yùn)行過(guò)程，提高機(jī)組的運(yùn)行技術(shù)水平。在建立一個(gè)完整的閥門(mén)控制系統(tǒng)的情況下，減少人為因素造成的高能源消耗，不僅能保證火力發(fā)電廠的正常生產(chǎn)，而且促進(jìn)火電廠的能源消耗的控制，達(dá)到節(jié)能減排的效果，使火電廠適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展的新形勢(shì)。