火電廠節(jié)能技術(shù)分析及優(yōu)化控制探析

＊錢 鑫

（青銅峽鋁業(yè)發(fā)電有限責(zé)任公司 寧夏 751603）

在當(dāng)前全球能源緊缺和環(huán)境問題日益突出的背景下，火電廠面臨著節(jié)能減排的壓力，通過對(duì)火電廠節(jié)能技術(shù)和優(yōu)化控制的研究，可以有效提高火電廠的能源利用效率，減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。因此，進(jìn)一步深入研究和應(yīng)用火電廠節(jié)能技術(shù)和優(yōu)化控制是當(dāng)前和未來的重要課題，這將有助于推動(dòng)火電廠的可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)我國能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與轉(zhuǎn)型。

1.火電廠應(yīng)用節(jié)能技術(shù)的必要性

隨著能源消耗和環(huán)境問題的日益凸顯，節(jié)能技術(shù)成為了提高能源利用效率、降低能源消耗、減少廢氣排放和促進(jìn)可再生能源利用的關(guān)鍵手段。以下將詳細(xì)闡述火電廠節(jié)能技術(shù)的必要性。

首先，火電廠節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用可以顯著提高能源效率。傳統(tǒng)火電廠在電力傳輸和配電過程中存在能源損耗的問題，而通過優(yōu)化電力傳輸和配電系統(tǒng)，可以減少能源在輸電和配電過程中的損耗[1]。此外，引入先進(jìn)節(jié)能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備的精細(xì)化管理，可以減少能源的浪費(fèi)。采用高效的發(fā)電設(shè)備和熱電聯(lián)供技術(shù)，可以提高火電廠的發(fā)電效率，減少燃料消耗和二氧化碳排放。因此，火電廠節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用可以有效提高能源利用率，降低能源消耗。

其次，火電廠節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用能夠促進(jìn)環(huán)境保護(hù)?；痣姀S是重要的環(huán)境污染源之一，其排放的廢氣和廢水對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。通過節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，可以減少火電廠的能源消耗，降低燃燒產(chǎn)生的廢氣排放量。引入先進(jìn)的污染治理設(shè)備，如煙氣脫硫、脫硝和除塵設(shè)備，可以有效減少火電廠的氮氧化物、二氧化硫和顆粒物排放?；痣姀S的節(jié)能技術(shù)還可以促進(jìn)可再生能源的利用。隨著可再生能源如風(fēng)能、太陽能等的快速發(fā)展，火電廠可以通過靈活調(diào)整運(yùn)行模式，將可再生能源的波動(dòng)性與火電的穩(wěn)定性相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)的平穩(wěn)性和可靠性。這種配合可以更大限度地發(fā)揮新能源的作用，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

最后，火電廠節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用還可以帶來經(jīng)濟(jì)效益。提高能源效率可以降低火電廠的運(yùn)營成本，減少能源消耗和燃料采購成本。引入智能化設(shè)備和先進(jìn)的控制系統(tǒng)可以提高火電廠的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，減少故障停機(jī)時(shí)間，提高發(fā)電效率，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.火電廠應(yīng)用節(jié)能技術(shù)現(xiàn)狀分析

火電廠作為重要的電力供應(yīng)單位，其節(jié)能技術(shù)應(yīng)用對(duì)于提高能源利用效率、降低能源消耗、減少廢氣排放具有一定作用。目前，火電廠節(jié)能技術(shù)在不斷發(fā)展和應(yīng)用中，取得了一定的成果，但仍面臨一些挑戰(zhàn)和改進(jìn)的空間。

（1）機(jī)械裝置的操作損耗。在火力發(fā)電廠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)中，機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)不可避免地會(huì)產(chǎn)生熱能、機(jī)械能的損失等，本文歸納了一些比較常見的損失。首先，在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)某種程度的空載或低負(fù)載，從而導(dǎo)致電能的損失增大。其次，在機(jī)器與機(jī)器之間的能量轉(zhuǎn)換過程中，不可避免地會(huì)有物理上的損失。最后，機(jī)器運(yùn)行本身會(huì)與空氣發(fā)生摩擦，從而造成能耗損失，特別是當(dāng)火力發(fā)電廠大氣中塵埃濃度較高時(shí)，能耗損失將大幅增加。

（2）由于火力發(fā)電廠的設(shè)備不能得到及時(shí)的檢修和維修，導(dǎo)致了很大的損失。為滿足電力供應(yīng)的需要，火電廠一天24小時(shí)不間斷的運(yùn)轉(zhuǎn)，長時(shí)間高負(fù)荷的運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)各種儀表和設(shè)備的要求越來越高。某些火力發(fā)電廠中的設(shè)備，由于使用時(shí)間過長，檢修不到位，就會(huì)出現(xiàn)出現(xiàn)故障，造成損失[2]。

（3）發(fā)光裝置的損失。首先，在火力發(fā)電廠的日常生產(chǎn)中，需要用到的燈具很多，而燈具的壽命又比較短，燈具在運(yùn)行中容易發(fā)生各種安全事故，燈具的頻繁更換會(huì)導(dǎo)致更大的電力損失。其次，部分火力發(fā)電廠在采購燈具時(shí)，未嚴(yán)格遵守?zé)艟叩墓?jié)能標(biāo)準(zhǔn)，致使某些燈具不符合電氣系統(tǒng)的節(jié)能要求，從而在未來的電力系統(tǒng)運(yùn)行中，產(chǎn)生更為嚴(yán)重的電能損失。最后，由于火力發(fā)電廠沒有充分重視燈具的節(jié)能技術(shù)，缺乏對(duì)燈具的開發(fā)和研究，造成了部分燈具的節(jié)能效果不佳。

（4）鐵零件的電磁波損失。電磁場是電力系統(tǒng)的一種物理現(xiàn)象，它對(duì)電力系統(tǒng)有很大的影響。在交流電源驅(qū)動(dòng)的交流磁場中，鐵制品的核心部件在長期工作中很容易發(fā)生新的損耗，這些新的損耗會(huì)在磁場中形成大量的熱量積聚，引起整個(gè)區(qū)域或部分區(qū)域的溫度急劇升高，不但會(huì)降低某些鐵制品的使用壽命，還會(huì)極大地加劇系統(tǒng)內(nèi)的電損耗。

3.火電廠節(jié)能技術(shù)優(yōu)化控制

(1)使用高效電機(jī)

高效電機(jī)使用是火電廠節(jié)能技術(shù)優(yōu)化控制的重要措施之一。傳統(tǒng)的火電廠通常使用老舊的電機(jī)設(shè)備，其效率較低，能耗較高。因此，替換這些低效的電機(jī)，并采用高效電機(jī)，可以顯著提高電機(jī)的效率，降低能耗。

高效電機(jī)采用了先進(jìn)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，具有更高的轉(zhuǎn)換效率和更低的能耗。相比傳統(tǒng)電機(jī)，高效電機(jī)在電能轉(zhuǎn)換過程中減少了能量損失，提高了能源利用效率。這種電機(jī)通常采用優(yōu)化的電磁設(shè)計(jì)和材料選擇，減少了銅損和鐵損，提高了電機(jī)的工作效率。通過替換老舊低效的電機(jī)，火電廠可以在不增加額外投資的情況下，顯著降低能耗和運(yùn)行成本。高效電機(jī)的使用還能減少溫室氣體排放，對(duì)環(huán)境具有積極的影響。此外，高效電機(jī)的運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，減少了故障和維修的頻率，提高了火電廠的運(yùn)行效率和可靠性。為了實(shí)施高效電機(jī)使用，火電廠需要進(jìn)行電機(jī)設(shè)備的評(píng)估和替換計(jì)劃。首先，對(duì)現(xiàn)有電機(jī)設(shè)備進(jìn)行能效評(píng)估，確定哪些電機(jī)需要替換。然后，選擇符合能效標(biāo)準(zhǔn)的高效電機(jī)，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)陌惭b和調(diào)試。同時(shí)，還需要建立電機(jī)運(yùn)行監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和能耗情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題。高效電機(jī)的使用是火電廠節(jié)能技術(shù)優(yōu)化控制的重要手段。通過替換老舊低效的電機(jī)，采用高效電機(jī)，可以顯著提高電機(jī)的效率，降低能耗，降低運(yùn)行成本，減少環(huán)境污染，提高火電廠的運(yùn)行效率和可靠性[3]。

(2)燈具能量損失的優(yōu)化控制

首先，建立嚴(yán)格的燈具管理制度。通過建立健全的燈具維護(hù)和更換計(jì)劃，定期檢查和保養(yǎng)燈具，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)故障，可以延長燈具的壽命，并減少因頻繁更換燈具而導(dǎo)致的能量損失。其次，采購符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的燈具產(chǎn)品。在火力發(fā)電廠采購燈具時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇能效等級(jí)高、光效好、功率因數(shù)高的節(jié)能燈具產(chǎn)品。通過與供應(yīng)商密切合作，確保采購到符合電氣系統(tǒng)節(jié)能要求的燈具，降低能量消耗和損失。最后，推動(dòng)燈具技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用?；鹆Πl(fā)電廠應(yīng)積極參與燈具技術(shù)的研發(fā)和推廣，引進(jìn)先進(jìn)的節(jié)能燈具技術(shù)。例如，采用LED燈具替代傳統(tǒng)照明設(shè)備，LED燈具具有高光效、長壽命、低功率等特點(diǎn)，能夠顯著降低能量消耗，提高照明效果。此外，結(jié)合智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)燈具的自動(dòng)調(diào)光、感應(yīng)開關(guān)等功能，根據(jù)需要進(jìn)行精確的能量控制，減少不必要的能源浪費(fèi)。

(3)能量回收技術(shù)

能量回收技術(shù)的基本原理是通過捕捉和轉(zhuǎn)化電氣系統(tǒng)中產(chǎn)生的廢熱、廢能，將其轉(zhuǎn)化為可再利用的能源。以下是一些常見的能量回收方法：第一，煙氣余熱回收?；痣姀S的燃燒過程會(huì)產(chǎn)生大量的煙氣余熱，通過煙氣余熱回收系統(tǒng)，可以將煙氣中的熱能轉(zhuǎn)化為蒸汽或熱水，用于供暖或發(fā)電過程中的其他需要。第二，汽輪機(jī)廢熱回收。火電廠中的汽輪機(jī)排放的廢熱可以通過廢熱回收系統(tǒng)進(jìn)行捕捉和利用。廢熱可以用于加熱鍋爐進(jìn)水、發(fā)電過程中的預(yù)熱等，從而提高能源利用效率。能量回收技術(shù)的應(yīng)用可以顯著提高火電廠的能源利用效率，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。煙氣余熱回收系統(tǒng)的應(yīng)用可以將煙氣中的熱能轉(zhuǎn)化為蒸汽或熱水，用于供暖或發(fā)電過程中的其他需要。這樣可以減少對(duì)其他能源的依賴，降低能源成本。廢熱發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用可以將廢熱轉(zhuǎn)化為電能，提高火電廠的發(fā)電效率。

(4)集控運(yùn)行技術(shù)

集控運(yùn)行技術(shù)是通過集成自動(dòng)化、信息化和智能化技術(shù)，對(duì)火電廠進(jìn)行全面的監(jiān)測、控制和管理。它基于先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了火電廠各個(gè)部門之間的信息共享和協(xié)同工作。

集控運(yùn)行技術(shù)在火電廠節(jié)能中的具體應(yīng)用分為以下幾方面：第一，燃燒過程優(yōu)化。集控運(yùn)行技術(shù)可以對(duì)火電廠的燃燒過程進(jìn)行全面監(jiān)測和優(yōu)化。通過實(shí)時(shí)采集和分析燃燒參數(shù)，比如燃料配比、風(fēng)量、爐溫等，系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)整燃燒器的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)燃燒過程的最優(yōu)化。例如，根據(jù)不同燃料的特性和質(zhì)量，系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)整燃料配比，確保燃燒效率的最大化，減少燃料浪費(fèi)和環(huán)境污染。第二，負(fù)荷預(yù)測與調(diào)整。集控運(yùn)行技術(shù)可以通過采集和分析歷史數(shù)據(jù)，并結(jié)合外部環(huán)境因素的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)火電廠負(fù)荷的預(yù)測和調(diào)整。通過預(yù)測未來負(fù)荷變化趨勢(shì)，系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)整發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行策略和出力，以滿足需求的同時(shí)最小化能源消耗。例如，在負(fù)荷較低的時(shí)段，系統(tǒng)可以自動(dòng)停機(jī)或切換至低負(fù)荷模式，減少無效運(yùn)行時(shí)間和能源損失。第三，智能化控制。目前，我國火力發(fā)電廠中央控制的智能化程度不斷提高，將模型分析法運(yùn)用到火力發(fā)電廠的日常管理中，將有助于提高中央控制的智能化程度。隨著中央控制向智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展，必須將中央控制的優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮到最大，并對(duì)中央控制在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各種問題進(jìn)行有效的解決，為實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電廠中央控制的節(jié)能降耗目標(biāo)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(5)智能控制技術(shù)

應(yīng)用智能控制技術(shù)，可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行精確控制和調(diào)度，以實(shí)現(xiàn)最佳運(yùn)行狀態(tài)，從而有效減少能耗。

首先，智能控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化控制和監(jiān)測。通過傳感器和監(jiān)測設(shè)備的安裝，可以實(shí)時(shí)獲取設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和能耗情況?；谶@些數(shù)據(jù)，智能控制系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)整設(shè)備的工作參數(shù)，以達(dá)到最佳的能效表現(xiàn)。例如，當(dāng)設(shè)備負(fù)載較低時(shí)，智能控制系統(tǒng)可以自動(dòng)降低設(shè)備的運(yùn)行功率，從而降低能耗。其次，智能控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的協(xié)同工作。通過網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)交互，各個(gè)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)信息共享和協(xié)調(diào)操作。例如，在火電廠中，多個(gè)電機(jī)可能同時(shí)運(yùn)行，而智能控制系統(tǒng)可以通過協(xié)同調(diào)度，使得各個(gè)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)相互匹配，避免不必要的能耗浪費(fèi)。智能控制技術(shù)還可以應(yīng)用于預(yù)測和優(yōu)化控制。通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分析，智能控制系統(tǒng)可以預(yù)測設(shè)備的能耗趨勢(shì)和運(yùn)行狀況，并做出相應(yīng)的調(diào)整。例如，當(dāng)系統(tǒng)預(yù)測到負(fù)載將會(huì)增加時(shí)，可以提前調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，以適應(yīng)未來的負(fù)載變化，從而減少能耗。最后，智能控制技術(shù)還可以與其他節(jié)能技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更高效的能源利用。例如，結(jié)合變頻調(diào)速技術(shù)和智能控制技術(shù)，可以根據(jù)實(shí)際負(fù)載需求，自動(dòng)調(diào)整電機(jī)的運(yùn)行頻率和功率，以提高電機(jī)的能效。另外，智能控制技術(shù)還可以與照明節(jié)能技術(shù)相結(jié)合，通過智能照明控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)照明設(shè)備的精確控制，減少能耗[4]。

4.結(jié)語

火電廠節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用可以顯著降低能耗、減少運(yùn)行成本，并對(duì)環(huán)境保護(hù)起到積極作用。替換低效電機(jī)、能量回收技術(shù)、集控運(yùn)行技術(shù)和智能控制技術(shù)等措施是有效的節(jié)能技術(shù)。智能控制技術(shù)在節(jié)能優(yōu)化中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，通過設(shè)備自動(dòng)化控制和監(jiān)測、設(shè)備協(xié)同工作、預(yù)測和優(yōu)化控制等手段，實(shí)現(xiàn)最佳運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)一步提高節(jié)能效果。然而，實(shí)施節(jié)能技術(shù)仍面臨一些挑戰(zhàn)，如高成本、技術(shù)難題等。因此，需要進(jìn)一步研究和優(yōu)化控制策略，以實(shí)現(xiàn)火電廠節(jié)能的可持續(xù)發(fā)展。