低碳背景下火電廠熱工自動化研究

楊亞利

（陜西國華錦界能源有限公司，陜西 榆林 719300）

隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展駛?cè)搿翱燔嚨馈保藗兊纳钏桨l(fā)生了翻天覆地的變化，各種電器用量不斷攀升，每年用電量呈逐漸增長趨勢。火電廠在發(fā)電過程中，一方面滿足了人們對電能的需求，但也給環(huán)境造成了嚴重污染。因此，在低碳背景下開展火電廠熱工自動化研究具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1 火電廠熱工自動化概述

火電廠熱工自動化是指在沒人參與的情況下，利用自動化控制理論、計算機控制理論和有關控制裝置對火電廠的機器設備進行有效控制，且確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、安全性和高效性?；痣姀S熱工自動化系統(tǒng)包括輔助設備自動化和主機自動化兩部分，每個模塊均由自動控制與測量、信息采集與處理、系統(tǒng)保護、系統(tǒng)自動報警等若干個自動化模塊組成?；痣姀S熱工自動化系統(tǒng)可自動調(diào)節(jié)生產(chǎn)設備參數(shù)，控制自動化生產(chǎn)設備的運行順序，完成系統(tǒng)的安全檢測與控制?；痣姀S利用熱工自動化技術不但能大大提高設備運行的效率和可靠性，還能有效節(jié)約生產(chǎn)成本，確保設備運行安全。

2 低碳背景下的火電廠熱工自動化優(yōu)化

2.1 系統(tǒng)設計優(yōu)化

2.1.1 優(yōu)化熱控制系統(tǒng)

一是優(yōu)化汽輪機監(jiān)視儀表系統(tǒng)性能，提高可靠性。汽輪機監(jiān)視儀表系統(tǒng)是導致機組故障的重要原因，通過反復研究和調(diào)查發(fā)現(xiàn)，對汽輪機監(jiān)視儀表進行優(yōu)化后，可大大減少其導致機組誤動的概率。

二是增強抗干擾能力和接地可靠性?，F(xiàn)階段，很多外界環(huán)境中的因素都可能對火電廠熱控制系統(tǒng)造成一定的干擾，使得控制系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)不準確、運行不穩(wěn)定，甚至還會導致控制系統(tǒng)發(fā)出錯誤指令，引發(fā)機組跳

閘或設備故障，對整個熱控制系統(tǒng)的有效運行造成嚴重影響。因此，增強熱控制系統(tǒng)的抗干擾能力和接地可靠性對于確保熱控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有非常積極的作用。

三是優(yōu)化熱控制系統(tǒng)邏輯。熱控制系統(tǒng)和控制設備運行環(huán)境中的電磁強度非常大，不但容易受外部環(huán)境干擾，其自身運行也可能發(fā)生異常，造成信號錯誤。當連鎖保護出現(xiàn)錯誤測量信號時，很可能導致系統(tǒng)誤動。為保證系統(tǒng)信號的準確傳遞，應采用單點測量信號的方式。

2.1.2 機組負荷經(jīng)濟分配

以往火電機組控制系統(tǒng)中的自動發(fā)電控制主要是由電網(wǎng)對各臺單位機組的目標負荷進行直接調(diào)控，即利用硬接線的方式，將遠程終端與電廠端機組DCS 進行連接，由此達到遠程調(diào)控的效果，該方式可有效確保電廠及電網(wǎng)運行的可靠性、安全性，但不具有明顯的節(jié)能減排效果。隨著“廠網(wǎng)分開”和“競價上網(wǎng)”的深入實施，原來的自動發(fā)電控制方式已不適用，需由各發(fā)電公司單獨發(fā)送負荷指令，給各個機組分配電廠經(jīng)濟負荷，以此將火力發(fā)電機組與自動發(fā)電控制有效連接起來，提高電網(wǎng)營運的經(jīng)濟性。負荷經(jīng)濟分配一般情況下會配置到SIS 系統(tǒng)（廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)），也就是以耗差分析結(jié)果和單元機組實時性能的計算結(jié)果為依據(jù)，得出機組負荷的實時特性曲線，掌握負荷經(jīng)濟分配的實時效果。在設計之初就可以將MIS 系統(tǒng)（管理信息系統(tǒng)）和SIS系統(tǒng)的通用功能進行結(jié)合，設計出一套兼具MIS 系統(tǒng)功能和SIS 系統(tǒng)功能的綜合化系統(tǒng)，如此不但可為電廠節(jié)約初始投資，還可適應電廠調(diào)度工作的需要，為電廠日常信息管理提供有效保障，在源頭上解決排放指標和能耗控制的難題。

2.1.3 安全指標優(yōu)化

在設計火力發(fā)電廠的熱工自動化系統(tǒng)時，應優(yōu)先確?；鹆Πl(fā)電廠的運行平穩(wěn)，其次，再考慮火力發(fā)電廠日后的節(jié)能降耗問題。假如在平時工作中發(fā)生異常狀況，導致機械設備無法正常運行而被迫停工，將會耗費大量整修資源，再次啟動火力發(fā)電廠的機械設備時，還需要消耗大量燃煤，會對火力發(fā)電廠開展節(jié)能減排工作造成非常不利的影響。所以，在設計火力發(fā)電廠時，一定要最大限度地降低火力發(fā)電機械設備出現(xiàn)故障的概率，盡量減少火力發(fā)電廠因非正常原因?qū)е碌耐９r長。另外，還要全面做好不同工作機械、不同工作區(qū)域的檢查工作，對各種事故進行有效預判，減少故障發(fā)生的概率。此外，還應盡可能地利用智能化自動監(jiān)察系統(tǒng)，徹底轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)依賴人工巡查的陳舊模式，降低檢修時長，這樣不但可以提升火力發(fā)電廠的經(jīng)濟效益，還可大大降低火力發(fā)電廠排放污染物的數(shù)量。

2.1.4 系統(tǒng)經(jīng)濟運行優(yōu)化

在選擇火力發(fā)電廠的熱工自動化控制軟件前，要進行充分的測試和評價，在試用熱工自動化控制軟件時，要選用各種不同的控制系統(tǒng)算法，保證熱工自動化控制的工作效率。為實現(xiàn)節(jié)能減排效果，火力發(fā)電廠要設法提高電煤脫硫速度和電煤脫硫率，可通過自動控制系統(tǒng)對脫硫吸收部分進行控制，二次處理含硫廢液，切忌直接排放含硫廢液，以免造成環(huán)境污染。此外，要不斷提升機運行械的安全性，積極發(fā)揮火力發(fā)電廠熱工自動化控制系統(tǒng)在節(jié)能減排方面的作用。

2.2 新技術應用

2.2.1 等離子點火

等離子點火在節(jié)能環(huán)保和技術先進性等方面具有明顯的優(yōu)勢，因此，在我國火電廠中被廣泛應用。采用傳統(tǒng)點火技術時，鍋爐點火系統(tǒng)會受到煤炭質(zhì)量的影響，在遇到煙煤、貧煤、褐煤時，傳統(tǒng)點火系統(tǒng)很難實現(xiàn)有效點火。等離子點火采用了集電磁、機械壓縮與開放式磁穩(wěn)于一體的等離子發(fā)生器，其功率可調(diào)、連續(xù)，能成功地點燃煙煤、貧煤以及褐煤。該項技術的應用不但大大提高了火電廠鍋爐運行效率，也降低了火電廠對燃煤質(zhì)量的要求。等離子點火系統(tǒng)采用高導電、高導熱以及不易氧化的特殊合金材料制成陽極和陰極，并且采用了強化冷卻結(jié)構(gòu)，能夠長期穩(wěn)定使用。此外，由于使用了特殊合金材料，可直接以空氣作為等離子載體，而不需要使用專門的惰性氣體對電極進行保護，不但使系統(tǒng)更為簡化，還在很大程度上降低了運行費用。

2.2.2 機組自動控制和脫硫

目前，大部分火電廠都運用碳酸鈣濕法脫硫技術對尾氣進行脫硫處理，且燃爐部分和脫硫部分是相互獨立的，兩者之間僅通過導線相互串聯(lián)，既無法滿足該技術設計的安全性要求，也限制了節(jié)能減排作用的發(fā)揮。近幾年，隨著環(huán)境污染問題的不斷加重，節(jié)能降耗問題被擺上了重要議事日程。因此，火力發(fā)電廠應當對機組自動控制系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)進行聯(lián)動改造，將脫硫部分融合到DCS 控制系統(tǒng)中，并減少脫硫部分的增壓風機和交換器數(shù)量，使燃爐控制與脫硫系統(tǒng)煙氣通道控制之間的聯(lián)動更為緊密，進而更好地達到節(jié)能減排的目的。

2.2.3 新型檢測儀表

新型檢測儀表在火電廠熱工自動化控制中具有非常重要的作用，例如，采用快速熱電偶能有效提高蒸汽管道疏水時間；設立大型圓筒煤場有利于檢測煤堆的溫度，避免發(fā)生煤場自燃現(xiàn)象；采用超聲檢漏技術能減少閥門管道發(fā)生故障的概率；采用聲波檢測技術能有效控制鍋爐燃燒工況，減少熱量散失，提升燃煤利用率。

2.2.4 變頻控制技術

火力發(fā)電廠引用變頻器可有效提升節(jié)能效果，而投資購買變頻器設備會花費大量資金，尤其是高壓變頻器，價格更是不菲。與此同時，還要為其設置專用機房，在使用過程中，還要考慮到高次諧波對周圍信號的干擾。因此，火電廠在引進變頻器之前，應先確定哪些輔機適宜使用變頻控制技術，不但要進行相應的可行性分析，還要編制行業(yè)性技術規(guī)范。如果輔機以額定負荷運行或轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍不大，在使用變頻器前要對該類輔機進行經(jīng)濟技術分析。在確定變頻方式時，要對變頻器的控制方式和電壓等級進行綜合考慮。

3 結(jié)語

總而言之，在低碳背景下，可通過采取熱控制系統(tǒng)優(yōu)化、機組負荷經(jīng)濟分配、安全指標優(yōu)化、系統(tǒng)經(jīng)濟運行優(yōu)化等幾項有效措施，并積極應用等離子點火、新型檢測儀表、變頻控制技術等多項新技術，不斷提升火電廠熱工自動化程度，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。