劉龍翔

（福建華電可門發(fā)電有限公司 350512）

火電廠熱工自動化設(shè)計中的節(jié)能減排研究

劉龍翔

（福建華電可門發(fā)電有限公司 350512）

近年來，伴隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對于電能的需求也不斷提高，電力工業(yè)進入了一個高速發(fā)展的階段。在這樣的背景下，火電機組的運行與管理對自動化技術(shù)的要求日益提高，熱工自動化技術(shù)憑借著安全性、可靠性、經(jīng)濟性等方面的優(yōu)勢成為了未來火電機組發(fā)展的重要方向，而火電廠作為節(jié)能減排的重點對象，在熱工自動化設(shè)計中同樣應(yīng)注意節(jié)能減排問題。本文主要闡述了火電廠熱工自動化系統(tǒng)的功能與特點，分析了火電廠熱工自動化系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，并提出了火電廠熱工自動化設(shè)計中的節(jié)能減排對策，以期為我國火電廠熱工自動化技術(shù)的提升提供理論指導(dǎo)。

火電廠 熱工自動化 節(jié)能減排展的重要方向，智能化控制技術(shù)也將在熱工自動化系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

1. 電廠熱工自動化系統(tǒng)發(fā)展概況

1.1 熱工自動化系統(tǒng)的主要功能

熱工自動化系統(tǒng)是指對火電廠主要生產(chǎn)工藝所需要的儀表及自動化控制設(shè)備進行統(tǒng)一配置，從而實現(xiàn)火電機組運行監(jiān)測、報警、控制、連鎖保護等一系列功能的綜合控制系統(tǒng)。熱工自動化系統(tǒng)的功能主要包括以下幾個方面：一是數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，主要負責(zé)火電機組運行參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)的檢測，生產(chǎn)工藝報警，收集電力產(chǎn)品性能指標(biāo)，從而為機組操作人員提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息；二是模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要實現(xiàn)汽包水位控制、主汽溫度調(diào)節(jié)、給煤量調(diào)節(jié)、一次風(fēng)量調(diào)節(jié)、二次風(fēng)量調(diào)節(jié)、引風(fēng)量調(diào)節(jié)、爐膛差壓控制、除氧器調(diào)節(jié)等一系列功能，通過各項運行指標(biāo)的調(diào)節(jié)來滿足火電機組的運行要求，模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)也是人工自動化技術(shù)的核心模塊；三是順序控制系統(tǒng)，在人工自動化系統(tǒng)的組態(tài)環(huán)境中，實現(xiàn)所有輔機與設(shè)備啟停順序、聯(lián)鎖的控制，借助機組運行狀態(tài)信息來轉(zhuǎn)換設(shè)備啟停順序，從而有效提升機組運行的穩(wěn)定性，減少不必要的損耗，也降低了設(shè)備運行管理人員的勞動強度；四是鍋爐安全監(jiān)視保護，主要實現(xiàn)鍋爐設(shè)備運行的安全管理，由燃燒器控制系統(tǒng)以及燃燒安全管理系統(tǒng)組成，負責(zé)火電機組鍋爐程控點火、燃燒器管理、爐膛安全保護等一系列功能；五是汽機保護系統(tǒng)，通過PLC對汽機設(shè)備運行的保護功能，建立網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)實現(xiàn)汽機運行遠程監(jiān)視，并對系統(tǒng)跳閘進行記錄與分析。

隨著變頻技術(shù)的不斷成熟，變頻器已經(jīng)成為火電廠熱工自動化系統(tǒng)的重要組成部分，采用變頻調(diào)速控制的風(fēng)機、水泵在火電機組中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。另外，熱工自動化還建立了先進的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來進行信息傳輸，其中，低速通信網(wǎng)絡(luò)負責(zé)分散過程控制，中速網(wǎng)絡(luò)負責(zé)集中操作監(jiān)控，而高速網(wǎng)絡(luò)則主要負責(zé)管理信息數(shù)據(jù)的傳輸；熱工自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)具有通用性、實時性等特點，從而保證機組狀態(tài)監(jiān)測與控制操作等數(shù)據(jù)信息的高效傳輸，實現(xiàn)火電機組的自動化控制。

1.2 熱工自動化系統(tǒng)的特點

火電廠熱工自動化系統(tǒng)采用多層體系結(jié)構(gòu)，不同層級的操作對象與功能模塊存在差別，因此也擁有獨立的軟件系統(tǒng)。高層級熱工自動化系統(tǒng)的控制軟件包與操作顯示軟件包能夠從自動控制的角度出發(fā)，對底層與中間層的軟件系統(tǒng)進行綜合管理，并形成以數(shù)據(jù)處理為中心的心理管理系統(tǒng)。而分散過程控制級的軟件包則主要面向用戶提供各類過程控制功能，通過數(shù)據(jù)采集預(yù)處理、控制算法、常用公式計算、控制輸出等模塊實現(xiàn)火電機組的自動化控制；由于軟件平臺與硬件配置的差異，控制級軟件包的編程語言包括圖形化編程、文本化語言、面向問題的語言、通用的高級語言等多種不同類型。

與其他控制系統(tǒng)相比，熱工自動化系統(tǒng)主要具有以下幾個特點：一是硬件積木化，熱工自動化系統(tǒng)采用積木化硬件組裝式結(jié)構(gòu)，功能模塊的選擇是通過在系統(tǒng)中增加或拆除單元模塊來實現(xiàn)，而對系統(tǒng)的完整性不會造成影響；二是軟件模塊化，熱工自動化系統(tǒng)為用戶提供了大量軟件模塊，從而極大得減少了軟件開發(fā)的工作量；三是通信網(wǎng)絡(luò)的通用性，建立多臺計算機互相連接的通信網(wǎng)絡(luò)，通過高速數(shù)據(jù)傳輸通道實現(xiàn)協(xié)調(diào)溝通、資源共享的目的；四是整體性能的可靠性較高，引入冗余技術(shù)、自診斷功能、抗干擾措施、高性能系統(tǒng)組件來提升自動化控制效率。

1.3 熱工自動化系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

火電廠熱工自動化技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷了四個階段，從就地控制發(fā)展到集中控制階段，再到計算機控制階段，最終形成了當(dāng)前廣泛使用的分散型系統(tǒng)。分散型系統(tǒng)主要由冗余網(wǎng)、交換設(shè)備、操作員站、工程師站、歷史站、控制器等部分組成，具有分散控制、集中管理、管控一體化等特點，能夠處理復(fù)雜的生產(chǎn)過程，并能夠勝任不同任務(wù)的操控要求。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，熱工自動化系統(tǒng)也趨于成熟，主控與副控一體化將成為熱工自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，并將加快信息化建設(shè)，由計算機數(shù)字化控制單元、副控車間廠級實時監(jiān)控系統(tǒng)、廠級信息管理系統(tǒng)組成數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，從而推動火電廠發(fā)電成本的不斷降低。另外，火電廠為了適應(yīng)低碳經(jīng)濟時代的發(fā)展要求，熱工自動化系統(tǒng)的節(jié)能減排將成為未來發(fā)

2. 電廠熱工自動化設(shè)計中的節(jié)能減排對策

火電廠熱工自動化系統(tǒng)要實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，應(yīng)從設(shè)備的安全性控制、系統(tǒng)的經(jīng)濟性運行、節(jié)能減排技術(shù)的可靠性、檢測儀表的創(chuàng)新性、隱性節(jié)能損耗因素分析等多個方面入手。

2.1 強化電力設(shè)備的安全性控制

只有保證火電機組的安全運行才能開展節(jié)能減排設(shè)計工作，因此，電力設(shè)備的安全運行是實現(xiàn)節(jié)能減排的基礎(chǔ)?；痣姍C組的長周期安全運行是保證節(jié)能減排的重點，設(shè)備故障停機后的重新點火都將消耗大量的資源。在熱工自動化系統(tǒng)的機組連鎖保護邏輯設(shè)計中，應(yīng)加快超馳控制、輔機故障自動減負荷、燃燒器管理等邏輯設(shè)計部分的進一步完善，縮短設(shè)備的故障停機時間，確保電力設(shè)備的安全、穩(wěn)定、長周期運行。重視機組設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷工作，廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)應(yīng)配置相應(yīng)的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷功能模塊，在熱工自動化系統(tǒng)的設(shè)計中增加設(shè)備監(jiān)測點，對設(shè)備運行狀況進行實時、全面的檢測；加快設(shè)備檢修模式的轉(zhuǎn)變，根據(jù)設(shè)備狀態(tài)檢測數(shù)據(jù)，制定有針對性的檢修計劃，在保證設(shè)備安全運行的前提下延長機組檢修間隔，從而實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，降低設(shè)備運行成本，不斷提高火電廠的經(jīng)濟效益。

2.2 優(yōu)化熱力系統(tǒng)的經(jīng)濟性運行

在熱工自動化系統(tǒng)的軟件選擇中，應(yīng)在進行完善的調(diào)查、梳理、評審、推薦、試用后選擇更為優(yōu)秀的控制軟件，特別是對于分散控制系統(tǒng)的軟件選擇更應(yīng)當(dāng)經(jīng)過科學(xué)的評估與討論，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊算法、非線性協(xié)調(diào)等先進算法的控制軟件應(yīng)作為首要選擇目標(biāo)。建立完善的火電機組經(jīng)濟指標(biāo)評價體系，構(gòu)建機組數(shù)學(xué)模型，通過機組性能計算功能模塊對機組性能進行計算與分析，最終得出機組經(jīng)濟指標(biāo)評價體系。實現(xiàn)機組負荷經(jīng)濟分配，通過機組性能計算的結(jié)果繪制機組負荷實時曲線，并將自動發(fā)電控制與機組經(jīng)濟運行聯(lián)系起來，將火電廠經(jīng)濟符合分配至每臺機組。通過廠級管理信息系統(tǒng)收集機組運行的實時數(shù)據(jù)，構(gòu)筑性能優(yōu)化知識庫，為機組運行過程中的性能問題做出診斷，從而提高機組運行的經(jīng)濟性。

2.3 提升節(jié)能減排技術(shù)的可靠性

火電廠節(jié)能減排目標(biāo)的實現(xiàn)需要相應(yīng)的技術(shù)體系作為支撐。在機組啟動和低負荷運行狀態(tài)下，不斷提高等離子電火以及微油點火的安全性，從而減少燃油使用，推動環(huán)境保護、節(jié)能減排等目標(biāo)的實現(xiàn)。加快脫硫和單元機組控制的融合，脫硫系統(tǒng)中的煙氣通道控制、煙氣排放溫度控制、吸收塔超溫保護均應(yīng)納入熱工自動化系統(tǒng)的設(shè)計中，重視脫硫漿液制備、漿液循環(huán)、脫硫廢水處理等功能模塊的設(shè)計工作。針對采用變頻控制技術(shù)的大型輔機，應(yīng)加快相關(guān)技術(shù)規(guī)范的編制，在系統(tǒng)設(shè)計中根據(jù)輔機運行特點選擇合適的變頻器控制方式。通過主蒸汽流量數(shù)據(jù)的獲取，為火電機組的運行監(jiān)視、性能檢測、過程控制提供必要的數(shù)據(jù)信息，從而實現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)的不斷優(yōu)化。

2.4 加快節(jié)能減排檢測儀表的創(chuàng)新

節(jié)能減排檢測儀表的創(chuàng)新應(yīng)從以下幾個方面入手：一是快速熱電偶的應(yīng)用，解決蒸汽管道疏水袋介質(zhì)排放難以準(zhǔn)確控制的問題，利用快速熱電偶檢測疏水袋溫度，從而降低設(shè)備成本費用；二是閥門或管道超聲波檢漏，對疏水閥、再循環(huán)閥、旁路閥等管道控制閥裝設(shè)超聲波檢測儀；三是大型圓筒煤場的安全監(jiān)測儀表，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患并進行處理；四是露天儀表導(dǎo)管電熱防凍的溫度控制，通過自動溫控器來降低電能損耗；五是鍋爐爐膛溫度聲波檢測，控制鍋爐內(nèi)火焰中心位置，實時監(jiān)控爐膛出口溫度，優(yōu)化風(fēng)煤比，降低燃燒損耗；六是重金屬濃度在線監(jiān)測儀表，設(shè)置Cd、Pb、Zn、As、Hg等重金屬元素檢測裝置，同時對于火電廠工業(yè)廢水也應(yīng)重視重金屬檢測；七是無線傳感網(wǎng)絡(luò)，包括無線溫度、壓力、流量等傳感器。

2.5 重視隱性節(jié)能降耗因素

除了常規(guī)的節(jié)能減排方法外，在火電廠熱工自動化設(shè)計中還應(yīng)重視隱性節(jié)能損耗因素。注意儀用壓縮空氣耗量，空氣耗量的大小與壓縮空氣機組配置的容量以及運行成本直接相關(guān)；重視不停電電源UPS負荷，歸納不同容量機組儀用UPS的實際負荷數(shù)據(jù)，對UPS選型提出科學(xué)的意見；電子設(shè)備間空調(diào)的設(shè)置，可以配合暖通專業(yè)確定電子設(shè)備間可行的空調(diào)技術(shù)條件，以取代傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)，減少電子設(shè)備間空調(diào)運行費用；大機組控制回路及保護邏輯設(shè)計中各類傳感器（變送器、熱電阻、熱電偶、參數(shù)開關(guān)等）冗余配置數(shù)量較大，傳感器過多配備也增加了設(shè)備投資以及運行損耗，當(dāng)前缺乏一個統(tǒng)一的規(guī)范體系作為參照。

3. 語

熱工自動化系統(tǒng)的主要功能包括數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)、模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、順序控制系統(tǒng)、鍋爐安全監(jiān)視保護、汽機保護系統(tǒng)等，與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，熱工自動系統(tǒng)具有硬件積木化、軟件模塊化、通信通用化、高性能化等特點。為了適應(yīng)低碳經(jīng)濟時代的發(fā)展要求，熱工自動化系統(tǒng)的節(jié)能減排將成為未來發(fā)展的重要方向。要實現(xiàn)火電廠熱工自動化設(shè)計中的節(jié)能減排目標(biāo)，應(yīng)從強化電力設(shè)備的安全控制、優(yōu)化熱力系統(tǒng)經(jīng)濟運行、提升節(jié)能減排技術(shù)可靠性、加快節(jié)能減排檢測儀表創(chuàng)新、重視隱性節(jié)能降耗因素等六個方面入手，

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1007-6344（2015）12-0176-01