王冬生

(山西漳電大唐塔山發(fā)電有限公司，大同 037000)

0 引 言

結(jié)合實(shí)際調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段我國很多火電廠在熱工自動化方面存在欠缺，如鍋爐壓力變化較大、可靠性不高、自平衡能力較差。為盡可能提升火電廠熱工自動化水平，保證火電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行，正是本文圍繞火電廠熱工自動化中自動控制理論及實(shí)際應(yīng)用開展具體研究的原因所在。

1 火電廠熱工自動化中自動控制理論及基本應(yīng)用

在國內(nèi)外自動化控制理論的研究過程中，相關(guān)研究主要存在三個階段，即經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論、智能控制理論，三個階段并非單純的發(fā)展和延續(xù)關(guān)系，同時也存在相互配合共存關(guān)系。圍繞經(jīng)典控制理論進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，作為早期的自動化控制理論，該理論包含了串級控制法、根軌跡法、PID控制法、頻率法、非線性系統(tǒng)分析法等；現(xiàn)代控制理論屬于經(jīng)典控制理論的延續(xù)，通過線性代數(shù)、時域法等數(shù)學(xué)方法，現(xiàn)代控制理論建立的數(shù)學(xué)模型可模仿系統(tǒng)運(yùn)作規(guī)律，并以此整合優(yōu)化系統(tǒng)中各項(xiàng)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)設(shè)計的完善也可同時實(shí)現(xiàn)。相較于經(jīng)典控制理論，現(xiàn)代控制理論在研究范圍和深度方面進(jìn)步明顯，主要由自適應(yīng)控制理論、預(yù)測控制理論、動態(tài)識別系統(tǒng)、線性系統(tǒng)控制理論、非線性控制理論、最優(yōu)化估計理論等組成；智能控制理論屬于最新的自動控制理論，由模糊控制理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論、遺傳算法等組成，這類理論的應(yīng)用必須引起重視[1]。

2 火電廠熱工自動化中自動控制理論的實(shí)際應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化

對于火電廠熱工自動化中自動控制理論的實(shí)際應(yīng)用來說，這種應(yīng)用在系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化方面有著直觀體現(xiàn)，如優(yōu)化熱控制系統(tǒng)、機(jī)組負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配、安全指標(biāo)優(yōu)化、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化。

2.1.1 優(yōu)化熱控制系統(tǒng)

在基于自動控制理論的熱控制系統(tǒng)優(yōu)化實(shí)踐中，優(yōu)化可圍繞汽輪機(jī)監(jiān)視儀表系統(tǒng)性能、接地可靠性和抗干擾能力、熱控制系統(tǒng)邏輯展開。汽輪機(jī)監(jiān)視儀表系統(tǒng)性能優(yōu)化需結(jié)合反復(fù)的調(diào)查研究，以此降低汽輪機(jī)監(jiān)視儀表系統(tǒng)故障概率，機(jī)組誤動的概率也可隨之降低；接地可靠性和抗干擾能力優(yōu)化需關(guān)注外界環(huán)境因素帶來的干擾，控制系統(tǒng)因此出現(xiàn)的運(yùn)行不穩(wěn)定、測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確問題需得到重視，控制系統(tǒng)可能出現(xiàn)的發(fā)出錯誤指令問題也不容忽視，這會引發(fā)設(shè)備故障或機(jī)組跳閘，因此必須設(shè)法強(qiáng)化熱控制系統(tǒng)的接地可靠性和抗干擾能力，以此保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行；熱控制系統(tǒng)邏輯優(yōu)化需關(guān)注熱控制系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境中存在較大電磁強(qiáng)度，由此產(chǎn)生的環(huán)境干擾和自身異常往往會導(dǎo)致信號錯誤，如錯誤測量信號存在于連鎖保護(hù)中，系統(tǒng)誤動問題將隨之出現(xiàn)，因此需采用單點(diǎn)測量信號方式進(jìn)行優(yōu)化，系統(tǒng)信號的準(zhǔn)確傳遞可由此得到保障[2]。

2.1.2 機(jī)組負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配優(yōu)化

在傳統(tǒng)的火電機(jī)組控制系統(tǒng)中，直接調(diào)控對各臺單位機(jī)組的目標(biāo)負(fù)荷屬于自動發(fā)電控制的關(guān)鍵，通過硬接線的方式將電廠端機(jī)組DCS與遠(yuǎn)程終端連接，即可保證遠(yuǎn)程調(diào)控效果，電廠及電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性可同時得到保障，但在節(jié)能減排方面的表現(xiàn)欠佳。隨著“競價上網(wǎng)”和“廠網(wǎng)分開”的深入實(shí)施，傳統(tǒng)自動發(fā)電控制方式已無法滿足實(shí)際需要，為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)營運(yùn)的經(jīng)濟(jì)性提升，各個機(jī)組分配電廠經(jīng)濟(jì)負(fù)荷需要以各發(fā)電公司單獨(dú)發(fā)送負(fù)荷指令為依據(jù)，自動發(fā)電控制與火力發(fā)電機(jī)組可有效連接起來。配置SIS系統(tǒng)的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配較為常見，圖1為典型的SIS系統(tǒng)。

SIS系統(tǒng)多以單元機(jī)組實(shí)時性能計算結(jié)果和耗差分析結(jié)果為依據(jù)，由此得出的實(shí)時特性曲線可反映機(jī)組負(fù)荷，負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配實(shí)時效果可由此掌握。具體設(shè)計可將SIS系統(tǒng)的通用功能與MIS系統(tǒng)相結(jié)合，以此打造兼具SIS系統(tǒng)功能和MIS系統(tǒng)功能的綜合化系統(tǒng)，電廠調(diào)度工作需要滿足、初始投資節(jié)約、電廠日常信息管理水平提升均可由此實(shí)現(xiàn)，排放指標(biāo)和能耗控制方面的問題也能夠更好解決。

2.1.3 安全指標(biāo)優(yōu)化

在火電廠熱工自動化系統(tǒng)設(shè)計過程中，需優(yōu)先確保其平穩(wěn)運(yùn)行，隨后再考慮日常運(yùn)行中的節(jié)能降耗問題。如日常運(yùn)行中火電廠熱工自動化系統(tǒng)出現(xiàn)異常并導(dǎo)致無法正常運(yùn)行的機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)，大量的整修資源會因此耗費(fèi)，機(jī)械設(shè)備的再次啟動也會浪費(fèi)大量燃煤，火電廠節(jié)能減排工作在這種情況下受到的嚴(yán)重負(fù)面影響必須得到重視。因此，火電廠熱工自動化系統(tǒng)設(shè)計必須實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障概率的針對性控制，降低非正常原因?qū)е碌幕痣姀S停工時長，同時需關(guān)注不同工作區(qū)域、不同工作機(jī)械的檢查工作，以此預(yù)判各類事故，降低故障出現(xiàn)概率。此外，智能化自動監(jiān)察系統(tǒng)的針對性設(shè)計和充分利用也需要得到重視，人工巡查的陳舊模式可由此逐步淘汰，人力資源節(jié)約、檢修時長縮短、火電廠經(jīng)濟(jì)效益提升及污染物排放數(shù)量降低也可同時實(shí)現(xiàn)。

2.1.4 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化

在火電廠熱工自動化控制軟件的選擇過程中，充分的測試和評價極為關(guān)鍵，熱工自動化控制軟件的試用也需要靈活選擇多種控制系統(tǒng)算法，熱工自動化控制的效率可由此得到保障。為更好實(shí)現(xiàn)火電廠節(jié)能減排目標(biāo)，火電廠還需要設(shè)法提升電煤脫硫率和電煤脫硫速度，脫硫吸收部分可通過自動控制系統(tǒng)控制，同時還需要強(qiáng)化二次處理含硫廢液，為規(guī)避環(huán)境污染，需保證直接排放含硫廢液的情況不得出現(xiàn)，同時還需要加強(qiáng)機(jī)械運(yùn)行安全性，保證節(jié)能減排方面熱工自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)化更好發(fā)揮[3]。

2.2 新技術(shù)應(yīng)用

火電廠熱工自動化中自動控制理論的實(shí)際應(yīng)用還需要關(guān)注各類新技術(shù)，如等離子點(diǎn)火技術(shù)、機(jī)組自動控制和脫硫、變頻控制技術(shù)、新型檢測儀表。

2.2.1 等離子點(diǎn)火技術(shù)

在技術(shù)先進(jìn)性和節(jié)能環(huán)保性能方面，等離子點(diǎn)火技術(shù)的優(yōu)勢明顯，這使得其近年來在我國火電領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛。傳統(tǒng)點(diǎn)火技術(shù)在應(yīng)用中會受到煤炭質(zhì)量的影響，在遇到褐煤、貧煤、煙煤時，傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)的有效點(diǎn)火很難實(shí)現(xiàn)。對于采用開放式磁穩(wěn)、機(jī)械壓縮、電磁于一體的等離子發(fā)生器來說，由于功率可調(diào)、連續(xù)，等離子點(diǎn)火技術(shù)的應(yīng)用可成功點(diǎn)燃褐煤、貧煤、煙煤。在等離子點(diǎn)火技術(shù)的支持下，火電廠對燃煤質(zhì)量要求的降低和鍋爐運(yùn)行效率提升均可實(shí)現(xiàn)。等離子點(diǎn)火系統(tǒng)采用不易氧化、高導(dǎo)熱、高導(dǎo)電的特殊合金材料制成兩級，輔以強(qiáng)化冷卻結(jié)構(gòu)可做到長期穩(wěn)定使用。特殊合金材料的使用使得等離子點(diǎn)火技術(shù)可將空氣作為等離子載體，等離子點(diǎn)火系統(tǒng)因此進(jìn)一步簡化，運(yùn)行費(fèi)用也得以降低。

2.2.2 機(jī)組自動控制和脫硫

碳酸鈣濕法脫硫技術(shù)在火電廠尾氣脫硫處理中的應(yīng)用較為廣泛，由于脫硫部分和燃爐部分相互獨(dú)立，僅通過導(dǎo)線相互串聯(lián)的二者在安全性方面存在欠缺，節(jié)能減排作用的發(fā)揮也會受到限制。為響應(yīng)國家節(jié)能減排號召，火電廠必須聯(lián)動改造機(jī)組脫硫系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)，以此在DCS控制系統(tǒng)中集成脫硫部分，脫硫部分的交換器和增壓風(fēng)機(jī)數(shù)量也需要同時減少，以此加強(qiáng)脫硫系統(tǒng)煙氣通道控制與燃爐控制的聯(lián)動，節(jié)能減排目的可更好實(shí)現(xiàn)。

2.2.3 變頻控制技術(shù)

通過安裝變頻器，火電廠的節(jié)能效果可大幅提升，但變頻器的購入和安裝同時會消耗大量資金，價格不菲的高壓變頻器便屬于其中代表。此外，變頻控制技術(shù)的應(yīng)用還需要專門建設(shè)機(jī)房，使用過程中周圍信號受到的高次諧波干擾也需要引起重視，因此基于變頻控制技術(shù)的變頻器優(yōu)選必須得到重視，以此開展針對性的可行性分析并編制技術(shù)規(guī)范，配合變頻器使用前的經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，即可優(yōu)選變頻方式，同時可以綜合考慮變頻器的電壓等級和控制方式。

2.2.4 新型檢測儀表

火電廠熱工自動化控制離不開儀表的支持，因此需科學(xué)應(yīng)用各類新型檢測儀表，如蒸汽管道疏水時間可基于快速熱電偶提高，煤堆溫度檢測可通過大型圓筒煤場的設(shè)立更好實(shí)現(xiàn)，閥門管道故障概率可通過超聲檢漏技術(shù)的應(yīng)用降低，鍋爐燃燒工況優(yōu)化控制可基于聲波檢測技術(shù)更好實(shí)現(xiàn)，新型檢測儀表的合理應(yīng)用必須引起重視。

3 結(jié)束語

綜上所述，火電廠熱工自動化中自動控制理論的實(shí)際應(yīng)用需關(guān)注多方面因素影響。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的優(yōu)化熱控制系統(tǒng)、機(jī)組負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配、變頻控制技術(shù)、新型檢測儀表等內(nèi)容，則提供了可行性較高的自動控制理論應(yīng)用路徑。為更好服務(wù)于火電廠熱工自動化，自動控制理論的應(yīng)用還應(yīng)關(guān)注鍋爐過熱氣溫控制、鍋爐燃燒過程控制、鍋爐給水全程控制等方面內(nèi)容。