劉延文

（煙臺龍源電力技術股份有限公司，山東煙臺 264006）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，能源問題逐漸凸顯，節(jié)能減排的重要性越來越突出。火電廠的節(jié)能減排工作迫在眉睫，通過機組的DEH（Digital Electro-Hydraulic control system，汽輪機電液控制）系統(tǒng)閥門控制方式的優(yōu)化、自動氣溫系統(tǒng)的升級和電廠煤量計量方式的優(yōu)化等方面對火電廠節(jié)能減排提出改進思路。水位調(diào)節(jié)、主要熱工參數(shù)節(jié)能指標計算精度及輔助逆變器控制、脫硫脫硝動態(tài)調(diào)整因素等對煤耗單元的影響較大，也會對火電廠的耗煤量產(chǎn)生影響，通過優(yōu)化控制參數(shù)和精確測量，降低火電廠耗煤量，為環(huán)境生態(tài)保護貢獻力量。

1 火電廠熱工自動控制系統(tǒng)的組成

1.1 分散控制系統(tǒng)

分散控制系統(tǒng)又稱DCS（Distributed Control System）系統(tǒng)，是熱力自動控制系統(tǒng)的重要組成部分之一：①控制系統(tǒng)的功能是分散的，通過分散控制系統(tǒng)的功能，分散整個系統(tǒng)的風險因素；②受控生產(chǎn)設備是分散的，為了避免生產(chǎn)設備的過度集中而在空間上分散布置的。

通過該系統(tǒng)的應用，以控制室計算機為基礎，構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，應用了多種先進技術，主要包括通信技術、控制技術和微機技術等。隨著各種先進技術的應用，分散控制系統(tǒng)具有運行管理、過程控制、生產(chǎn)管理和控制管理等功能，各功能既相互關聯(lián)又相互獨立。

1.2 輔助控制系統(tǒng)

在熱工自動控制中，輔助控制系統(tǒng)也是重要的組成部分之一，保證機組能夠始終在正常工況下運行，進而提高機組運行的穩(wěn)定性和安全性。輔助控制系統(tǒng)由多個系統(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)，可以確保機組的正常運行。自動化輔助系統(tǒng)減少了勞動量，降低了員工的工作壓力，體現(xiàn)了自動化技術的優(yōu)勢，有效降低火電廠的生產(chǎn)成本，提高了火電廠的運行效率和經(jīng)濟效益。

1.3 自動控制系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)實時監(jiān)測外部環(huán)境的變化，根據(jù)變化及時調(diào)整發(fā)電機組的運行參數(shù)。例如，調(diào)整機組的蒸汽流量，盡量減少外部環(huán)境對機組運行的影響，確保機組穩(wěn)定運行。自動控制系統(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)），大大提高火電廠運行的自動化水平，實現(xiàn)火電廠運行的自動控制，有利于提高火電廠的運行質(zhì)量和運行效率。

1.4 自動保護系統(tǒng)

自動保護系統(tǒng)的可以有效保護機組運行的安全，降低安全事故的發(fā)生概率。自動保護系統(tǒng)可監(jiān)控機組的運行狀態(tài)，一旦熱力參數(shù)異?；驒C組工作狀態(tài)異常，自動保護系統(tǒng)可自動切斷設備電源，強制機組停機，避免機組發(fā)生安全事故，最大限度地降低風險因素，提高機組運行的安全系數(shù)。自動保護系統(tǒng)按保護形式可分為汽輪機自動保護系統(tǒng)、鍋爐自動保護系統(tǒng)和輔助設備自動保護系統(tǒng)：汽輪機自動保護系統(tǒng)的主要功能是超速保護和低油壓保護，鍋爐自動保護系統(tǒng)的功能主要體現(xiàn)在汽包水位保護和爐膛滅火，輔助設備自動保護系統(tǒng)的功能主要體現(xiàn)在對相關輔助設備的保護上。

2 影響機組煤耗的因素分析

2.1 鍋爐能耗指標分析

鍋爐能耗的關鍵指標是鍋爐效率，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，鍋爐能耗指標參數(shù)會發(fā)生變化，包括排氣溫度、含碳量、飛灰含氧量、漏風率等。

2.2 汽輪機能耗指標分析

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

如果汽輪機機組采用的煤質(zhì)量較差，汽輪機會承受更大的壓力波動，這將直接導致汽輪機的承載能力，致使機組滑壓，而汽輪機在滑壓狀態(tài)下運行，需要將主蒸汽壓力設置為小于理論滑壓的值，雖然對汽輪機的機組性能影響不大，但會導致耗煤量的增加。

采用熱控系統(tǒng)可以有效調(diào)節(jié)汽輪機機組運行壓力狀態(tài)，達到節(jié)能減排的作用。以660 MW 機組為例，當機組所用主蒸汽壓力變化大于1 MPa 時，煤耗變化0.33 g（/kW·h）。此時可通過自動熱控自動調(diào)整主汽壓力，并可根據(jù)機組實際運行情況不斷修改和調(diào)整主汽壓力?？梢酝ㄟ^控制汽輪機的閥開度，降低電煤消耗。

2.3 發(fā)電廠用電指標分析

發(fā)電廠運行系統(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)泵等機械設備；發(fā)電工藝流程經(jīng)過優(yōu)化提升后，目前發(fā)電機組主要耗能環(huán)節(jié)集中在送風機、引風機與磨煤機等設備。發(fā)電廠運行系統(tǒng)的電力消耗水平直接決定發(fā)電廠的用電指標，間接影響煤炭消耗數(shù)量。

3 自動控制對機組煤耗的影響分析

一般認為，降低機組煤耗主要基于鍋爐和蒸汽機的控制，而熱控制在節(jié)能減排中的作用往往被忽視。事實上，通過優(yōu)化控制和精確測量參數(shù)，熱控制有助于節(jié)能減排。機組熱控制對機組運行煤耗有很大的影響，如DEH 系統(tǒng)的閥門控制方式，蒸汽壓力和滑動壓力自動運行，蒸汽溫度自動系統(tǒng)，電廠煤、熱水水位控制，主要參數(shù)輔助變頻控制，節(jié)能指標計算精度，脫硫脫硝系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整，等。

3.1 DEH 系統(tǒng)閥門控制方式對機組煤耗的影響

根據(jù)實際經(jīng)驗和資料，DEH 系統(tǒng)的閥門控制方式對于機組耗煤量有一定影響，如果根據(jù)閥門流量曲線對閥門開啟順序進行優(yōu)化，可以降低機組耗煤量。為此首先對閥門控制方式和閥門流量的關系進行試驗，總結(jié)閥門流量特性，然后根據(jù)試驗結(jié)果改善控制單元，計算出實際的汽輪機閥流動特性，合理修改閥的流動特性和功能。為了降低供電煤耗，通過優(yōu)化閥門開啟順序和閥門流量曲線，可以使閥門流量更接近實際負荷，優(yōu)化控制單元，減少節(jié)流損失，提高負荷控制精度。

對汽輪機順序閥不同調(diào)節(jié)方式對應的不同流量進行測試，得出準確結(jié)論，總結(jié)順序閥的流量特性。根據(jù)閥的流量特性，試驗閥門配氣方式經(jīng)過優(yōu)化后可以在低負荷的情況下降低煤耗3～5 g（/kW·h）。只有閥門的流量與反映機組的負荷需求基本相符的情況下才能有效控制煤耗，當優(yōu)化閥門流量特性時，可以通過改變閥門開啟順序來得出閥門流量曲線。此時閥門采用熱自動控制，實現(xiàn)閥門的自動控制。

閥門的開啟順序可根據(jù)機組的需要進行調(diào)整。

（1）優(yōu)化和改善電流控制模式，使用熱自動控制技術來調(diào)整汽輪機閥的開放順序，測試閥門的流動特性，記錄流量特性數(shù)據(jù)。計算實際的閥門流量特性值，根據(jù)DEH 系統(tǒng)配置設計閥門流量特性功能，調(diào)整流量特性功能參數(shù)，保證機組負荷控制的準確性，提高機組節(jié)能效果。

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

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

3.2 汽溫對機組煤耗的影響

機組運行負荷雖然較低，但煤質(zhì)變化也會引起主汽溫波動較大，如果主汽溫過高，會影響機組的安全運行和節(jié)能減排計劃。以660 MW 機組為例，當主汽溫變化大于10 ℃時，機組額外消耗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）。如果采用自動熱控技術，可根據(jù)鍋爐的燃燒特性自動控制汽溫，并可不斷調(diào)整汽溫參數(shù)。當主汽溫穩(wěn)定時，可逐步提高主汽溫設定值，660 MW 機組主汽溫每變化4 ℃，可有效降低煤炭消耗0.4 g（/kW·h）。但在實際運行當中，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調(diào)節(jié)。660 MW 超超臨界機組對自動供水進行了優(yōu)化，使中間點溫度穩(wěn)定，主汽溫度穩(wěn)定，實現(xiàn)了節(jié)能。當中間點溫度變化1 ℃時，主蒸汽溫度變化5～10 ℃；主汽溫每10 ℃變化一次，會影響1.05 g（/kW·h）機組的煤耗。

3.3 電廠入爐煤計量對機組煤耗的影響

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

3.4 輔機變頻改造對供電煤耗的影響

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

3.5 熱工主要參數(shù)對煤耗的影響

數(shù)據(jù)的準確性對于能耗計算結(jié)果的精確度有很大影響，要確保采集數(shù)據(jù)的準確性。在機組日常運營中，工作人員需要對與鍋爐效率相關的組件進行維護，從節(jié)能減排的角度出發(fā)，對鍋爐效率的主要熱力參數(shù)和節(jié)能指標進行校核、維護，以確保機組負荷、主蒸汽壓力、主蒸汽溫度等數(shù)據(jù)測量的精準性。

4 結(jié)語

運行機組節(jié)能減排是火電廠節(jié)能減排的首要任務，火電廠的節(jié)能減排不僅是降低鍋爐和汽輪機的能耗，需要優(yōu)化DEH系統(tǒng)的閥門控制方式，實現(xiàn)蒸汽壓力和滑動壓力的自動控制，自動調(diào)節(jié)和自動調(diào)節(jié)蒸汽溫度、脫硫脫硝系統(tǒng)，準確測量煤質(zhì)。因此主要熱力參數(shù)和節(jié)能指標的計算，有助于火力發(fā)電廠的節(jié)能減排。

火電廠在發(fā)電的過程中消耗大量的煤炭資源并釋放廢氣，火電廠的運行控制需要熱工自動化更新鍋爐運行過程，提高機組的運行技術水平。在建立一個完整的閥門控制系統(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)，而且促進火電廠的能源消耗的控制，達到節(jié)能減排的效果，使火電廠適應市場發(fā)展的新形勢。