火電機組節能降耗中熱工自動控制系統的應用分析

翟曉旭

摘要：能源問題已經到到社會各界關注，火電廠作為煤炭能源消耗大戶，節能減耗工作被各電廠普遍重視，文章從機組消耗的影響因素起筆，探討火電機組中熱工自動控制系統的節能降耗措施。

關鍵詞：火電機組；熱工自動控制系統；節能降耗；方法

【引言】：21世紀全球工業都隨著能源問題的凸顯而受到不同程度的制約，節能降耗工作的開展成為了一項亟需落實的問題。隨著國家可持續發展戰略的提出，相關電廠工業部門對于節能降耗項目越來越重視，這不僅僅可以有效地節約資源，降低火力發電的污染，同時也能有效控制生產成本，提高經濟效益。鍋爐、汽輪機以及各附屬設備和系統的節能降耗是電廠工作的重點。與此同時，火電機組的熱工自動控制系統，如鍋爐控制系統、汽輪機數字電液控制系統（DEH）、主汽壓力自動控制系統以及汽溫控制系統等對火電機組實現節能降耗有很大影響。通過優化自動控制參數，可以獲得有效節能，實現經濟利益的最大化。本文將針對熱工控制系統在火電機組的節能降耗方面展開論述，并對該系統在火電機組節能降耗方面的應用進行深入分析。

1、機組消耗的影響因素分析

供電系統的煤耗為綜合衡量指標，既反映了機組的實際運作水平，同時也發映出電廠的綜合管理水平。供電煤耗的標準定義為每生產1度電所消耗的燃料質量。供電系統的煤耗所涉及的影響因素很多，機組的很多參數也與煤耗相關，其中最主要影響因素是煤種的變化及機組發電負荷率。然而，為了真正降低煤耗，落實節能降耗工作，需要對能耗指標綜合分析，通過對比煤耗的真實值與設計值，分析其發生偏差原因，并進行改善，達到實際節能降耗效果。

1.1 廠用電指標的分析

廠用電率是機組的廠用電指標主要方面。影響機組的廠用電指標的主要是一些輔助設備的原因。其中包括送風機、引風機、磨煤機、脫硫機、給水泵等。產用電率對于發電的煤耗基本沒有影響，但卻直接影響著發電廠的供電煤耗。其中機組的廠用電指標越小，其供電煤耗就會越低。因此，降低廠用電指標對于節能降耗工作的落實有著很大的實際意義。

1.2 鍋爐能耗

鍋爐的能耗指標主要是指鍋爐效率，鍋爐的效率為一個機組的經濟性重要指標，反映的是鍋爐的一種綜合水平。其中對于鍋爐效率的影響因素有以下幾個：排煙熱損失、不完全燃燒損失、散熱損失、灰渣熱損失。主要的影響參數為排煙溫度、煙氣含碳量、漏風率和煙氣含氧量。其中，排煙的熱損失對于鍋爐效率的影響最大，其次為不完全燃燒損失，再者為散熱損失和灰渣熱損失。然而，降低排煙溫度、減小排煙熱損失又與燃料的品種和完全燃燒率息息相關。因此，提高燃煤燃燒率可有效提高鍋爐效率，從而降低鍋爐能耗。

1.3 汽輪機能耗

汽輪機能耗主要以汽輪機效率為指標，包擴熱端效率、冷端效率與回熱效率。影響參數主要為主汽壓力參數、再熱汽參數、真空度參數。其中，冷端效率參數對汽輪機影響很大。汽輪機運行中，合理控制汽輪機參數能夠提升汽輪機效率，如定期調節凝汽器的端差，可以提高凝汽器的效率，從而提高汽輪機效率。應注意各參數的綜合調節，例如，調節凝汽器的端差時，可能給水溫度會產生變化，對回熱系統的循環效率產生影響，最終導致調節效果不明顯。只有通過多參數的同時調節，才能更好地實現汽輪機效率的提高。

2、熱工自動控制系統對于火電機組的節能降耗方面的應用分析

2.1 鍋爐運行降耗應用

2.1.1 冷一次風量的影響控制

國產鍋爐機組設計往往認為除爐膛及制粉系統漏風外，進入爐膛的所有風都是經過預熱器預熱的。而實際制粉系統要摻入部分冷風運行，以此使磨煤機出口溫度保持在一定值。結果往往導致預熱器的通過風量比設計值小，排煙溫度隨之上升因此，熱控系統必須考慮此情況，控制鍋爐總風量，制定與給煤量匹配的總風量曲線。

2.1.2 送風量控制

送風量變化可以引起爐內空氣變化，影響燃燒效果。未燃盡損失與排煙損失之和為最小方為最佳送風量。因此，氧量自動系統要優化設定值曲線，在運行中調整風量。風量最佳值除了依據負荷、煤量外，還與氧量有關。如果氧量測點在鍋爐尾部受熱面安裝，受測點前煙道漏風會影響氧量值測出結果，不能準確得出爐膛出口的過量空氣系數指標。所以，氧量測點應靠前安裝，在爐膛出口最好。另外，應定期試驗，以得出氧量隨負荷變化曲線，從而確定最佳氧量，對鍋爐氧量進行調整控制。應定期對氧量表進行校驗，確保為燃燒分析調整提供可靠依據。

2.1.3 一次風率控制

確定一次風率，一方面要考慮合適的風粉比例，以獲得較大火焰傳播速度，使著火穩定；另一方面考慮一次風供氧量，滿足充分燃燒需要。因此，一次風率應主要根據揮發分含量多少來確定，揮發低的煤，一次風率小些。參數合理設置，能夠減少鍋爐排煙、不完全燃燒熱損失，減低鍋爐能耗。

2.1.4 磨煤機出口溫度控制

通常會對磨煤機出口乏氣溫度進行限制，以保證安全運行。如煙煤儲倉不超70℃；煙煤直吹不超80℃；無煙煤存在自燃問題，因此乏氣溫度不應超150℃。鍋爐設計熱風溫度主要取決于燃燒需要，所選熱風溫度通常比磨煤機入口干燥劑溫度要求高。所以，磨煤機入口前需要摻入溫度較低介質。磨煤機的出口溫度越低，摻冷一次風比例越大，排煙溫度越高。所以，要控制磨煤機出口溫度。

2.2 汽輪機運行降耗應用

2.2.1 通過順序閥控制方式節能降耗

目前我國火電機組的汽輪機調節控制都是采用的數字電液控制系統（DEH），這種系統設置有兩種調節控制方式，分別為單閥、順序閥控制。如果機組采用單閥系統運行，其中對于單閥調節比較容易實現，然而調節中的級節流損失很大；采用順序閥控制時，對于級節流可以很好的控制，但其調節過程卻略顯繁瑣，但順序閥方式可節能降耗更顯著。根據實踐統計可以知道，良好的順序閥控制方式與良好的單閥控制相比，其節約煤量在4～8g/kW·h，因此順序閥控制方式是目前機組運行的主要控制方式。

2.2.2 通過主汽壓力自動控制系統節能降耗

一般情況下，機組的主汽壓力波動的主要原因在于機組的負荷較低、煤種質量較差，主汽壓力的波動進一步導致了機組的負荷，這使得機組的投入方式產生改變。通常情況下，機組采用自動滑壓模式投入，可以有效保證機組進氣，減小閥門的節流損失，達到節能的目的，實現經濟性的提高。對于主汽壓力自動控制系統的有效控制，需要通過對其主汽壓力波動緣由深入分析，擬定控制方案，精準調整參數，采用合理的閥門開度與方式，結合滑壓過程控制，實現最優化節能降耗，提高機組運行經濟性。

2.2.3 通過汽溫控制系統節能降耗

如果汽溫過高，會給機組的運行帶來潛在威脅，超溫嚴重時可能會發生過熱器爆管，導致整個機組系統的癱瘓；汽溫過低時，則會導致汽機內部的蒸汽濕度增高，在加速機組內部設施腐蝕的同時，還可能導致蒸汽管道內部水壓過高振動劇烈。因此，有效調節汽溫可以促進節能降耗實現。機組汽溫控制主要包含兩方面，分為初始汽溫控制和再熱汽溫控制。初始汽溫控制只需要根據規范進行初始參數設定即可實現；再熱汽溫燃燒器擺角無法投自動、煙氣擋板調節性能比較差。當負荷比較高時，需要用再熱器事故減溫水參與調整才能保證再熱汽溫度不超標。再熱汽溫對于供電煤耗的影響很大。據統計可知，再熱汽溫每增加1t/h，機組的整體供電煤耗將升高約0.2g/kW·h。

2.2.4 控制回熱系統加熱器組端差

加熱器組端差指的是熱力系統中的“三高四低一除氧”八個加熱器的端差。影響加熱器組端差的主要是加熱器水位，水位如果增高，將導致疏水溫度降低，加熱器端差降低，反之，加熱器汽側水位過低，將導致疏水溫度升高，加熱器端差增大。要加強回熱系統的水位調整，減少加熱器端差。對高、低加的水位測量設備進行全面的檢查，保證水位測量方法科學、測量的基準統一，確保DCS系統高、低加水位信號準確。優化高、低加水位自動調節品質，合理設定高、低加水位，減少加熱器端差，以達到節能效果。

此外，數據是工作的基礎，電廠應著重做好機爐的效率計算以及節能指標計算所采用的主要熱控參數校驗與維護，以保證各參數測量準確，為節能減排分析提供可靠數據。

結語

熱工的自動控制系統通過控制的優化、機組參數的合理調節可以有效地促進節能降耗工作的落實，實現機組效率的最大化。只有通過對鍋爐、汽輪機等自動系統的合理、綜合調節，才能實現節能降耗。

【參考文獻】：

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[2]劉武林，張建玲，朱曉星.主要自動調節系統對火電機組節能降耗的影響分析及節能優化[C].湖北省電機工程學會熱工自動化專委會2012年學術會議.2012.