低碳背景下火電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化研究

楊亞利

（陜西國(guó)華錦界能源有限公司，陜西 榆林 719300）

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展駛?cè)搿翱燔?chē)道”，人們的生活水平發(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(zhǎng)趨勢(shì)。火電廠(chǎng)在發(fā)電過(guò)程中，一方面滿(mǎn)足了人們對(duì)電能的需求，但也給環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。因此，在低碳背景下開(kāi)展火電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 火電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化概述

火電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化是指在沒(méi)人參與的情況下，利用自動(dòng)化控制理論、計(jì)算機(jī)控制理論和有關(guān)控制裝置對(duì)火電廠(chǎng)的機(jī)器設(shè)備進(jìn)行有效控制，且確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性和高效性。火電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化系統(tǒng)包括輔助設(shè)備自動(dòng)化和主機(jī)自動(dòng)化兩部分，每個(gè)模塊均由自動(dòng)控制與測(cè)量、信息采集與處理、系統(tǒng)保護(hù)、系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警等若干個(gè)自動(dòng)化模塊組成。火電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)節(jié)生產(chǎn)設(shè)備參數(shù)，控制自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行順序，完成系統(tǒng)的安全檢測(cè)與控制。火電廠(chǎng)利用熱工自動(dòng)化技術(shù)不但能大大提高設(shè)備運(yùn)行的效率和可靠性，還能有效節(jié)約生產(chǎn)成本，確保設(shè)備運(yùn)行安全。

2 低碳背景下的火電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化優(yōu)化

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1.1 優(yōu)化熱控制系統(tǒng)

一是優(yōu)化汽輪機(jī)監(jiān)視儀表系統(tǒng)性能，提高可靠性。汽輪機(jī)監(jiān)視儀表系統(tǒng)是導(dǎo)致機(jī)組故障的重要原因，通過(guò)反復(fù)研究和調(diào)查發(fā)現(xiàn)，對(duì)汽輪機(jī)監(jiān)視儀表進(jìn)行優(yōu)化后，可大大減少其導(dǎo)致機(jī)組誤動(dòng)的概率。

二是增強(qiáng)抗干擾能力和接地可靠性。現(xiàn)階段，很多外界環(huán)境中的因素都可能對(duì)火電廠(chǎng)熱控制系統(tǒng)造成一定的干擾，使得控制系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、運(yùn)行不穩(wěn)定，甚至還會(huì)導(dǎo)致控制系統(tǒng)發(fā)出錯(cuò)誤指令，引發(fā)機(jī)組跳

閘或設(shè)備故障，對(duì)整個(gè)熱控制系統(tǒng)的有效運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。因此，增強(qiáng)熱控制系統(tǒng)的抗干擾能力和接地可靠性對(duì)于確保熱控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)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(shè)備運(yùn)行環(huán)境中的電磁強(qiáng)度非常大，不但容易受外部環(huán)境干擾，其自身運(yùn)行也可能發(fā)生異常，造成信號(hào)錯(cuò)誤。當(dāng)連鎖保護(hù)出現(xiàn)錯(cuò)誤測(cè)量信號(hào)時(shí)，很可能導(dǎo)致系統(tǒng)誤動(dòng)。為保證系統(tǒng)信號(hào)的準(zhǔn)確傳遞，應(yīng)采用單點(diǎn)測(cè)量信號(hào)的方式。

2.1.2 機(jī)組負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配

以往火電機(jī)組控制系統(tǒng)中的自動(dòng)發(fā)電控制主要是由電網(wǎng)對(duì)各臺(tái)單位機(jī)組的目標(biāo)負(fù)荷進(jìn)行直接調(diào)控，即利用硬接線(xiàn)的方式，將遠(yuǎn)程終端與電廠(chǎng)端機(jī)組DCS 進(jìn)行連接，由此達(dá)到遠(yuǎn)程調(diào)控的效果，該方式可有效確保電廠(chǎng)及電網(wǎng)運(yùn)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(chǎng)網(wǎng)分開(kāi)”和“競(jìng)價(jià)上網(wǎng)”的深入實(shí)施，原來(lái)的自動(dòng)發(fā)電控制方式已不適用，需由各發(fā)電公司單獨(dú)發(fā)送負(fù)荷指令，給各個(gè)機(jī)組分配電廠(chǎng)經(jīng)濟(jì)負(fù)荷，以此將火力發(fā)電機(jī)組與自動(dòng)發(fā)電控制有效連接起來(lái)，提高電網(wǎng)營(yíng)運(yùn)的經(jīng)濟(jì)性。負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配一般情況下會(huì)配置到SIS 系統(tǒng)（廠(chǎng)級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)），也就是以耗差分析結(jié)果和單元機(jī)組實(shí)時(shí)性能的計(jì)算結(jié)果為依據(jù)，得出機(jī)組負(fù)荷的實(shí)時(shí)特性曲線(xiàn)，掌握負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配的實(shí)時(shí)效果。在設(shè)計(jì)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(jìn)行結(jié)合，設(shè)計(jì)出一套兼具M(jìn)IS 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(chǎng)節(jié)約初始投資，還可適應(yīng)電廠(chǎng)調(diào)度工作的需要，為電廠(chǎng)日常信息管理提供有效保障，在源頭上解決排放指標(biāo)和能耗控制的難題。

2.1.3 安全指標(biāo)優(yōu)化

在設(shè)計(jì)火力發(fā)電廠(chǎng)的熱工自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先確保火力發(fā)電廠(chǎng)的運(yùn)行平穩(wěn)，其次，再考慮火力發(fā)電廠(chǎng)日后的節(jié)能降耗問(wèn)題。假如在平時(shí)工作中發(fā)生異常狀況，導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行而被迫停工，將會(huì)耗費(fèi)大量整修資源，再次啟動(dòng)火力發(fā)電廠(chǎng)的機(jī)械設(shè)備時(shí)，還需要消耗大量燃煤，會(huì)對(duì)火力發(fā)電廠(chǎng)開(kāi)展節(jié)能減排工作造成非常不利的影響。所以，在設(shè)計(jì)火力發(fā)電廠(chǎng)時(shí)，一定要最大限度地降低火力發(fā)電機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障的概率，盡量減少火力發(fā)電廠(chǎng)因非正常原因?qū)е碌耐９r(shí)長(zhǎng)。另外，還要全面做好不同工作機(jī)械、不同工作區(qū)域的檢查工作，對(duì)各種事故進(jìn)行有效預(yù)判，減少故障發(fā)生的概率。此外，還應(yīng)盡可能地利用智能化自動(dòng)監(jiān)察系統(tǒng)，徹底轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)依賴(lài)人工巡查的陳舊模式，降低檢修時(shí)長(zhǎng)，這樣不但可以提升火力發(fā)電廠(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，還可大大降低火力發(fā)電廠(chǎng)排放污染物的數(shù)量。

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

在選擇火力發(fā)電廠(chǎng)的熱工自動(dòng)化控制軟件前，要進(jìn)行充分的測(cè)試和評(píng)價(jià)，在試用熱工自動(dòng)化控制軟件時(shí)，要選用各種不同的控制系統(tǒng)算法，保證熱工自動(dòng)化控制的工作效率。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排效果，火力發(fā)電廠(chǎng)要設(shè)法提高電煤脫硫速度和電煤脫硫率，可通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)脫硫吸收部分進(jìn)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(jī)運(yùn)行械的安全性，積極發(fā)揮火力發(fā)電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化控制系統(tǒng)在節(jié)能減排方面的作用。

2.2 新技術(shù)應(yīng)用

2.2.1 等離子點(diǎn)火

等離子點(diǎn)火在節(jié)能環(huán)保和技術(shù)先進(jìn)性等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此，在我國(guó)火電廠(chǎng)中被廣泛應(yīng)用。采用傳統(tǒng)點(diǎn)火技術(shù)時(shí)，鍋爐點(diǎn)火系統(tǒng)會(huì)受到煤炭質(zhì)量的影響，在遇到煙煤、貧煤、褐煤時(shí)，傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)有效點(diǎn)火。等離子點(diǎn)火采用了集電磁、機(jī)械壓縮與開(kāi)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(diǎn)燃煙煤、貧煤以及褐煤。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用不但大大提高了火電廠(chǎng)鍋爐運(yùn)行效率，也降低了火電廠(chǎng)對(duì)燃煤質(zhì)量的要求。等離子點(diǎn)火系統(tǒng)采用高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱以及不易氧化的特殊合金材料制成陽(yáng)極和陰極，并且采用了強(qiáng)化冷卻結(jié)構(gòu)，能夠長(zhǎng)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(zhuān)門(mén)的惰性氣體對(duì)電極進(jìn)行保護(hù)，不但使系統(tǒng)更為簡(jiǎn)化，還在很大程度上降低了運(yùn)行費(fèi)用。

2.2.2 機(jī)組自動(dòng)控制和脫硫

目前，大部分火電廠(chǎng)都運(yùn)用碳酸鈣濕法脫硫技術(shù)對(duì)尾氣進(jìn)行脫硫處理，且燃爐部分和脫硫部分是相互獨(dú)立的，兩者之間僅通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)相互串聯(lián)，既無(wú)法滿(mǎn)足該技術(shù)設(shè)計(jì)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(wèn)題的不斷加重，節(jié)能降耗問(wèn)題被擺上了重要議事日程。因此，火力發(fā)電廠(chǎng)應(yīng)當(dāng)對(duì)機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)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(fēng)機(jī)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(dòng)更為緊密，進(jìn)而更好地達(dá)到節(jié)能減排的目的。

2.2.3 新型檢測(cè)儀表

新型檢測(cè)儀表在火電廠(chǎng)熱工自動(dòng)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(shí)間；設(shè)立大型圓筒煤場(chǎng)有利于檢測(cè)煤堆的溫度，避免發(fā)生煤場(chǎng)自燃現(xiàn)象；采用超聲檢漏技術(shù)能減少閥門(mén)管道發(fā)生故障的概率；采用聲波檢測(cè)技術(shù)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(shù)

火力發(fā)電廠(chǎng)引用變頻器可有效提升節(jié)能效果，而投資購(gòu)買(mǎi)變頻器設(shè)備會(huì)花費(fèi)大量資金，尤其是高壓變頻器，價(jià)格更是不菲。與此同時(shí)，還要為其設(shè)置專(zhuān)用機(jī)房，在使用過(guò)程中，還要考慮到高次諧波對(duì)周?chē)盘?hào)的干擾。因此，火電廠(chǎng)在引進(jìn)變頻器之前，應(yīng)先確定哪些輔機(jī)適宜使用變頻控制技術(shù)，不但要進(jìn)行相應(yīng)的可行性分析，還要編制行業(yè)性技術(shù)規(guī)范。如果輔機(jī)以額定負(fù)荷運(yùn)行或轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍不大，在使用變頻器前要對(duì)該類(lèi)輔機(jī)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析。在確定變頻方式時(shí)，要對(duì)變頻器的控制方式和電壓等級(jí)進(jìn)行綜合考慮。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在低碳背景下，可通過(guò)采取熱控制系統(tǒng)優(yōu)化、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)化等幾項(xiàng)有效措施，并積極應(yīng)用等離子點(diǎn)火、新型檢測(cè)儀表、變頻控制技術(shù)等多項(xiàng)新技術(shù)，不斷提升火電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。