熱工儀表與自動控制對火電設(shè)備機組節(jié)能降耗作用分析

國能徐州發(fā)電有限公司 牛志崗

熱工儀表及自動控制系統(tǒng)最大的特點是可以自動化操作，在無人干預(yù)或是少數(shù)人操作的狀況下系統(tǒng)自動運轉(zhuǎn)，同時自動化系統(tǒng)可根據(jù)傳感器所得到的相關(guān)數(shù)據(jù)信息來判斷火電設(shè)備機組的運行狀況，并將相應(yīng)數(shù)據(jù)上傳至中央控制數(shù)據(jù)中心進行分析處理，對于一些異常數(shù)據(jù)作出調(diào)整，保證設(shè)備能夠穩(wěn)定運行，且還能進一步降低運行能量消耗[1]。

自動化系統(tǒng)中包含有自動報警系統(tǒng)，能在發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行數(shù)據(jù)異常時自動報警系統(tǒng)會發(fā)出警報。自動化系統(tǒng)可以對設(shè)備的工作時間進行檢測，定期發(fā)出工作指令或是相關(guān)報告，提示工作人員對設(shè)備實施相應(yīng)檢查。火力發(fā)電廠生產(chǎn)流程如圖1，在這些生產(chǎn)流程中，火電設(shè)備機組涉及到的設(shè)備數(shù)量不斷增加，同時設(shè)備的型號也愈加復(fù)雜化，這更加彰顯出了自動化技術(shù)的重要性，如火電設(shè)備機組離開了自動化系統(tǒng)的支持，則無法保障其運行的高效性和安全性。

圖1 火力發(fā)電廠生產(chǎn)流程

1 對機組煤耗造成影響的因素分析

1.1 鍋爐能耗指標(biāo)

新時代下電力企業(yè)需踐行節(jié)能減排的理念，深入分析是哪些因素影響系統(tǒng)的日常運行。首先，需對火電廠鍋爐工作狀態(tài)進行充分了解，作為火電設(shè)備機組的運行關(guān)鍵核心，科學(xué)合理的調(diào)節(jié)鍋爐運行可有效降低能耗。鍋爐熱效率和能量消耗標(biāo)準(zhǔn)之間有聯(lián)系，同時鍋爐的能量消耗狀況可通過熱效率來提現(xiàn)，且與整個系統(tǒng)運行狀況也有聯(lián)系。

然而，鍋爐熱效率反映涉及到很多方面，如排煙所帶來的能量損失及化學(xué)燃燒的程度，這是一個非常復(fù)雜的熱動力學(xué)過程，管理人員須清晰了解這些因素。鍋爐在實際運行過程中主要的能量損失是

由排煙過程所導(dǎo)致的，通常鍋爐在正常工作時，系統(tǒng)熱量交換在穩(wěn)定狀態(tài)時熱量損失是最低的，而在排煙后，因廢氣中有很高的熱量，使得鍋爐發(fā)生能量浪費的現(xiàn)象。導(dǎo)致熱效率減少還有一個關(guān)鍵因素：煤的不完全燃燒。所有的物質(zhì)都不可能完全燃燒，因此煤中包含的熱量在實際燃燒時也不能被完全利用，這就造成了熱效率的減少。

1.2 汽輪機能耗指標(biāo)

“十三五”以來，我國火電的煤耗、用電率得到有效提升。而汽輪機作為火電設(shè)備機組中非常關(guān)鍵的部分，在日常運行過程中需被重點關(guān)注。在火電廠的生產(chǎn)中汽輪機運行可將熱能轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)換效率與火電廠的日常生產(chǎn)效率息息相關(guān)，目前火電廠汽輪機運行過程中的標(biāo)準(zhǔn)性能主要是由冷端效率、通流效率與熱端效率等來評判。所以汽輪機的日常運行能耗問題與冷端效率息息相關(guān)，在日常的工作中須重視冷端效率，制定科學(xué)合理的方案對凝汽器進行檢查，確保相應(yīng)的數(shù)據(jù)符合標(biāo)準(zhǔn)。

另一方面，回?zé)嵯到y(tǒng)的應(yīng)用狀況也與汽輪機的能耗問題有著非常密切的聯(lián)系，回?zé)嵯到y(tǒng)在應(yīng)用過程中，需根據(jù)汽輪機對水蒸氣的利用效率來進行調(diào)節(jié)優(yōu)化，但在實際的循環(huán)過程中水蒸氣難免出現(xiàn)損失，因此要通過補水器進行優(yōu)化，這一部分的優(yōu)化操作是必不可少的。運行中還需觀察管道是否有泄露現(xiàn)象，只有確保管道無泄漏才能降低能量損耗。

1.3 廠用電指標(biāo)

火電廠作為發(fā)電單位，在生產(chǎn)過程中需應(yīng)用到大量的輔助設(shè)備，主要包括了排粉機、鼓風(fēng)機和磨煤機等。而這些設(shè)備運行并不會影響發(fā)電設(shè)備的環(huán)境，不會排放一些污染物，但輔助設(shè)備運行需電力供應(yīng)，在一定程度上會影響發(fā)電廠的效率。

2 熱工儀表與自動化控制對火電設(shè)備機組節(jié)能降耗的作用分析

DEH 系統(tǒng)的閥門控制。我國火電設(shè)備機組主要應(yīng)用的是DEH 技術(shù)，該項技術(shù)可利用單閥控制和順序閥實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制[2]。順序閥的優(yōu)勢在于提高整個火電設(shè)備機組的節(jié)流效果，但是也有不足之處，即調(diào)節(jié)能力較弱。單閥控制的優(yōu)勢在于調(diào)節(jié)能力較強，但是調(diào)流能力有所匱乏，很易導(dǎo)致大量熱量損失。現(xiàn)階段大部分火電廠從實際使用這個角度去選擇時，一般都會選擇使用順序閥方式來控制火電設(shè)備機組，在機組正常穩(wěn)定工作后再使用單閥控制。

負(fù)荷變化。其會對火電設(shè)備機組發(fā)電效率和能耗產(chǎn)生影響，供熱鍋爐散熱損失和鍋爐運行的負(fù)荷成反比關(guān)系，由于在計算散熱損失時存在難度，所以可通過熱平衡實驗了解其散熱損失。發(fā)電機組在實際運行中，負(fù)荷變化會在很大程度上影響發(fā)電機組的工作狀態(tài)，燃煤質(zhì)量也會在一定程度上影響機組的運行情況，帶動機組自動滑壓運行方式的投入受到影響。為有效處理這個問題，需盡可能的減小閥門的節(jié)流損失，保障機組的進氣量，以此保障火電設(shè)備機組節(jié)能降耗工作的貫徹落實。

氣溫高低。也是非常重要的一個影響因素。火電設(shè)備機組在運轉(zhuǎn)過程中，如汽輪機溫度過高，則會對整套設(shè)備運行的安全性帶來很大影響，嚴(yán)重的話還有可能導(dǎo)致管道破裂引發(fā)安全事故。但如氣溫太小，會使得水汽腐蝕汽輪機葉片。這種情況和汽輪機主機情況是一樣的，氣溫太高或太低都會影響設(shè)備運行的安全性和穩(wěn)定性，進而影響電力企業(yè)的生產(chǎn)效率。為有效解決這個問題，可利用自動化技術(shù)自動的對給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的汽溫進行調(diào)節(jié)，不但可確保蒸汽溫度符合要求，還可盡可能的減小能量消耗量。

電廠入爐煤計量。對于火電廠來說，在運行中設(shè)置有入爐煤計量的校驗裝置，因此沒有定期對電子皮帶秤進行校驗。但由于各種外界因素的影響，很容易使得鏈碼精確度受到影響，這就會影響到計量標(biāo)準(zhǔn)，這種測試過程的誤差在實際工作中很難被察覺。因此需定期進行對比實驗，通過這種方式來縮小二者差距，盡量控制在合理的范圍內(nèi)，一般來說控制在小于1%的范圍內(nèi)即可。電子皮帶秤存在計量誤差不僅會影響到數(shù)據(jù)分析處理，還會使得后續(xù)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性大大下降，工作人員需要強化管理，科學(xué)合理的完成校驗工作，最大限度的降低計量偏差，在根本上保障正平衡煤耗分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

加熱器組端差。熱力系統(tǒng)中的加熱器端差影響因素主要是加熱器的水位狀況，如水位偏低則會使得疏水溫度增加，提高加熱器端差。所以需對高壓與低壓加熱器的水位測量裝置實施全方面的檢查，保障DCS(分散控制系統(tǒng))高、低加水位信號的準(zhǔn)確性。加強高、低加水位自動調(diào)節(jié)的質(zhì)量，科學(xué)合理的對高、低加水位進行設(shè)定，降低加熱器端差，有助于促進火電設(shè)備機組的節(jié)能降耗。

輔機變頻改造。在生產(chǎn)過程中可通過改造高壓輔機來節(jié)約用電量，如可選擇對一次風(fēng)機、低壓輔助設(shè)備等進行變頻改造，這樣能達(dá)到節(jié)能降耗目的。通過對目前我國發(fā)電廠的變頻改造狀況分析可得，對凝結(jié)水泵進行變頻改造后火電廠用電率減少了大約0.1%，代表減少了機組煤耗0.3g/kWh。對變頻改造以后輔機的控制組態(tài)實施相應(yīng)的優(yōu)化和改進，能為設(shè)備運行的安全性和穩(wěn)定性提供保障，推動火電廠朝著節(jié)能降耗的方向邁進。

3 熱工儀表與自動控制對火電設(shè)備機組節(jié)能降耗的措施分析

重新確定凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥的安裝位置。熱工儀表及自動控制中的閥門控制問題需進一步優(yōu)化改進，特別是火電生產(chǎn)設(shè)備，其中的汽輪機凝結(jié)水在經(jīng)過高壓和低壓加熱器預(yù)熱后，才能輸送到后續(xù)的設(shè)備中[3]。通過這樣的優(yōu)化可使得加熱系統(tǒng)中水的壓力能一直保持在進入時的壓力大小，從而避免水在高壓加熱器中出現(xiàn)汽化的現(xiàn)象。在安裝高壓加熱器前就需對閥門進行調(diào)節(jié)，隨著氣壓的降低水的沸點也會逐步減小，在溫度較低的狀況下，加熱器中的水汽化會導(dǎo)致高壓加熱器中的蒸汽大幅減少，長此以往有助于節(jié)能降耗目的的實現(xiàn)。

改造燃煤裝置。現(xiàn)階段大多數(shù)時候燃煤鍋爐使用的都是原煤及正轉(zhuǎn)鏈條爐排鍋爐，這種鍋爐應(yīng)用的是斗式給煤裝置，會在爐排上產(chǎn)生很嚴(yán)重的煤塊與煤粉堆積情況，這會在很大程度上影響鍋爐的進風(fēng)，進而影響到鍋爐的炭燒效率。若把傳統(tǒng)的斗式給煤裝置改造成分層給煤裝置，借助重力作用讓原煤中的煤塊和煤粉自上而下均勻的排布在爐排上，可大大優(yōu)化爐排進風(fēng)效果，從而在根本上提高煤的燃燒率，最大限度降低灰渣中的含碳量，這樣可直接燃燒煤量的5%～20%。和改造前對比，在很大程度上優(yōu)化了鍋爐的節(jié)能效果，同時也優(yōu)化了鍋爐的燃燒狀況，且采取這種改造技術(shù)成本較小但效果快速而明顯。

做好故障排除工作。在管理方面，大部分管理人員因長時間受到傳統(tǒng)理念的影響，不管是在設(shè)備維護還是在設(shè)備管理方面，較之前相比并沒有很大的改變，所以上升空間巨大。對于發(fā)電廠設(shè)備本身而言，如果一旦出現(xiàn)故障都會在很大程度上影響系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性。正因如此，強化設(shè)備本身故障排除的基礎(chǔ)能力勢在必行，需對此給予足夠重視。如設(shè)備本身存在故障，設(shè)備管理部門需對故障有關(guān)資料進行收集和整理，建立相應(yīng)檔案，為今后實踐活動順利實施提供參考依據(jù)。這樣不管在以后出現(xiàn)任何問題都能及時找出問題的根本，然后采取針對性的措施有效解決問題。此外，設(shè)備管理部門還需全方面改進和優(yōu)化原來的考核評估機制，更加全面系統(tǒng)地掌握管理人員的工作狀況，同時還需對工作人員的績效能力進行全方面的評估，讓工作人員加強自身工作中存在的不足，進而為設(shè)備運行的質(zhì)量提供保障。

建立實時監(jiān)測機制。不管是在對設(shè)備進行檢修還是在排除設(shè)備故障的過程中，都需對設(shè)備運行的參數(shù)進行充分考慮。因此需對設(shè)備運行的實際情況進行全方面的檢測，收集設(shè)備運行的參數(shù)資料，這樣能為設(shè)備運行的安全性提供保障，同時也可提高設(shè)備運行的穩(wěn)定性價值。基于此，設(shè)備管理部門需建立實時監(jiān)測機制，對設(shè)備運行狀況有全面的了解和掌握，獲取設(shè)備的參數(shù)內(nèi)容，有效實施后續(xù)的誤差控制與設(shè)備管理。同時制定科學(xué)合理的處理措施，也可選擇啟用設(shè)備的方式，確保系統(tǒng)運行質(zhì)量不會受到外界因素及自身因素的干擾。此外在分析有關(guān)參數(shù)時，管理人員需根據(jù)設(shè)備的保護值創(chuàng)設(shè)預(yù)警機制，給后續(xù)工作的順利實施夯實穩(wěn)固基礎(chǔ)。

改變調(diào)節(jié)方案穩(wěn)定負(fù)荷。對于熱工儀表與自動控制系統(tǒng)來說，固定與可變的極限流量控制法是離心式空氣壓縮機進行喘振控制常用的兩種方法。應(yīng)用固定極限流量法時，需在調(diào)節(jié)器給定值的基礎(chǔ)上，確定轉(zhuǎn)速達(dá)到最快來合理控制流量大小。因此，對于熱工儀表及自動控制來說，在任何轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上運行，只要符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定就不會出現(xiàn)喘振的現(xiàn)象。如轉(zhuǎn)速減小、負(fù)荷缺乏穩(wěn)定性，則會有很多氣體排出，使得能源浪費。但如給調(diào)節(jié)器一個固定的數(shù)值就不會使得轉(zhuǎn)速出現(xiàn)變化，給定流量也不會變化，負(fù)荷一直處于穩(wěn)定的狀態(tài)，這樣可有效降低能源浪費。就算是在轉(zhuǎn)速減小的情況下也不會排出太多氣體，有助于實現(xiàn)節(jié)能降耗的效果。

綜上，火電設(shè)備發(fā)電機組是我國能源結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵組成部分，煤耗是社會經(jīng)濟發(fā)展的重要指標(biāo)，不但與火電企業(yè)的經(jīng)濟效益息息相關(guān)，同時與火電企業(yè)環(huán)境污染指標(biāo)也有著密切的聯(lián)系。對火電設(shè)備發(fā)電機組的熱工儀表與自動控制進行相應(yīng)的優(yōu)化和改進，在實現(xiàn)節(jié)能降耗的同時也是在踐行節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展理念，有助于提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。