熱工自動控制在火電廠節能減排中的作用

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

隨著國民經濟的發展，能源問題逐漸凸顯，節能減排的重要性越來越突出。火電廠的節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）系統閥門控制方式的優化、自動氣溫系統的升級和電廠煤量計量方式的優化等方面對火電廠節能減排提出改進思路。水位調節、主要熱工參數節能指標計算精度及輔助逆變器控制、脫硫脫硝動態調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生影響，通過優化控制參數和精確測量，降低火電廠耗煤量，為環境生態保護貢獻力量。

1 火電廠熱工自動控制系統的組成

1.1 分散控制系統

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

通過該系統的應用，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。在分布式控制系統中，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，分散控制系統具有運行管理、過程控制、生產管理和控制管理等功能，各功能既相互關聯又相互獨立。

1.2 輔助控制系統

在熱工自動控制中，輔助控制系統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定性和安全性。輔助控制系統由多個系統組成，不同的系統具有不同的輔助功能，主要包括輸送系統、凝結水精處理系統、除渣除灰系統、循環水處理系統和工業廢水處理系統，可以確保機組的正常運行。自動化輔助系統減少了勞動量，降低了員工的工作壓力，體現了自動化技術的優勢，有效降低火電廠的生產成本，提高了火電廠的運行效率和經濟效益。

1.3 自動控制系統

自動控制系統實時監測外部環境的變化，根據變化及時調整發電機組的運行參數。例如，調整機組的蒸汽流量，盡量減少外部環境對機組運行的影響，確保機組穩定運行。自動控制系統具有數字通信和交流采樣功能，還可以集成其他管理系統，如SIS（Supervisory Information System，廠級監控信息系統）和MIS（Management Information System，管理信息系統），大大提高火電廠運行的自動化水平，實現火電廠運行的自動控制，有利于提高火電廠的運行質量和運行效率。

1.4 自動保護系統

自動保護系統的可以有效保護機組運行的安全，降低安全事故的發生概率。自動保護系統可監控機組的運行狀態，一旦熱力參數異常或機組工作狀態異常，自動保護系統可自動切斷設備電源，強制機組停機，避免機組發生安全事故，最大限度地降低風險因素，提高機組運行的安全系數。自動保護系統按保護形式可分為汽輪機自動保護系統、鍋爐自動保護系統和輔助設備自動保護系統：汽輪機自動保護系統的主要功能是超速保護和低油壓保護，鍋爐自動保護系統的功能主要體現在汽包水位保護和爐膛滅火，輔助設備自動保護系統的功能主要體現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，鍋爐能耗指標參數會發生變化，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、汽缸效率、真空度、再熱系統等。

如果汽輪機機組采用的煤質量較差，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。

采用熱控系統可以有效調節汽輪機機組運行壓力狀態，達到節能減排的作用。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整主汽壓力，并可根據機組實際運行情況不斷修改和調整主汽壓力。可以通過控制汽輪機的閥開度，降低電煤消耗。

2.3 發電廠用電指標分析

發電廠運行系統中，耗電量大的傳統環節集中在給水泵、凝結水泵、脫硫循環泵等機械設備；發電工藝流程經過優化提升后，目前發電機組主要耗能環節集中在送風機、引風機與磨煤機等設備。發電廠運行系統的電力消耗水平直接決定發電廠的用電指標，間接影響煤炭消耗數量。

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，而熱控制在節能減排中的作用往往被忽視。事實上，通過優化控制和精確測量參數，熱控制有助于節能減排。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，電廠煤、熱水水位控制，主要參數輔助變頻控制，節能指標計算精度，脫硫脫硝系統參數調整，等。

3.1 DEH 系統閥門控制方式對機組煤耗的影響

根據實際經驗和資料，DEH 系統的閥門控制方式對于機組耗煤量有一定影響，如果根據閥門流量曲線對閥門開啟順序進行優化，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，總結閥門流量特性，然后根據試驗結果改善控制單元，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，優化控制單元，減少節流損失，提高負荷控制精度。

對汽輪機順序閥不同調節方式對應的不同流量進行測試，得出準確結論，總結順序閥的流量特性。根據閥的流量特性，試驗閥門配氣方式經過優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，實現閥門的自動控制。

閥門的開啟順序可根據機組的需要進行調整。

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

（2）調整機組控制閥，改變汽機部件的具體模式，優化閥門的流量特性。先打開該閥的2 個調節閥，然后繼續打開另外2 個調節閥，以保證軸系的熱平衡。閥門的流量特性參數計算后，找到最優參數減少煤炭消耗。

通過閥門的控制單元，熱電廠可在更高的經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）；再熱汽溫繼續上升10 ℃，煤耗繼續上升0.8 g（/kW·h）。如果采用自動熱控技術，可根據鍋爐的燃燒特性自動控制汽溫，并可不斷調整汽溫參數。當主汽溫穩定時，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節，主要原因是燃燒器難以自動調節。660 MW 超超臨界機組對自動供水進行了優化，使中間點溫度穩定，主汽溫度穩定，實現了節能。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

爐煤計量數據采集的準確性會影響機組煤耗量的計算。為了節約成本，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，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化運行設備，可以降低供電耗煤量，例如一次風機、凝結水泵、引風機等高壓輔助設備改造可節電近30%。通過修改和優化輔助控制設備可顯著節約用電，如對低壓輔機及周邊設備的優化改造。

3.5 熱工主要參數對煤耗的影響

數據的準確性對于能耗計算結果的精確度有很大影響，要確保采集數據的準確性。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，從節能減排的角度出發，對鍋爐效率的主要熱力參數和節能指標進行校核、維護，以確保機組負荷、主蒸汽壓力、主蒸汽溫度等數據測量的精準性。

4 結語

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

火電廠在發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，不僅能保證火力發電廠的正常生產，而且促進火電廠的能源消耗的控制，達到節能減排的效果，使火電廠適應市場發展的新形勢。