高效能源利用下的火力發(fā)電機(jī)組集控運(yùn)行系統(tǒng)性能優(yōu)化研究

汪海洋

（中煤華晉集團(tuán)有限公司晉城熱電分公司，山西晉城 048000）

0 引言

隨著能源供給結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化調(diào)整，高效能源利用已經(jīng)成為當(dāng)前能源領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。因此，火力發(fā)電機(jī)組集控運(yùn)行系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究，將有助于提高火力發(fā)電的能源利用效率，減少環(huán)境污染的影響，同時也符合中國能源可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。

1 火力發(fā)電機(jī)組集控運(yùn)行系統(tǒng)缺陷

1.1 蒸汽壓力系統(tǒng)的控制問題

在火力發(fā)電機(jī)組集控運(yùn)行系統(tǒng)中，蒸汽壓力系統(tǒng)的控制問題尤為關(guān)鍵且具有重大影響[1]。蒸汽壓力直接關(guān)系到發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率及安全性，其重要性不容忽視。若蒸汽壓力不穩(wěn)定，可能會對整個發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。

1.2 汽溫過熱系統(tǒng)的控制問題

汽溫過熱不僅會影響發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率，還可能導(dǎo)致設(shè)備的損壞和安全事故的發(fā)生。汽溫過熱的原因可能包括燃燒過程的不充分、冷卻系統(tǒng)的失效、熱交換器的堵塞等。在集控運(yùn)行系統(tǒng)中，如果不能對這些因素進(jìn)行及時、有效的監(jiān)控和調(diào)節(jié)，就可能導(dǎo)致汽溫過熱問題的出現(xiàn)。

1.3 控制汽溫再熱系統(tǒng)方面的問題

汽溫過熱問題的出現(xiàn)，還可能對發(fā)電機(jī)組的壽命產(chǎn)生負(fù)面影響。過高的溫度會使設(shè)備的材料老化加速，從而縮短其使用壽命。此外，過熱還可能引起設(shè)備的熱應(yīng)力增加，這有可能導(dǎo)致設(shè)備的變形甚至破裂，進(jìn)而影響到整個發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 系統(tǒng)優(yōu)化對策

2.1 蒸汽壓力系統(tǒng)控制優(yōu)化

引入負(fù)荷管理控制中心（Load Manage Control Center，LMCC），實時監(jiān)測蒸汽壓力的變化，并根據(jù)實際情況進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，確保蒸汽壓力的穩(wěn)定[2]。主要任務(wù)是確定運(yùn)行方式、接收和處理負(fù)荷指令，與機(jī)爐主控制器組成機(jī)爐主控制系統(tǒng)，成為單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）的核心。加強(qiáng)對蒸汽發(fā)生器和相關(guān)設(shè)備的維護(hù)，定期檢查、清洗和更換損壞的部件，以確保其正常運(yùn)行。建立蒸汽壓力異常預(yù)警機(jī)制，當(dāng)蒸汽壓力超出正常范圍時，及時觸發(fā)警報并采取緊急措施，防止事故發(fā)生。蒸汽壓力實時監(jiān)測與自動調(diào)節(jié)如表1所示。

表1 蒸汽壓力實時監(jiān)測與自動調(diào)節(jié)

蒸汽壓力的實時監(jiān)測和自動調(diào)節(jié)得到了顯著改進(jìn)。LMCC根據(jù)蒸汽壓力的變化情況，發(fā)送相應(yīng)的控制指令，通過調(diào)節(jié)負(fù)荷來保持蒸汽壓力的穩(wěn)定。在08：00—10：00的時間段內(nèi)，LMCC成功地將蒸汽壓力維持在正常范圍內(nèi)，通過及時調(diào)整負(fù)荷指令，使得蒸汽壓力在10.0～10.3 MPa波動。當(dāng)蒸汽壓力超出正常范圍時，LMCC及時觸發(fā)了高壓預(yù)警，并啟動了緊急降壓程序。例如，在09：00時，蒸汽壓力達(dá)到10.3 MPa，超過了正常范圍，LMCC立即發(fā)出降低負(fù)荷至80%的指令，并在5 min內(nèi)成功將蒸汽壓力調(diào)節(jié)回正常范圍。隨后，LMCC繼續(xù)發(fā)送保持負(fù)荷穩(wěn)定的指令，并通過調(diào)節(jié)閥門開度來進(jìn)一步穩(wěn)定蒸汽壓力。這表明LMCC具備快速響應(yīng)和處理異常情況的能力，有效防止了潛在事故的發(fā)生。

2.2 汽溫過熱系統(tǒng)控制優(yōu)化

火力發(fā)電機(jī)組強(qiáng)化燃燒過程的監(jiān)控，確保燃料的充分燃燒，減少熱損失和排放。定期檢查和維護(hù)冷卻系統(tǒng)，確保其正常運(yùn)行，防止因冷卻系統(tǒng)故障導(dǎo)致的汽溫過熱[3]。安裝熱交換器清洗裝置，定期清洗熱交換器，防止堵塞引起的汽溫過熱。采用火力發(fā)電廠自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實時監(jiān)測汽溫變化，并根據(jù)預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，保持汽溫在合理范圍內(nèi)。火力發(fā)電廠自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 火力發(fā)電廠自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)

鍋爐調(diào)節(jié)任務(wù)與溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 鍋爐調(diào)節(jié)任務(wù)與溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入數(shù)據(jù)

2.3 控制汽溫再熱系統(tǒng)優(yōu)化

采用耐高溫材料——9Cr-1Mo-V鋼提高設(shè)備的耐高溫性能，延長使用壽命[4]。加強(qiáng)設(shè)備的熱應(yīng)力監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)并處理可能存在的熱應(yīng)力集中問題，防止設(shè)備變形或破裂。引入先進(jìn)的再熱控制系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)電機(jī)組的實際運(yùn)行情況，自動調(diào)節(jié)再熱蒸汽的溫度和壓力，確保發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行[5]。耐高溫材料9Cr-1Mo-V鋼引入再熱控制系統(tǒng)后的應(yīng)用情況如表3所示。

表3 耐高溫材料9Cr-1Mo-V鋼引入再熱控制系統(tǒng)后的應(yīng)用情況

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示出發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行時間得到了顯著延長。在為期1個月的統(tǒng)計周期內(nèi)，發(fā)電機(jī)組平均有98.5%的時間處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，這充分證明了引入再熱控制系統(tǒng)和采用耐高溫材料等措施的有效性和實際效益。

3 性能優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 數(shù)據(jù)分析與預(yù)測優(yōu)化

數(shù)據(jù)分析方面，利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對火力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中的各種參數(shù)進(jìn)行分析和建模。通過對數(shù)據(jù)的處理和分析，可以發(fā)現(xiàn)潛在的問題和異常情況，并及時采取措施進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。同時，通過對歷史數(shù)據(jù)的回顧和對比，可以總結(jié)出運(yùn)行的經(jīng)驗和規(guī)律，為未來的預(yù)測和優(yōu)化提供指導(dǎo)。

預(yù)測優(yōu)化方面，利用數(shù)據(jù)分析得到的模型和規(guī)律，結(jié)合實時數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行系統(tǒng)的預(yù)測和優(yōu)化。通過對未來負(fù)荷、燃料消耗等指標(biāo)的預(yù)測，可以合理安排機(jī)組的運(yùn)行策略，提前做好調(diào)度和準(zhǔn)備。同時，根據(jù)預(yù)測結(jié)果，可以進(jìn)行參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，提高發(fā)電效率和能源利用率，降低運(yùn)行成本。

3.2 自動化控制與調(diào)度優(yōu)化

自動化控制方面，通過建立先進(jìn)的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對火力發(fā)電機(jī)組各個部分的自動控制。通過對關(guān)鍵參數(shù)的實時監(jiān)測和反饋，控制系統(tǒng)可以自動調(diào)整機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。同時，自動化控制系統(tǒng)可以根據(jù)外部環(huán)境和負(fù)荷變化，自動調(diào)整機(jī)組的運(yùn)行策略，提高發(fā)電效率和響應(yīng)速度。

調(diào)度優(yōu)化方面，通過引入優(yōu)化算法和調(diào)度模型，對機(jī)組的調(diào)度進(jìn)行優(yōu)化。通過對負(fù)荷需求、燃料成本、環(huán)境排放等因素的綜合考慮，可以確定最佳的機(jī)組組合和運(yùn)行策略。同時，調(diào)度優(yōu)化可以考慮機(jī)組的維護(hù)計劃和停機(jī)安排，最大程度地提高機(jī)組的利用率和經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 能源管理與效率優(yōu)化

能源管理方面，通過建立能源監(jiān)測系統(tǒng)和能源管理平臺，實時監(jiān)測和管理機(jī)組的能源消耗。通過對能源數(shù)據(jù)的收集和分析，可以發(fā)現(xiàn)能源的浪費(fèi)和損耗，提出相應(yīng)的節(jié)能措施和改進(jìn)方案。同時，能源管理還包括對燃料的選擇和采購以及對廢棄物的處理和回收利用，實現(xiàn)資源的最大化利用。

效率優(yōu)化方面，通過對火力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)和工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，提高發(fā)電效率和能源利用效率。通過優(yōu)化燃燒過程、提高鍋爐效率、減少傳輸損失等手段，可以降低能源消耗，提高發(fā)電量和效益。同時，還可以采用先進(jìn)的發(fā)電技術(shù)和設(shè)備，提高系統(tǒng)的整體效率和可靠性，保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

4 結(jié)束語

綜上所述，本研究為火力發(fā)電機(jī)組集控運(yùn)行系統(tǒng)提供了一套行之有效的性能優(yōu)化方案。這不僅有助于提高能源利用效率，增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，還進(jìn)一步保障了系統(tǒng)的安全性。這些研究成果為相關(guān)領(lǐng)域的工程應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支撐和參考，有望推動火力發(fā)電行業(yè)走向更為綠色、高效的未來。