火电厂热工自动化设计中的节能减排研究

刘龙翔

（福建华电可门发电有限公司 350512）

火电厂热工自动化设计中的节能减排研究

刘龙翔

（福建华电可门发电有限公司 350512）

近年来，伴随着社会经济的飞速发展，对于电能的需求也不断提高，电力工业进入了一个高速发展的阶段。在这样的背景下，火电机组的运行与管理对自动化技术的要求日益提高，热工自动化技术凭借着安全性、可靠性、经济性等方面的优势成为了未来火电机组发展的重要方向，而火电厂作为节能减排的重点对象，在热工自动化设计中同样应注意节能减排问题。本文主要阐述了火电厂热工自动化系统的功能与特点，分析了火电厂热工自动化系统的发展现状，并提出了火电厂热工自动化设计中的节能减排对策，以期为我国火电厂热工自动化技术的提升提供理论指导。

火电厂 热工自动化 节能减排展的重要方向，智能化控制技术也将在热工自动化系统中得到广泛应用。

1. 电厂热工自动化系统发展概况

1.1 热工自动化系统的主要功能

热工自动化系统是指对火电厂主要生产工艺所需要的仪表及自动化控制设备进行统一配置，从而实现火电机组运行监测、报警、控制、连锁保护等一系列功能的综合控制系统。热工自动化系统的功能主要包括以下几个方面：一是数据采集与处理系统，主要负责火电机组运行参数、设备状态的检测，生产工艺报警，收集电力产品性能指标，从而为机组操作人员提供准确的数据信息；二是模拟量调节系统，主要实现汽包水位控制、主汽温度调节、给煤量调节、一次风量调节、二次风量调节、引风量调节、炉膛差压控制、除氧器调节等一系列功能，通过各项运行指标的调节来满足火电机组的运行要求，模拟量调节系统也是人工自动化技术的核心模块；三是顺序控制系统，在人工自动化系统的组态环境中，实现所有辅机与设备启停顺序、联锁的控制，借助机组运行状态信息来转换设备启停顺序，从而有效提升机组运行的稳定性，减少不必要的损耗，也降低了设备运行管理人员的劳动强度；四是锅炉安全监视保护，主要实现锅炉设备运行的安全管理，由燃烧器控制系统以及燃烧安全管理系统组成，负责火电机组锅炉程控点火、燃烧器管理、炉膛安全保护等一系列功能；五是汽机保护系统，通过PLC对汽机设备运行的保护功能，建立网络通信系统实现汽机运行远程监视，并对系统跳闸进行记录与分析。

随着变频技术的不断成熟，变频器已经成为火电厂热工自动化系统的重要组成部分，采用变频调速控制的风机、水泵在火电机组中得到了越来越广泛的应用。另外，热工自动化还建立了先进的通信网络系统来进行信息传输，其中，低速通信网络负责分散过程控制，中速网络负责集中操作监控，而高速网络则主要负责管理信息数据的传输；热工自动化系统的通信网络具有通用性、实时性等特点，从而保证机组状态监测与控制操作等数据信息的高效传输，实现火电机组的自动化控制。

1.2 热工自动化系统的特点

火电厂热工自动化系统采用多层体系结构，不同层级的操作对象与功能模块存在差别，因此也拥有独立的软件系统。高层级热工自动化系统的控制软件包与操作显示软件包能够从自动控制的角度出发，对底层与中间层的软件系统进行综合管理，并形成以数据处理为中心的心理管理系统。而分散过程控制级的软件包则主要面向用户提供各类过程控制功能，通过数据采集预处理、控制算法、常用公式计算、控制输出等模块实现火电机组的自动化控制；由于软件平台与硬件配置的差异，控制级软件包的编程语言包括图形化编程、文本化语言、面向问题的语言、通用的高级语言等多种不同类型。

与其他控制系统相比，热工自动化系统主要具有以下几个特点：一是硬件积木化，热工自动化系统采用积木化硬件组装式结构，功能模块的选择是通过在系统中增加或拆除单元模块来实现，而对系统的完整性不会造成影响；二是软件模块化，热工自动化系统为用户提供了大量软件模块，从而极大得减少了软件开发的工作量；三是通信网络的通用性，建立多台计算机互相连接的通信网络，通过高速数据传输通道实现协调沟通、资源共享的目的；四是整体性能的可靠性较高，引入冗余技术、自诊断功能、抗干扰措施、高性能系统组件来提升自动化控制效率。

1.3 热工自动化系统的发展现状

火电厂热工自动化技术的发展主要经历了四个阶段，从就地控制发展到集中控制阶段，再到计算机控制阶段，最终形成了当前广泛使用的分散型系统。分散型系统主要由冗余网、交换设备、操作员站、工程师站、历史站、控制器等部分组成，具有分散控制、集中管理、管控一体化等特点，能够处理复杂的生产过程，并能够胜任不同任务的操控要求。随着自动化技术的发展，热工自动化系统也趋于成熟，主控与副控一体化将成为热工自动化系统的发展趋势，并将加快信息化建设，由计算机数字化控制单元、副控车间厂级实时监控系统、厂级信息管理系统组成数字化网络通信系统，从而推动火电厂发电成本的不断降低。另外，火电厂为了适应低碳经济时代的发展要求，热工自动化系统的节能减排将成为未来发

2. 电厂热工自动化设计中的节能减排对策

火电厂热工自动化系统要实现节能减排的目标，应从设备的安全性控制、系统的经济性运行、节能减排技术的可靠性、检测仪表的创新性、隐性节能损耗因素分析等多个方面入手。

2.1 强化电力设备的安全性控制

只有保证火电机组的安全运行才能开展节能减排设计工作，因此，电力设备的安全运行是实现节能减排的基础。火电机组的长周期安全运行是保证节能减排的重点，设备故障停机后的重新点火都将消耗大量的资源。在热工自动化系统的机组连锁保护逻辑设计中，应加快超驰控制、辅机故障自动减负荷、燃烧器管理等逻辑设计部分的进一步完善，缩短设备的故障停机时间，确保电力设备的安全、稳定、长周期运行。重视机组设备的状态监测与故障诊断工作，厂级监控信息系统应配置相应的状态监测与故障诊断功能模块，在热工自动化系统的设计中增加设备监测点，对设备运行状况进行实时、全面的检测；加快设备检修模式的转变，根据设备状态检测数据，制定有针对性的检修计划，在保证设备安全运行的前提下延长机组检修间隔，从而实现节能减排的目标，降低设备运行成本，不断提高火电厂的经济效益。

2.2 优化热力系统的经济性运行

在热工自动化系统的软件选择中，应在进行完善的调查、梳理、评审、推荐、试用后选择更为优秀的控制软件，特别是对于分散控制系统的软件选择更应当经过科学的评估与讨论，采用神经网络、遗传算法、模糊算法、非线性协调等先进算法的控制软件应作为首要选择目标。建立完善的火电机组经济指标评价体系，构建机组数学模型，通过机组性能计算功能模块对机组性能进行计算与分析，最终得出机组经济指标评价体系。实现机组负荷经济分配，通过机组性能计算的结果绘制机组负荷实时曲线，并将自动发电控制与机组经济运行联系起来，将火电厂经济符合分配至每台机组。通过厂级管理信息系统收集机组运行的实时数据，构筑性能优化知识库，为机组运行过程中的性能问题做出诊断，从而提高机组运行的经济性。

2.3 提升节能减排技术的可靠性

火电厂节能减排目标的实现需要相应的技术体系作为支撑。在机组启动和低负荷运行状态下，不断提高等离子电火以及微油点火的安全性，从而减少燃油使用，推动环境保护、节能减排等目标的实现。加快脱硫和单元机组控制的融合，脱硫系统中的烟气通道控制、烟气排放温度控制、吸收塔超温保护均应纳入热工自动化系统的设计中，重视脱硫浆液制备、浆液循环、脱硫废水处理等功能模块的设计工作。针对采用变频控制技术的大型辅机，应加快相关技术规范的编制，在系统设计中根据辅机运行特点选择合适的变频器控制方式。通过主蒸汽流量数据的获取，为火电机组的运行监视、性能检测、过程控制提供必要的数据信息，从而实现设备运行状态的不断优化。

2.4 加快节能减排检测仪表的创新

节能减排检测仪表的创新应从以下几个方面入手：一是快速热电偶的应用，解决蒸汽管道疏水袋介质排放难以准确控制的问题，利用快速热电偶检测疏水袋温度，从而降低设备成本费用；二是阀门或管道超声波检漏，对疏水阀、再循环阀、旁路阀等管道控制阀装设超声波检测仪；三是大型圆筒煤场的安全监测仪表，及时发现安全隐患并进行处理；四是露天仪表导管电热防冻的温度控制，通过自动温控器来降低电能损耗；五是锅炉炉膛温度声波检测，控制锅炉内火焰中心位置，实时监控炉膛出口温度，优化风煤比，降低燃烧损耗；六是重金属浓度在线监测仪表，设置Cd、Pb、Zn、As、Hg等重金属元素检测装置，同时对于火电厂工业废水也应重视重金属检测；七是无线传感网络，包括无线温度、压力、流量等传感器。

2.5 重视隐性节能降耗因素

除了常规的节能减排方法外，在火电厂热工自动化设计中还应重视隐性节能损耗因素。注意仪用压缩空气耗量，空气耗量的大小与压缩空气机组配置的容量以及运行成本直接相关；重视不停电电源UPS负荷，归纳不同容量机组仪用UPS的实际负荷数据，对UPS选型提出科学的意见；电子设备间空调的设置，可以配合暖通专业确定电子设备间可行的空调技术条件，以取代传统的空调系统，减少电子设备间空调运行费用；大机组控制回路及保护逻辑设计中各类传感器（变送器、热电阻、热电偶、参数开关等）冗余配置数量较大，传感器过多配备也增加了设备投资以及运行损耗，当前缺乏一个统一的规范体系作为参照。

3. 语

热工自动化系统的主要功能包括数据采集与处理系统、模拟量调节系统、顺序控制系统、锅炉安全监视保护、汽机保护系统等，与传统控制系统相比，热工自动系统具有硬件积木化、软件模块化、通信通用化、高性能化等特点。为了适应低碳经济时代的发展要求，热工自动化系统的节能减排将成为未来发展的重要方向。要实现火电厂热工自动化设计中的节能减排目标，应从强化电力设备的安全控制、优化热力系统经济运行、提升节能减排技术可靠性、加快节能减排检测仪表创新、重视隐性节能降耗因素等六个方面入手，

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1007-6344（2015）12-0176-01