节能减排理念下的火电厂热工自动化设计及应用

周杰

摘要：火电厂热工自动化系统具有复杂的结构，涉及多种设备，具有非线性、无规律、不易控制等特点，因此，无法有效建立相关的线性函数模型。PID虽然是火电厂控制系统中应用较多的一种模型，但是容易受到多种因素的影响，整定效果并不理想，同时在参数设定方面也缺乏一定的规范性，难以满足火电厂热工自动化的控制要求。而智能控制作为一种全新的高新控制技术，在火电厂热工自动化中具有良好的应用效果。智能控制技术具有多样化、开放化等特点，能够针对控制对象的多样性、不确定性等采取合适的方法进行控制。

关键词：火电厂;热工自动化控制技术;节能

引言

火电厂目前在我国，是重要的一种电力能源产生的地方。电力关系到国民的经济发展，百姓的日常生活，对人们的影响非常巨大，因此，作为电力能源的主要来源，火电厂有着举足轻重的角色。火电厂的自动化控制水平，也直接影响火电厂电力的输出，尤其是当下人们在节能排放越来越重视，如何提高火电厂的效率，是很多企业致力于研究的一个课题。自动控制的出现，尤其是近年来智能技术的出现，推动了工业发生了变革，以火电厂为例，以往低效率，高能耗的一些工艺，正在被各种智能控制技术代替，不仅节约了人力，更重要的是，通过智能控制，使得发电的效率达到最高。

1火电厂能耗影响因素

1.1锅炉方面

在火力发电厂中，造成能源消耗的主要原因是锅炉的燃烧率较低。火力发电厂发电过程中，锅炉设备是发电厂最消耗能量的部分。在锅炉设备进行煤炭燃烧的过程中，常常存在能量损失情况，这与锅炉设备中漏风、漏粉等有着直接关系。造成锅炉设备泄露的原因主要有以下几个方面。第一，锅炉设备中应该进行彻底燃烧的气体与固体没有进行充分燃烧。第二，锅炉设备运行过程中产生了热损失。第三，在对锅炉设备进行烟尘等排除的过程中造成了热损失。

1.2汽轮发电机方面

火力发电厂运行过程中，能耗问题会受到高压加热器、气温等多方面因素的影响。例如，在汽轮机中，喷嘴与叶片在运行过程中会产生一定程度的摩擦，导致叶片的顶部发生漏气等现象，最终导致汽轮机在转换热能的过程中，蒸汽并不能完全转化为内功。在火力发电厂中，较常见的汽轮机设备是喷嘴配汽车定压。汽轮机的进油量多是有其调节阀门进行控制。在汽轮机正常运行过程中，由于调解阀门在特定范围内产生的节流损失始终存在，尤其汽轮机在低负荷情况下，调节气门的开启次数变小将导致产生的损失变大，甚至会超出一定的定压运行参数，导致火力发电厂在运行过程中能量消耗变大。

2火电厂热工自动化控制新技术

2.1自动检测控制技术

由于这几年自动化和智能技术的飞速发展，使各行各业都受益于此。火电厂的生产也是如此，以往机组的设备参数只能靠多次的尝试调整，无法保证设备的最有参数，在机组工作中也无法进行参数的记录和分析。随着自动技术的发展，仪表检测的智能化也走入了企业。仪表检测的智能化，意味着在火电厂的机组工作中，能自动对生产过程和设备进行检测各种参数，并且对记录的数据进行分析，得到后续的发展趋势，为后续的自动操作、设备工艺的调整提供依据。

2.2自动调节技术

火电厂的发电过程，工艺复杂，机组设备繁多，各个环节都要做到万无一失才能保证火电厂的安全运行。在机组的整个运行中，气温的维持也非常重要，技术人员毕竟不能做到全天24h时时刻刻在确认，也不能做到所有的参数都去确认，这样不仅工作量非常巨大，而且，机组在工作时，有些参数的确认以及调整也是非常不方便，如锅炉内的温度。由于锅炉内是一个非常特殊的环境，它的气温时变性比较强。过去，传统控制方法是进行温度监控，发现异常后设备进行报警，提醒技术人员进行处理，这样操作的弊端就是，若设备进行报警，而技术人员没有及时处理（比如报警系统故障、夜晚等），在锅炉内温度参数不正确的状态下机组继续进行工作，结果危害可想而知。若此时有温度监测系统，并且根据监测的结果进行判断，若超差后，将进行制动调节，使锅炉内的温度时刻都保持在参数规格内，这样，锅炉的使用效率也最大化，机组设备的安全性也会得到很好的保障。目前，火电厂中的温度智能调节技术主要有气温模糊控制技术和神经网络智能气温控制技术。这些智能控制技术与常规的PID控制相结合，形成多种智能PID控制技术。以气温模糊控制技术和PID控制相结合的智能控制技术为例，通过模糊控制和传统的PID控制相结合，可以有效实现对再热气温等复杂对象的在线控制，具有快速、稳定的优点。

2.3运行的控制技术

可以根据预先拟定的程序和条件，自动对生产过程进行一系列的操作。锅炉的汽包水位是运行过程中的重要参数。水位过高，会造成汽包出口的蒸汽中水分过多，使过热器的受热面结上一层水垢，从而降低过热器的敏感性，长时间会使过热器失效，最终由于温度过高而烧坏过热器。并且，锅炉内蒸汽温度过高，会直接影响锅炉的安全性，以及整个机组的正常运行。若汽包水位过低，则会导致锅炉内的循环被破坏，最终，由于水量过少而造成温度过高而损害锅炉和其他机组设备。因此，需要通过分散控制系统（DCS）来实现汽包水位的自动控制。如今，基本上采用串级三冲量给水控制，由于它引入了蒸汽的流量和给水流量信号，对快速消除、平衡水位都有着非常显著的效果，已被火电厂广泛采用。

3火電厂热工自动化优化设计

3.1优化控制软件的应用

相关研究证明，采用神经网络模型，对过热器出口温度进行串级预测，是常规串级控制阶跃响应速度的两倍，超调量约为常规串级控制阶跃响应的三分之一。许多运用实例也表明，使用优秀的算法控制软件（如非线性协调、模糊算法、遗传算法、神经网络等）对提高热电厂的热功率系统、循环流化床锅炉等多个方面的性能都会产生非常重要的影响。另外，通过对传统比例、积分、微分控制器的控制设计进行改进，能够有效提升机组产生的经济效益，从而提高机组效率和减少煤耗和控制排放量。因此，在电厂设计阶段，需要具备科学的设计观念，在控制系统中，加入先进的算法控制软件，最大限度地发挥后续调试和运行阶段的效果。

3.2机组负荷经济分配的实行

伴随网上招标的实施，电厂、网络分离等新方式的运用，电网调度的自动发电控制命令应成为独立发电公司的实时负荷命令。采用的关键方法是将电厂的经济负荷配到各机组，使火电机组的发电控制与经济运行自动连接，从而反映电网的经济运行状况。负荷经济性分配，一般会配给厂级监测信息系统（SIS）。通过机组的实时性和应用分析结果，得到了机组负荷特性的实时性曲线和确定负荷经济性的实时性效果。在设计初期，将厂级监控系统的总体功能优化与管理信息系统的综合功能相结合，设计一个厂级监控系统（SIS）和管理信息系统（MIS）的功能。这种方式不但有效降低了启动资金投入，而且还可以满足工厂的调配要求和平日里的信息管理功能。从根本上更高效地控制了能源消耗和污染排放。

结束语：

随着社会的进步，社会对电力的需求一定会持续增长，所以，我们迫切需要加强对火力发电厂节能减排方式的创新，而热工自动化设计领域的节能减排需求最为关键，也最能体现节能减排成效，应该时刻紧抓。

参考文献：

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