火电厂热工自动化中自动控制理论及实际应用研究

王冬生

(山西漳电大唐塔山发电有限公司，大同 037000)

0 引 言

结合实际调研可以发现，现阶段我国很多火电厂在热工自动化方面存在欠缺，如锅炉压力变化较大、可靠性不高、自平衡能力较差。为尽可能提升火电厂热工自动化水平，保证火电厂的安全稳定运行，正是本文围绕火电厂热工自动化中自动控制理论及实际应用开展具体研究的原因所在。

1 火电厂热工自动化中自动控制理论及基本应用

在国内外自动化控制理论的研究过程中，相关研究主要存在三个阶段，即经典控制理论、现代控制理论、智能控制理论，三个阶段并非单纯的发展和延续关系，同时也存在相互配合共存关系。围绕经典控制理论进行分析可以发现，作为早期的自动化控制理论，该理论包含了串级控制法、根轨迹法、PID控制法、频率法、非线性系统分析法等；现代控制理论属于经典控制理论的延续，通过线性代数、时域法等数学方法，现代控制理论建立的数学模型可模仿系统运作规律，并以此整合优化系统中各项数据，系统设计的完善也可同时实现。相较于经典控制理论，现代控制理论在研究范围和深度方面进步明显，主要由自适应控制理论、预测控制理论、动态识别系统、线性系统控制理论、非线性控制理论、最优化估计理论等组成；智能控制理论属于最新的自动控制理论，由模糊控制理论、神经网络控制理论、遗传算法等组成，这类理论的应用必须引起重视[1]。

2 火电厂热工自动化中自动控制理论的实际应用

2.1 系统设计优化

对于火电厂热工自动化中自动控制理论的实际应用来说，这种应用在系统设计优化方面有着直观体现，如优化热控制系统、机组负荷经济分配、安全指标优化、系统经济运行优化。

2.1.1 优化热控制系统

在基于自动控制理论的热控制系统优化实践中，优化可围绕汽轮机监视仪表系统性能、接地可靠性和抗干扰能力、热控制系统逻辑展开。汽轮机监视仪表系统性能优化需结合反复的调查研究，以此降低汽轮机监视仪表系统故障概率，机组误动的概率也可随之降低；接地可靠性和抗干扰能力优化需关注外界环境因素带来的干扰，控制系统因此出现的运行不稳定、测量数据不准确问题需得到重视，控制系统可能出现的发出错误指令问题也不容忽视，这会引发设备故障或机组跳闸，因此必须设法强化热控制系统的接地可靠性和抗干扰能力，以此保证系统的安全稳定运行；热控制系统逻辑优化需关注热控制系统运行环境中存在较大电磁强度，由此产生的环境干扰和自身异常往往会导致信号错误，如错误测量信号存在于连锁保护中，系统误动问题将随之出现，因此需采用单点测量信号方式进行优化，系统信号的准确传递可由此得到保障[2]。

2.1.2 机组负荷经济分配优化

在传统的火电机组控制系统中，直接调控对各台单位机组的目标负荷属于自动发电控制的关键，通过硬接线的方式将电厂端机组DCS与远程终端连接，即可保证远程调控效果，电厂及电网运行的安全性和可靠性可同时得到保障，但在节能减排方面的表现欠佳。随着“竞价上网”和“厂网分开”的深入实施，传统自动发电控制方式已无法满足实际需要，为实现电网营运的经济性提升，各个机组分配电厂经济负荷需要以各发电公司单独发送负荷指令为依据，自动发电控制与火力发电机组可有效连接起来。配置SIS系统的负荷经济分配较为常见，图1为典型的SIS系统。

SIS系统多以单元机组实时性能计算结果和耗差分析结果为依据，由此得出的实时特性曲线可反映机组负荷，负荷经济分配实时效果可由此掌握。具体设计可将SIS系统的通用功能与MIS系统相结合，以此打造兼具SIS系统功能和MIS系统功能的综合化系统，电厂调度工作需要满足、初始投资节约、电厂日常信息管理水平提升均可由此实现，排放指标和能耗控制方面的问题也能够更好解决。

2.1.3 安全指标优化

在火电厂热工自动化系统设计过程中，需优先确保其平稳运行，随后再考虑日常运行中的节能降耗问题。如日常运行中火电厂热工自动化系统出现异常并导致无法正常运行的机械设备出现，大量的整修资源会因此耗费，机械设备的再次启动也会浪费大量燃煤，火电厂节能减排工作在这种情况下受到的严重负面影响必须得到重视。因此，火电厂热工自动化系统设计必须实现设备故障概率的针对性控制，降低非正常原因导致的火电厂停工时长，同时需关注不同工作区域、不同工作机械的检查工作，以此预判各类事故，降低故障出现概率。此外，智能化自动监察系统的针对性设计和充分利用也需要得到重视，人工巡查的陈旧模式可由此逐步淘汰，人力资源节约、检修时长缩短、火电厂经济效益提升及污染物排放数量降低也可同时实现。

2.1.4 系统经济运行优化

在火电厂热工自动化控制软件的选择过程中，充分的测试和评价极为关键，热工自动化控制软件的试用也需要灵活选择多种控制系统算法，热工自动化控制的效率可由此得到保障。为更好实现火电厂节能减排目标，火电厂还需要设法提升电煤脱硫率和电煤脱硫速度，脱硫吸收部分可通过自动控制系统控制，同时还需要强化二次处理含硫废液，为规避环境污染，需保证直接排放含硫废液的情况不得出现，同时还需要加强机械运行安全性，保证节能减排方面热工自动化控制系统的优化更好发挥[3]。

2.2 新技术应用

火电厂热工自动化中自动控制理论的实际应用还需要关注各类新技术，如等离子点火技术、机组自动控制和脱硫、变频控制技术、新型检测仪表。

2.2.1 等离子点火技术

在技术先进性和节能环保性能方面，等离子点火技术的优势明显，这使得其近年来在我国火电领域的应用日趋广泛。传统点火技术在应用中会受到煤炭质量的影响，在遇到褐煤、贫煤、烟煤时，传统点火系统的有效点火很难实现。对于采用开放式磁稳、机械压缩、电磁于一体的等离子发生器来说，由于功率可调、连续，等离子点火技术的应用可成功点燃褐煤、贫煤、烟煤。在等离子点火技术的支持下，火电厂对燃煤质量要求的降低和锅炉运行效率提升均可实现。等离子点火系统采用不易氧化、高导热、高导电的特殊合金材料制成两级，辅以强化冷却结构可做到长期稳定使用。特殊合金材料的使用使得等离子点火技术可将空气作为等离子载体，等离子点火系统因此进一步简化，运行费用也得以降低。

2.2.2 机组自动控制和脱硫

碳酸钙湿法脱硫技术在火电厂尾气脱硫处理中的应用较为广泛，由于脱硫部分和燃炉部分相互独立，仅通过导线相互串联的二者在安全性方面存在欠缺，节能减排作用的发挥也会受到限制。为响应国家节能减排号召，火电厂必须联动改造机组脱硫系统和自动控制系统，以此在DCS控制系统中集成脱硫部分，脱硫部分的交换器和增压风机数量也需要同时减少，以此加强脱硫系统烟气通道控制与燃炉控制的联动，节能减排目的可更好实现。

2.2.3 变频控制技术

通过安装变频器，火电厂的节能效果可大幅提升，但变频器的购入和安装同时会消耗大量资金，价格不菲的高压变频器便属于其中代表。此外，变频控制技术的应用还需要专门建设机房，使用过程中周围信号受到的高次谐波干扰也需要引起重视，因此基于变频控制技术的变频器优选必须得到重视，以此开展针对性的可行性分析并编制技术规范，配合变频器使用前的经济技术分析，即可优选变频方式，同时可以综合考虑变频器的电压等级和控制方式。

2.2.4 新型检测仪表

火电厂热工自动化控制离不开仪表的支持，因此需科学应用各类新型检测仪表，如蒸汽管道疏水时间可基于快速热电偶提高，煤堆温度检测可通过大型圆筒煤场的设立更好实现，阀门管道故障概率可通过超声检漏技术的应用降低，锅炉燃烧工况优化控制可基于声波检测技术更好实现，新型检测仪表的合理应用必须引起重视。

3 结束语

综上所述，火电厂热工自动化中自动控制理论的实际应用需关注多方面因素影响。在此基础上，本文涉及的优化热控制系统、机组负荷经济分配、变频控制技术、新型检测仪表等内容，则提供了可行性较高的自动控制理论应用路径。为更好服务于火电厂热工自动化，自动控制理论的应用还应关注锅炉过热气温控制、锅炉燃烧过程控制、锅炉给水全程控制等方面内容。