热工优化控制在火电厂节能中的应用

赵翔

摘要：我国 70% 以上的电能都是由火电厂提供的，但火电厂发电过程中需要耗费大量的煤炭资源，而煤炭燃烧过程中会产生大量的二氧化碳和二氧化硫，对环境造成了严重污染，也是造成温室效应的主要根源。为了保护人类共同的环境，国家提出要转型升级经济，调整产业结构，大力发展低碳经济[1]。火电厂作为高能耗产业，长期在生产过程中大量消耗煤炭，排放大量的二氧化碳。因此，提高火电厂发电效率，降低能耗，迫在眉睫，对促进我国火电厂可持续发展也具有重要意义。

关键词：热工优化控制;火电厂;节能减排

1热工优化控制概述

煤炭资源的消耗巨大，但是资源消耗的程度却不能与发电厂的发电率成正比。我国发电厂的现状与国外的六七十年代的发达国家水平相当。究其原因，主要存在锅炉线率不高等问题。因此，在火电发电厂运行过程中，必须采取合理措施，才能有效控制影响火力发电厂的各类因素。但是，由于我国电力事业的不断发展，当下的火电发电厂已经不能满足人们对节能减排的要求。因此，在现代化信息高度普及的情况下，火力发电厂逐渐向地洞滑阀箱发展。其中，热工优化控制系统根据热力学定律，在火电发电厂运行中可合理控制发电过程的温度等参数，从而使火力发电厂实现节能减排。

2热工控制系统在火电厂节能降耗工作中的作用

2.1热工控制系统

降低锅炉能耗排烟热损失是影响锅炉效率的重要因素。锅炉的排烟温度和排烟氧量决定了锅炉的热损失。锅炉在燃烧过程中如果燃烧不充分，也会增加煤炭的能耗。影响汽轮机的热力学效率主要是主蒸汽和再热蒸汽的温度和压力，以及汽轮机调门的运行方式造成的回热系统效率、节流损失等。

2.2热工控制系统

在火电厂机组节能减排中的作用热工优化控制系统在火电厂機组节能减排中的作用主要体现在以下几个方面。第一，送风控制。火电厂机组的送风量影响到风煤比，造成锅炉内空气变化，从而影响锅炉的燃烧效率。只有送风量达到一个最佳值，才能确保锅炉排烟热损失和机械不完全燃烧损失之和的数值最小。所以，通过热工控制系统优化机组负荷和锅炉中的氧量，可提高锅炉燃烧效率。第二，控制磨煤机温度。为了确保锅炉的正常运行，必须限制磨煤机的出口温度。因此，需要在磨煤机出口添加一定比例的冷风，以减少流经空顶器的风量。所以，在确保锅炉安全的前提下，要提高磨煤机的出口温度。通过热工控制系统，可以设定磨煤机出口温度，提高锅炉燃烧效率。磨煤机在运行过程中，如果风粉配比曲线与设计值出现了偏差，那么磨煤机的出口温度一定会发生变化。当送风量低时，排烟温度会升高，这时磨煤机必须按照机组运行实际负荷设计一次风量，通过合理设置参数，有效减少锅炉的排烟热损失、化学不完全燃烧热损失、机械不完全燃烧热损失，有效降低锅炉能耗。第三，控制主蒸汽压力。机组运行过程中，不同的煤种燃烧效率不同，锅炉燃烧的效率也不同。所以，控制系统需要及时调整机组的运行参数，从而确定滑压参数运行区域内的阀门开度，优化主汽压力和高压调节阀门，确保机组运行的经济性。第四，控制主汽温度。如果主汽温度过高，那么会增加机组的负荷，影响到发电设备的使用寿命，严重时可能出现爆管等现象，影响发电机组的安全性能。所以，需通过自动化控制系统优化机组主汽温度，确保气温处于一个比较稳定的水平，提高机组的运行效率。

3热工优化控制在火电厂节能中的应用效果

3.1汽温优化控制的应用效果

在对各种300MW以上容量的典型机组进行深入细致分析后，通过计算得知，在主蒸汽温度降低1℃的情况下，汽轮机的热消耗会相对升高0.032%，换化为功率相当于2.5kJ/（kW·h）。根据相关的数据显示，随着机组容量的不断增大，主蒸汽温度对于整个汽轮机的热消耗影响程度越大。为了实现汽轮机的热消耗降低，进而实现火电厂的能源消耗降低，需要适当地提高主蒸汽温度、再热汽温自动控制的控制系统精度，并且降低超调量，进而实现设定值的提升，达到主蒸汽温度、再热汽温“压红线”状态下的运行。根据相关数据显示，改善自动调节品质，其对于机组的运作效率影响很小;通过优化控制系统的工作状态，能够有效提升机组0.05%～0.20%的工作效率。

3.2主蒸汽压力变化和节流优化的应用效果

3.2.1带喷嘴顺序阀节流调节优化效果

在滑压运作下，对于机组变压力的运行方式，负荷增加时，也增加相应的压力，实现锅炉的出热量增加。优化中，为了有效克服在滑压运行下其变负荷较慢的缺陷，通常需要在其升负荷时加大汽轮机的调节门，进而利用锅炉的存储热量实现变负荷的速度提升。因此，在滑压运作下，汽轮机的调节门也需要进行相关调节工作，但在定压下保持稳态，进而实现汽轮机的节流损失降到最低。该优化方式又被称为联合控制滑压方式。该优化方式在实现高负荷区具备很高热效率的同时，又降低了低负荷区的水循环的恶化，且保障了机组对符合指令的快速反应。现阶段，该优化方式在国内已经获得广泛使用。根据相关研究数据，使用联合控制滑压方式的优化方式，可明显降低汽轮机的节流损失，可降低机组发电耗煤0.80g/（kW·h）。

3.2.2不带喷嘴全周进气型凝结水节流调节优化效果

随着火电厂相关发电设备的不断更新，600MW以及1000MW等超临界、全程滑压的汽轮机在我国逐渐得到广泛推广和使用[3]。其中，对于不带喷嘴全周进气型的超临界汽轮机组而言，其运作中如果将调节门实现全开，那么可以实现节流损失的最小化，但会导致机组变负荷在其初期没有储存热量的使用。仅依靠锅炉来实现热量的提供，是难以满足一次性调频需要的。因此，要在节流损伤控制上采取措施。通常采用的是汽轮机调控门的部分节流措施。就目前而言，大多数机组都会参与电网调峰运行。为了实现AGG对快速负荷响应的需求，需要高压调节门预留较大的机组负荷进行余量调节，导致机组运行中在其低负荷阶段的高压调节门出节流损失过大，进而影响运作的经济性，也就会造成火电厂的能源消耗增加。因此，在不带喷嘴全周进气型机组的节能优化措施上，凝结水节流调节优化措施诞生了。凝结水节流调节优化措施的优化原理为，在进行负荷增加的同时，将凝汽器的出口调节门关闭，进而降低凝结水的流量，从而降低凝结水的流量，进而降低低压加热器的抽气量，加大蒸汽的做功量，实现机组的负荷增加。减负荷时，凝汽器出口的调节门打开，增加凝结水的总流量，从而实现低压加热器抽气量的增加，降低整个蒸汽的做功量，达到机组负荷的总体降低。从技术上分析，凝结水节流调节优化技术，本质上就是一种充分对汽轮机回热比上加热系统中储能技术的一种技术。通过相关研究数据表明，如果机组每年平均的负荷率达到75%，那么使用凝结水节流调节优化措施后会实现供电煤耗0.80g/（kW·h）的降低。

参考文献：

[1] 梁景源 . 火电厂热工自动控制系统优化策略 [J]. 中国科技投资，2017，（19）：131-132.

[2] 张秋生 . 热工优化控制在火电厂节能中的应用效果研究 [J]. 中国电力，2016，（6）：6-9.

[3] 黄前飞 . 热工优化控制在火电厂节能中的应用效果分析 [J]. 现代制造技术与装备，2017，（5）：79-81.

[4] 牟晓东，王晓辉 . 热工优化控制在火电厂节能中的应用效果分析[J]. 丝路视野，2017，（34）：125-126.