低碳背景下火电厂热工自动化研究

2020-01-20杨亚利

中国设备工程 2020年9期

杨亚利

（陕西国华锦界能源有限公司，陕西榆林 719300）

随着我国社会经济的发展驶入“快车道”，人们的生活水平发生了翻天覆地的变化，各种电器用量不断攀升，每年用电量呈逐渐增长趋势。火电厂在发电过程中，一方面满足了人们对电能的需求，但也给环境造成了严重污染。因此，在低碳背景下开展火电厂热工自动化研究具有非常重要的现实意义。

1 火电厂热工自动化概述

火电厂热工自动化是指在没人参与的情况下，利用自动化控制理论、计算机控制理论和有关控制装置对火电厂的机器设备进行有效控制，且确保系统运行的稳定性、安全性和高效性。火电厂热工自动化系统包括辅助设备自动化和主机自动化两部分，每个模块均由自动控制与测量、信息采集与处理、系统保护、系统自动报警等若干个自动化模块组成。火电厂热工自动化系统可自动调节生产设备参数，控制自动化生产设备的运行顺序，完成系统的安全检测与控制。火电厂利用热工自动化技术不但能大大提高设备运行的效率和可靠性，还能有效节约生产成本，确保设备运行安全。

2 低碳背景下的火电厂热工自动化优化

2.1 系统设计优化

2.1.1 优化热控制系统

一是优化汽轮机监视仪表系统性能，提高可靠性。汽轮机监视仪表系统是导致机组故障的重要原因，通过反复研究和调查发现，对汽轮机监视仪表进行优化后，可大大减少其导致机组误动的概率。

二是增强抗干扰能力和接地可靠性。现阶段，很多外界环境中的因素都可能对火电厂热控制系统造成一定的干扰，使得控制系统的测量数据不准确、运行不稳定，甚至还会导致控制系统发出错误指令，引发机组跳

闸或设备故障，对整个热控制系统的有效运行造成严重影响。因此，增强热控制系统的抗干扰能力和接地可靠性对于确保热控制系统的安全稳定运行具有非常积极的作用。

三是优化热控制系统逻辑。热控制系统和控制设备运行环境中的电磁强度非常大，不但容易受外部环境干扰，其自身运行也可能发生异常，造成信号错误。当连锁保护出现错误测量信号时，很可能导致系统误动。为保证系统信号的准确传递，应采用单点测量信号的方式。

2.1.2 机组负荷经济分配

以往火电机组控制系统中的自动发电控制主要是由电网对各台单位机组的目标负荷进行直接调控，即利用硬接线的方式，将远程终端与电厂端机组DCS 进行连接，由此达到远程调控的效果，该方式可有效确保电厂及电网运行的可靠性、安全性，但不具有明显的节能减排效果。随着“厂网分开”和“竞价上网”的深入实施，原来的自动发电控制方式已不适用，需由各发电公司单独发送负荷指令，给各个机组分配电厂经济负荷，以此将火力发电机组与自动发电控制有效连接起来，提高电网营运的经济性。负荷经济分配一般情况下会配置到SIS 系统（厂级监控信息系统），也就是以耗差分析结果和单元机组实时性能的计算结果为依据，得出机组负荷的实时特性曲线，掌握负荷经济分配的实时效果。在设计之初就可以将MIS 系统（管理信息系统）和SIS系统的通用功能进行结合，设计出一套兼具MIS 系统功能和SIS 系统功能的综合化系统，如此不但可为电厂节约初始投资，还可适应电厂调度工作的需要，为电厂日常信息管理提供有效保障，在源头上解决排放指标和能耗控制的难题。

2.1.3 安全指标优化

在设计火力发电厂的热工自动化系统时，应优先确保火力发电厂的运行平稳，其次，再考虑火力发电厂日后的节能降耗问题。假如在平时工作中发生异常状况，导致机械设备无法正常运行而被迫停工，将会耗费大量整修资源，再次启动火力发电厂的机械设备时，还需要消耗大量燃煤，会对火力发电厂开展节能减排工作造成非常不利的影响。所以，在设计火力发电厂时，一定要最大限度地降低火力发电机械设备出现故障的概率，尽量减少火力发电厂因非正常原因导致的停工时长。另外，还要全面做好不同工作机械、不同工作区域的检查工作，对各种事故进行有效预判，减少故障发生的概率。此外，还应尽可能地利用智能化自动监察系统，彻底转变传统依赖人工巡查的陈旧模式，降低检修时长，这样不但可以提升火力发电厂的经济效益，还可大大降低火力发电厂排放污染物的数量。

2.1.4 系统经济运行优化

在选择火力发电厂的热工自动化控制软件前，要进行充分的测试和评价，在试用热工自动化控制软件时，要选用各种不同的控制系统算法，保证热工自动化控制的工作效率。为实现节能减排效果，火力发电厂要设法提高电煤脱硫速度和电煤脱硫率，可通过自动控制系统对脱硫吸收部分进行控制，二次处理含硫废液，切忌直接排放含硫废液，以免造成环境污染。此外，要不断提升机运行械的安全性，积极发挥火力发电厂热工自动化控制系统在节能减排方面的作用。

2.2 新技术应用

2.2.1 等离子点火

等离子点火在节能环保和技术先进性等方面具有明显的优势，因此，在我国火电厂中被广泛应用。采用传统点火技术时，锅炉点火系统会受到煤炭质量的影响，在遇到烟煤、贫煤、褐煤时，传统点火系统很难实现有效点火。等离子点火采用了集电磁、机械压缩与开放式磁稳于一体的等离子发生器，其功率可调、连续，能成功地点燃烟煤、贫煤以及褐煤。该项技术的应用不但大大提高了火电厂锅炉运行效率，也降低了火电厂对燃煤质量的要求。等离子点火系统采用高导电、高导热以及不易氧化的特殊合金材料制成阳极和阴极，并且采用了强化冷却结构，能够长期稳定使用。此外，由于使用了特殊合金材料，可直接以空气作为等离子载体，而不需要使用专门的惰性气体对电极进行保护，不但使系统更为简化，还在很大程度上降低了运行费用。

2.2.2 机组自动控制和脱硫

目前，大部分火电厂都运用碳酸钙湿法脱硫技术对尾气进行脱硫处理，且燃炉部分和脱硫部分是相互独立的，两者之间仅通过导线相互串联，既无法满足该技术设计的安全性要求，也限制了节能减排作用的发挥。近几年，随着环境污染问题的不断加重，节能降耗问题被摆上了重要议事日程。因此，火力发电厂应当对机组自动控制系统和脱硫系统进行联动改造，将脱硫部分融合到DCS 控制系统中，并减少脱硫部分的增压风机和交换器数量，使燃炉控制与脱硫系统烟气通道控制之间的联动更为紧密，进而更好地达到节能减排的目的。

2.2.3 新型检测仪表

新型检测仪表在火电厂热工自动化控制中具有非常重要的作用，例如，采用快速热电偶能有效提高蒸汽管道疏水时间；设立大型圆筒煤场有利于检测煤堆的温度，避免发生煤场自燃现象；采用超声检漏技术能减少阀门管道发生故障的概率；采用声波检测技术能有效控制锅炉燃烧工况，减少热量散失，提升燃煤利用率。

2.2.4 变频控制技术

火力发电厂引用变频器可有效提升节能效果，而投资购买变频器设备会花费大量资金，尤其是高压变频器，价格更是不菲。与此同时，还要为其设置专用机房，在使用过程中，还要考虑到高次谐波对周围信号的干扰。因此，火电厂在引进变频器之前，应先确定哪些辅机适宜使用变频控制技术，不但要进行相应的可行性分析，还要编制行业性技术规范。如果辅机以额定负荷运行或转速调节范围不大，在使用变频器前要对该类辅机进行经济技术分析。在确定变频方式时，要对变频器的控制方式和电压等级进行综合考虑。