火电厂节能中热工优化控制的应用

展恩彬

（中国电建集团核电工程有限公司，山东 济南 250102）

1 热工优化控制概述

火电厂在实际生产过程中会消耗大量的煤炭资源，但是整体发电效率与国外发达国家相比还有待提升。对我国火电厂能耗问题造成影响的因素主要包括火电厂锅炉的运营效率、电厂发电机组的整体负荷率、主汽压力、机组补水率、主汽温度等，为了实现火电厂节能目标，必须对上述几个方面实施有效的参数控制。大多数火电厂在过去的生产活动中主要应用分散控制系统实施生产控制，随着近年来电力事业的快速发展，原有的分散控制模式已经不能完全满足火电厂节能生产的需求。通过与信息技术、计算机控制技术等多种新型技术的融合发展，火电厂热工控制技术在不断优化与革新，能够更加合理地对火电厂发电过程中各项参数实施控制，实现节能减排的生产目标。

2 火电厂中的热工优化控制技术类型

2.1 热工智能控制技术

火电厂的热工控制系统相对比较复杂，采用传统火电厂生产中应用的常规热工控制手段容易发生强耦合、延迟或误控等问题，给火电厂的运营带来经济损失，增加设备故障检修人员的工作压力和能源损耗，浪费更多宝贵资源。而新型热工智能控制技术能够有效避免上述问题的发生。热工智能控制技术主要可作用于以下几个方面。

（1）对火电厂锅炉的燃烧过程实施控制。锅炉燃烧期间实施的控制内容主要包括对其燃烧状态数据信息的监测和采集，通过监测过程获取的相关数据，热工智能控制系统会通过智能算法实施分析，系统中的智能算法主要包括人工神经网络算法、多级可拓算法、专家分析系统以及模糊控制算法等，通过多种不同算法模式能够对系统PID控制参数实施有效调节控制，进而实现对锅炉运行燃烧的有效控制。

（2）对火电厂锅炉的温度控制。热工智能控制系统能够实现对锅炉汽温的控制，在锅炉运行过程中，其汽温处于不稳定的变化状态，应用传统热工控制方式已经不能满足大型火电厂的温控需求。当前针对火电厂锅炉汽温控制所应用的智能控制技术主要有两种，分别为神经网络智能温控技术以及汽温模糊控制技术，能够实现不同负荷状态下锅炉汽温的有效节能控制。

（3）对锅炉给水实施控制。如果火电厂生产规模较大，应用传统的锅炉给水方式容易导致系统给水速度过于缓慢或者给水不足的情况，为了实现给水控制的稳定性和精准性，应用PID智能给水技术能够有效解决上述问题，该技术还能够实现给水系统的结构简化，同时可显著提升给水系统的稳定和节能性。

2.2 现场总线控制技术

现场总线控制技术是一种普遍应用在工业控制中以及企业通信与传输控制单元中的控制技术，这种新型火力控制技术在火力发电厂生产过程中引入应用的时间较短，其能够替代传统的分散控制模式。与分散控制技术相比，此种控制系统的应用成本更加低廉，控制系统更具开放性，系统组成模式更加先进优越。这一技术的应用显著优化了热工控制整体效率，间接提升了火电厂节能降耗水准。当前火电厂中现场总线控制系统主要包括以下结构体系，分别有监控网络结构层、生产管理结构层以及控制网络结构层等。工程技术人员利用该技术能够对火电厂的生产过程实施监控、操作以及后续维护管理。

3 火电厂现存能耗问题

3.1 火电厂锅炉方面现存能耗问题

在火电厂的生产过程中，造成能源损耗的主要原因之一就是锅炉运行燃烧的效率相对较低。一般情况下，锅炉装置是火电厂发电过程中能源消耗相对较少的部分，但是锅炉设备的生产需要燃烧煤炭，在此过程中如果锅炉设备中存在漏风或者漏粉的情况，就会造成部分能量损失，阻碍火电厂节能降耗目标的实现。而造成锅炉发生上述泄露问题的原因主要有以下方面：（1）可能是锅炉中的固体与气体没有进行充分的燃烧；（2）锅炉设备运行期间不慎出现了热能损失；（3）对火电厂锅炉设备进行除尘排烟的过程中造成了热能损失。由此可见，火电厂锅炉在运行期间必须确保锅炉内部物质的稳定充分燃烧，进而使其蒸汽相关参数控制在标准范围内，维持发电机组的运行，这也需要热工优化控制技术的辅助才能更好地实现。

3.2 火电厂汽轮发电机方面存在的能耗问题

火电厂生产期间，导致能源损耗的常见影响因素还包括汽温以及高压加热器等，例如汽轮机在生产运行期间，其蒸汽喷嘴装置和叶片装置会产生一定的接触摩擦，进而导致叶片顶部出现漏气的情况，这样一来，汽轮机在进行热能转化期间，蒸汽将难以全部转化成内功。火电厂生产过程中比较常用的汽轮机装置是喷嘴配汽车定压装置，该装置的进油量是由调节阀门装置实施控制的，而设备正常运转期间调节阀门装置会产生一定程度难以避免的节流损失，当汽轮机装置处于低负荷运行时尤为严重，如果调节阀门装置的开启次数变少，其产生的节流损失会更大，甚至会大于系统的定压运行参数限制，进而导致火电厂的能量消耗增加，影响节能降耗生产目标的实现。

4 火电厂节能中热工优化控制的应用

4.1 热工优化控制在送风控制中的应用

对于火电厂而言，其系统机组的送风量直接影响风煤比，使火电厂锅炉设备内部结构中空气发生变化，进而对其内部燃烧效率造成影响，想要降低锅炉内部燃烧期间产生的热量损失，必须严格控制火电厂机组的送风量，令其处于最佳值。利用热工优化控制技术能够对机组与锅炉设备中的含氧量实施有效调节控制，显著优化锅炉内部的整体燃烧效率，大大降低热损失。

4.2 热工优化控制在磨煤机温度控制中的应用

想要确保火电厂中锅炉设备的正常运行，需要严格控制磨煤机出口部分的温度。为了做好温度调节，磨煤机运行期间需添加适当比例的冷风，以达到降低空顶器风量的目的。磨煤机运行期间如果送风量降低，会导致其排烟温度持续上升，此时应用热工优化控制技术能够确保风量控制的合理性，通过设置科学的风量参数可以显著降低机械燃烧不完全造成的热量损失以及锅炉燃烧过程中产生的热量损失，控制整体能耗。

4.3 热工优化控制在主蒸汽压力控制中的应用

火电厂机组运行期间由于应用的煤炭种类各自的燃烧效率存在差异，因此其在锅炉内部的燃烧程度也有所不同。应用优化控制技术能够根据机组的实际运行情况对参数进行调整，以此科学设置阀门装置的开度，实现主汽压力的优化控制，保障发电机组的节能运行。

4.4 热工优化控制在主汽温度控制中的应用

火电厂机组运行期间如果主汽温度过高，那么在一定程度上会加重机组的实际运行负荷，缩短机组的使用年限，严重时甚至会出现爆管问题，大大降低机组运行安全等级。应用热工优化控制技术，能够有效调节主汽温度，令主汽温度处于恒定状态和安全范围之内。

4.5 热工优化控制在机组运行保护中的应用

热工优化控制系统具有自动化保护功能，系统中安置了感应原件，如果机组运行过程中参数超标，感应原件就会接收到信号，开启系统自动保护装置，防止对机组设备造成不良影响，避免造成更多能量损失，节省更多能源。通过应用自动化保护功能，能够借助计算机控制平台优化调节保护系统的控制参数，在实施过载保护时，能够通过该系统将供电电压实施转移，进而避免机组中存在的故障对地方的机组供电造成干扰。此外，为了更好地保障热工机组的稳定运行，增强其安全性能，降低系统的能耗损失，相关技术人员在机组仪表装置上进行了更新，应用数字仪表装置取代了组装仪表，使仪表装置更加精准，大大降低了常见故障的发生频率。与此同时，应用协调控制系统能够更加便捷地观察热工保护系统的运行情况，根据实际需求进行参数调整。

4.6 热工优化控制在锅炉能耗控制中的应用

排烟热损失是降低锅炉运行效率的关键，通过借助热工控制系统，能够在一定程度上控制锅炉排烟的温度及排烟氧量，降低热损失。同时，热工控制系统能够优化汽轮机调门运行，降低系统故障产生的节流损失，从而提高系统运行效率。由此可知，在锅炉能耗中借助热工优化控制，可以很大程度使锅炉能耗降低，促进火电厂节能发展。

4.7 热工优化控制在系统预警中的应用

热工优化控制系统还具备预警功能，机组设备运行期间如果机身温度超过既定标准值，系统中的温感元件会自动接收温度异常预警指令，将相关异常数据上传至控制系统平台，平台将数据实施转化之后将预警信息传递到相关控制部门，在最短时间内实现温度控制，避免后续温度持续上升引发火灾。为优化火电厂生产安全等级，避免不必要的安全事故，技术管理人员应根据火电厂中火灾风险等级相对较高的区域对信号数据的传输特异属性进行分析，科学设定预警阈值，高风险周边应该设定有效事故预防措施，与其他设备机组隔离开来，确保热工控制系统持续运行工作。预警功能设备故障可以在短时间内解决或者修复完毕，在造成更大损失之前将危机消除，大大提升机组故障的检修效率，缩短故障排除时间，节省后续维护和检修费用，大概率避免系统机组运行故障，节省后续运维费用和相关资源，实现节能减排目标。

5 结束语

综上所述，火电厂运行发展中要消耗大量的能源，其中能源损失现象严重，不利于火电厂可持续发展，也难以实现节能减排的目标。因此，为了提高燃煤效率，提高发电机组的生产效率，要充分借助信息技术、计算机及控制技术和相关设备，提高系统运行的自动化和智能化，在发挥现代技术优势的同时，进一步解决火电厂当前存在的能耗问题，通过热工优化控制，提高各部分的运行质量，降低热损失，加快火电厂节能发展。