热工自动控制在火电厂节能减排中的作用

刘延文

（烟台龙源电力技术股份有限公司，山东烟台 264006）

0 引言

随着国民经济的发展，能源问题逐渐凸显，节能减排的重要性越来越突出。火电厂的节能减排工作迫在眉睫，通过机组的DEH（Digital Electro-Hydraulic control system，汽轮机电液控制）系统阀门控制方式的优化、自动气温系统的升级和电厂煤量计量方式的优化等方面对火电厂节能减排提出改进思路。水位调节、主要热工参数节能指标计算精度及辅助逆变器控制、脱硫脱硝动态调整因素等对煤耗单元的影响较大，也会对火电厂的耗煤量产生影响，通过优化控制参数和精确测量，降低火电厂耗煤量，为环境生态保护贡献力量。

1 火电厂热工自动控制系统的组成

1.1 分散控制系统

分散控制系统又称DCS（Distributed Control System）系统，是热力自动控制系统的重要组成部分之一：①控制系统的功能是分散的，通过分散控制系统的功能，分散整个系统的风险因素；②受控生产设备是分散的，为了避免生产设备的过度集中而在空间上分散布置的。

通过该系统的应用，以控制室计算机为基础，构建了集操作于一体的分散控制与管理系统。在分布式控制系统中，应用了多种先进技术，主要包括通信技术、控制技术和微机技术等。随着各种先进技术的应用，分散控制系统具有运行管理、过程控制、生产管理和控制管理等功能，各功能既相互关联又相互独立。

1.2 辅助控制系统

在热工自动控制中，辅助控制系统也是重要的组成部分之一，保证机组能够始终在正常工况下运行，进而提高机组运行的稳定性和安全性。辅助控制系统由多个系统组成，不同的系统具有不同的辅助功能，主要包括输送系统、凝结水精处理系统、除渣除灰系统、循环水处理系统和工业废水处理系统，可以确保机组的正常运行。自动化辅助系统减少了劳动量，降低了员工的工作压力，体现了自动化技术的优势，有效降低火电厂的生产成本，提高了火电厂的运行效率和经济效益。

1.3 自动控制系统

自动控制系统实时监测外部环境的变化，根据变化及时调整发电机组的运行参数。例如，调整机组的蒸汽流量，尽量减少外部环境对机组运行的影响，确保机组稳定运行。自动控制系统具有数字通信和交流采样功能，还可以集成其他管理系统，如SIS（Supervisory Information System，厂级监控信息系统）和MIS（Management Information System，管理信息系统），大大提高火电厂运行的自动化水平，实现火电厂运行的自动控制，有利于提高火电厂的运行质量和运行效率。

1.4 自动保护系统

自动保护系统的可以有效保护机组运行的安全，降低安全事故的发生概率。自动保护系统可监控机组的运行状态，一旦热力参数异常或机组工作状态异常，自动保护系统可自动切断设备电源，强制机组停机，避免机组发生安全事故，最大限度地降低风险因素，提高机组运行的安全系数。自动保护系统按保护形式可分为汽轮机自动保护系统、锅炉自动保护系统和辅助设备自动保护系统：汽轮机自动保护系统的主要功能是超速保护和低油压保护，锅炉自动保护系统的功能主要体现在汽包水位保护和炉膛灭火，辅助设备自动保护系统的功能主要体现在对相关辅助设备的保护上。

2 影响机组煤耗的因素分析

2.1 锅炉能耗指标分析

锅炉能耗的关键指标是锅炉效率，废热损失、不完全燃烧损失和散热损失是影响锅炉效率的重要因素。锅炉效率受到影响后，锅炉能耗指标参数会发生变化，包括排气温度、含碳量、飞灰含氧量、漏风率等。

2.2 汽轮机能耗指标分析

汽轮机效率是汽轮机最重要的能耗指标，热端效率、冷端效率、流动效率和热回收效率是影响汽轮机效率的主要因素。汽轮机能耗指标还包括蒸汽参数、汽缸效率、真空度、再热系统等。

如果汽轮机机组采用的煤质量较差，汽轮机会承受更大的压力波动，这将直接导致汽轮机的承载能力，致使机组滑压，而汽轮机在滑压状态下运行，需要将主蒸汽压力设置为小于理论滑压的值，虽然对汽轮机的机组性能影响不大，但会导致耗煤量的增加。

采用热控系统可以有效调节汽轮机机组运行压力状态，达到节能减排的作用。以660 MW 机组为例，当机组所用主蒸汽压力变化大于1 MPa 时，煤耗变化0.33 g（/kW·h）。此时可通过自动热控自动调整主汽压力，并可根据机组实际运行情况不断修改和调整主汽压力。可以通过控制汽轮机的阀开度，降低电煤消耗。

2.3 发电厂用电指标分析

发电厂运行系统中，耗电量大的传统环节集中在给水泵、凝结水泵、脱硫循环泵等机械设备；发电工艺流程经过优化提升后，目前发电机组主要耗能环节集中在送风机、引风机与磨煤机等设备。发电厂运行系统的电力消耗水平直接决定发电厂的用电指标，间接影响煤炭消耗数量。

3 自动控制对机组煤耗的影响分析

一般认为，降低机组煤耗主要基于锅炉和蒸汽机的控制，而热控制在节能减排中的作用往往被忽视。事实上，通过优化控制和精确测量参数，热控制有助于节能减排。机组热控制对机组运行煤耗有很大的影响，如DEH 系统的阀门控制方式，蒸汽压力和滑动压力自动运行，蒸汽温度自动系统，电厂煤、热水水位控制，主要参数辅助变频控制，节能指标计算精度，脱硫脱硝系统参数调整，等。

3.1 DEH 系统阀门控制方式对机组煤耗的影响

根据实际经验和资料，DEH 系统的阀门控制方式对于机组耗煤量有一定影响，如果根据阀门流量曲线对阀门开启顺序进行优化，可以降低机组耗煤量。为此首先对阀门控制方式和阀门流量的关系进行试验，总结阀门流量特性，然后根据试验结果改善控制单元，计算出实际的汽轮机阀流动特性，合理修改阀的流动特性和功能。为了降低供电煤耗，通过优化阀门开启顺序和阀门流量曲线，可以使阀门流量更接近实际负荷，优化控制单元，减少节流损失，提高负荷控制精度。

对汽轮机顺序阀不同调节方式对应的不同流量进行测试，得出准确结论，总结顺序阀的流量特性。根据阀的流量特性，试验阀门配气方式经过优化后可以在低负荷的情况下降低煤耗3～5 g（/kW·h）。只有阀门的流量与反映机组的负荷需求基本相符的情况下才能有效控制煤耗，当优化阀门流量特性时，可以通过改变阀门开启顺序来得出阀门流量曲线。此时阀门采用热自动控制，实现阀门的自动控制。

阀门的开启顺序可根据机组的需要进行调整。

（1）优化和改善电流控制模式，使用热自动控制技术来调整汽轮机阀的开放顺序，测试阀门的流动特性，记录流量特性数据。计算实际的阀门流量特性值，根据DEH 系统配置设计阀门流量特性功能，调整流量特性功能参数，保证机组负荷控制的准确性，提高机组节能效果。

（2）调整机组控制阀，改变汽机部件的具体模式，优化阀门的流量特性。先打开该阀的2 个调节阀，然后继续打开另外2 个调节阀，以保证轴系的热平衡。阀门的流量特性参数计算后，找到最优参数减少煤炭消耗。

通过阀门的控制单元，热电厂可在更高的经济效益前提下确保安全性和可靠性。

3.2 汽温对机组煤耗的影响

机组运行负荷虽然较低，但煤质变化也会引起主汽温波动较大，如果主汽温过高，会影响机组的安全运行和节能减排计划。以660 MW 机组为例，当主汽温变化大于10 ℃时，机组额外消耗1.05 g（/kW·h）；再热汽温继续上升10 ℃，煤耗继续上升0.8 g（/kW·h）。如果采用自动热控技术，可根据锅炉的燃烧特性自动控制汽温，并可不断调整汽温参数。当主汽温稳定时，可逐步提高主汽温设定值，660 MW 机组主汽温每变化4 ℃，可有效降低煤炭消耗0.4 g（/kW·h）。但在实际运行当中，再热蒸汽的温度一直难以调节，主要原因是燃烧器难以自动调节。660 MW 超超临界机组对自动供水进行了优化，使中间点温度稳定，主汽温度稳定，实现了节能。当中间点温度变化1 ℃时，主蒸汽温度变化5～10 ℃；主汽温每10 ℃变化一次，会影响1.05 g（/kW·h）机组的煤耗。

3.3 电厂入炉煤计量对机组煤耗的影响

炉煤计量数据采集的准确性会影响机组煤耗量的计算。为了节约成本，很多电厂都不安装炉煤计量装置和校准装置，大多采用链码电子皮带秤进行计量和校准。皮带秤的精度受安装水平度、皮带角度等因素的影响，很难跟踪测量偏差。定期与轨道衡进行比对，偏差可控制在1%以内，一些工厂可以将偏差限制在0.5%以下。

3.4 辅机变频改造对供电煤耗的影响

采用辅机变频手段优化运行设备，可以降低供电耗煤量，例如一次风机、凝结水泵、引风机等高压辅助设备改造可节电近30%。通过修改和优化辅助控制设备可显著节约用电，如对低压辅机及周边设备的优化改造。

3.5 热工主要参数对煤耗的影响

数据的准确性对于能耗计算结果的精确度有很大影响，要确保采集数据的准确性。在机组日常运营中，工作人员需要对与锅炉效率相关的组件进行维护，从节能减排的角度出发，对锅炉效率的主要热力参数和节能指标进行校核、维护，以确保机组负荷、主蒸汽压力、主蒸汽温度等数据测量的精准性。

4 结语

运行机组节能减排是火电厂节能减排的首要任务，火电厂的节能减排不仅是降低锅炉和汽轮机的能耗，需要优化DEH系统的阀门控制方式，实现蒸汽压力和滑动压力的自动控制，自动调节和自动调节蒸汽温度、脱硫脱硝系统，准确测量煤质。因此主要热力参数和节能指标的计算，有助于火力发电厂的节能减排。

火电厂在发电的过程中消耗大量的煤炭资源并释放废气，火电厂的运行控制需要热工自动化更新锅炉运行过程，提高机组的运行技术水平。在建立一个完整的阀门控制系统的情况下，减少人为因素造成的高能源消耗，不仅能保证火力发电厂的正常生产，而且促进火电厂的能源消耗的控制，达到节能减排的效果，使火电厂适应市场发展的新形势。