高效能源利用下的火力发电机组集控运行系统性能优化研究

汪海洋

（中煤华晋集团有限公司晋城热电分公司，山西晋城 048000）

0 引言

随着能源供给结构的不断优化调整，高效能源利用已经成为当前能源领域的重要发展方向。因此，火力发电机组集控运行系统性能优化的研究，将有助于提高火力发电的能源利用效率，减少环境污染的影响，同时也符合中国能源可持续发展的战略要求。

1 火力发电机组集控运行系统缺陷

1.1 蒸汽压力系统的控制问题

在火力发电机组集控运行系统中，蒸汽压力系统的控制问题尤为关键且具有重大影响[1]。蒸汽压力直接关系到发电机组的运行效率及安全性，其重要性不容忽视。若蒸汽压力不稳定，可能会对整个发电机组的运行产生不利影响。

1.2 汽温过热系统的控制问题

汽温过热不仅会影响发电机组的运行效率，还可能导致设备的损坏和安全事故的发生。汽温过热的原因可能包括燃烧过程的不充分、冷却系统的失效、热交换器的堵塞等。在集控运行系统中，如果不能对这些因素进行及时、有效的监控和调节，就可能导致汽温过热问题的出现。

1.3 控制汽温再热系统方面的问题

汽温过热问题的出现，还可能对发电机组的寿命产生负面影响。过高的温度会使设备的材料老化加速，从而缩短其使用寿命。此外，过热还可能引起设备的热应力增加，这有可能导致设备的变形甚至破裂，进而影响到整个发电机组的稳定运行。

2 系统优化对策

2.1 蒸汽压力系统控制优化

引入负荷管理控制中心（Load Manage Control Center，LMCC），实时监测蒸汽压力的变化，并根据实际情况进行自动调节，确保蒸汽压力的稳定[2]。主要任务是确定运行方式、接收和处理负荷指令，与机炉主控制器组成机炉主控制系统，成为单元机组协调控制系统（CCS）的核心。加强对蒸汽发生器和相关设备的维护，定期检查、清洗和更换损坏的部件，以确保其正常运行。建立蒸汽压力异常预警机制，当蒸汽压力超出正常范围时，及时触发警报并采取紧急措施，防止事故发生。蒸汽压力实时监测与自动调节如表1所示。

表1 蒸汽压力实时监测与自动调节

蒸汽压力的实时监测和自动调节得到了显著改进。LMCC根据蒸汽压力的变化情况，发送相应的控制指令，通过调节负荷来保持蒸汽压力的稳定。在08：00—10：00的时间段内，LMCC成功地将蒸汽压力维持在正常范围内，通过及时调整负荷指令，使得蒸汽压力在10.0～10.3 MPa波动。当蒸汽压力超出正常范围时，LMCC及时触发了高压预警，并启动了紧急降压程序。例如，在09：00时，蒸汽压力达到10.3 MPa，超过了正常范围，LMCC立即发出降低负荷至80%的指令，并在5 min内成功将蒸汽压力调节回正常范围。随后，LMCC继续发送保持负荷稳定的指令，并通过调节阀门开度来进一步稳定蒸汽压力。这表明LMCC具备快速响应和处理异常情况的能力，有效防止了潜在事故的发生。

2.2 汽温过热系统控制优化

火力发电机组强化燃烧过程的监控，确保燃料的充分燃烧，减少热损失和排放。定期检查和维护冷却系统，确保其正常运行，防止因冷却系统故障导致的汽温过热[3]。安装热交换器清洗装置，定期清洗热交换器，防止堵塞引起的汽温过热。采用火力发电厂自动调节系统，实时监测汽温变化，并根据预设阈值进行自动调节，保持汽温在合理范围内。火力发电厂自动调节系统如图1所示。

图1 火力发电厂自动调节系统

锅炉调节任务与温度调节系统投入数据如表2所示。

表2 锅炉调节任务与温度调节系统投入数据

2.3 控制汽温再热系统优化

采用耐高温材料——9Cr-1Mo-V钢提高设备的耐高温性能，延长使用寿命[4]。加强设备的热应力监测，及时发现并处理可能存在的热应力集中问题，防止设备变形或破裂。引入先进的再热控制系统，根据发电机组的实际运行情况，自动调节再热蒸汽的温度和压力，确保发电机组的稳定运行[5]。耐高温材料9Cr-1Mo-V钢引入再热控制系统后的应用情况如表3所示。

表3 耐高温材料9Cr-1Mo-V钢引入再热控制系统后的应用情况

统计数据显示出发电机组的稳定运行时间得到了显著延长。在为期1个月的统计周期内，发电机组平均有98.5%的时间处于稳定运行状态，这充分证明了引入再热控制系统和采用耐高温材料等措施的有效性和实际效益。

3 性能优化的关键技术

3.1 数据分析与预测优化

数据分析方面，利用先进的数据挖掘和机器学习算法，对火力发电机组运行过程中的各种参数进行分析和建模。通过对数据的处理和分析，可以发现潜在的问题和异常情况，并及时采取措施进行调整和优化。同时，通过对历史数据的回顾和对比，可以总结出运行的经验和规律，为未来的预测和优化提供指导。

预测优化方面，利用数据分析得到的模型和规律，结合实时数据，可以进行系统的预测和优化。通过对未来负荷、燃料消耗等指标的预测，可以合理安排机组的运行策略，提前做好调度和准备。同时，根据预测结果，可以进行参数的优化调整，提高发电效率和能源利用率，降低运行成本。

3.2 自动化控制与调度优化

自动化控制方面，通过建立先进的控制系统，实现对火力发电机组各个部分的自动控制。通过对关键参数的实时监测和反馈，控制系统可以自动调整机组的运行状态，保持系统的稳定性和安全性。同时，自动化控制系统可以根据外部环境和负荷变化，自动调整机组的运行策略，提高发电效率和响应速度。

调度优化方面，通过引入优化算法和调度模型，对机组的调度进行优化。通过对负荷需求、燃料成本、环境排放等因素的综合考虑，可以确定最佳的机组组合和运行策略。同时，调度优化可以考虑机组的维护计划和停机安排，最大程度地提高机组的利用率和经济效益。

3.3 能源管理与效率优化

能源管理方面，通过建立能源监测系统和能源管理平台，实时监测和管理机组的能源消耗。通过对能源数据的收集和分析，可以发现能源的浪费和损耗，提出相应的节能措施和改进方案。同时，能源管理还包括对燃料的选择和采购以及对废弃物的处理和回收利用，实现资源的最大化利用。

效率优化方面，通过对火力发电机组的运行参数和工艺流程进行优化，提高发电效率和能源利用效率。通过优化燃烧过程、提高锅炉效率、减少传输损失等手段，可以降低能源消耗，提高发电量和效益。同时，还可以采用先进的发电技术和设备，提高系统的整体效率和可靠性，保证系统运行稳定。

4 结束语

综上所述，本研究为火力发电机组集控运行系统提供了一套行之有效的性能优化方案。这不仅有助于提高能源利用效率，增强系统运行稳定性，还进一步保障了系统的安全性。这些研究成果为相关领域的工程应用提供了有力的技术支撑和参考，有望推动火力发电行业走向更为绿色、高效的未来。