摘要：近年来，随着社会经济的飞速发展，对于电能的需求也不断提高，电力工业进入了一个高速发展的阶段。在这样的背景下，火电机组的运行与管理对自动化技术的要求日益提高，热工自动化技术凭借着安全性、可靠性、经济性等方面的优势成为了未来火电机组发展的重要方向，而火电厂作为节能减排的重点对象，在热工自动化设计中同样应注意节能减排问题。文章针对火电厂热工自动化设计中节能减排分析进行了详细的阐述。
关键词：火电厂；热工自动化设计；节能减排；分析
1我国火电厂热工自动化系统发展情况
1.1火电厂热工自动化的主要系统
第一，数据采集处理信息系统。火电厂数据采集信息系统主要负责收集火电厂机组运行后的相关参数及设备状态的检测数据，在收集到火电厂产品的性能指标后，全面筛查，为火电厂机组操作人员提供更加高效的数据信息，从而达到提升火电厂数据采集信息准确性的目的。第二，调节系统。调节系统主要是实现主汽温度调节、引风量调节等功能，火电厂调节系统也是人工自动化技术的关键核心。第三，火电厂顺序控制系统。这一控制系统是负责所有火电厂辅机和设备启停顺序的控制。根据火电厂机组运行的实际状态，实时转换电厂设备的真实启停状态，进而保证机组运行的安全性。在现阶段的火电厂热工自动化系统中，火电厂变频器的使用范围逐渐扩大。在热工自动化设计中，设计人员要根据火电厂的实际网络运行状况，创建较为先进的通信网络系统，实现电厂各个区域信息之间的有效传输。在信息传输过程中，通信网络系统分为低速通信、中速通信和高速通信三个层面。
1.2火电厂热工自动化系统特点分析
火电厂热工自动化系统采用多层体系结构，不同层级的操作对象与功能模块存在差别，因此也拥有独立的软件系统。高层级热工自动化系统的控制软件包与操作显示软件包能够从自动控制的角度出发，对底层与中间层的软件系统进行综合管理，并形成以数据处理为中心的管理系统。而分散过程控制级的软件包则主要面向用户提供各类过程控制功能，通过数据采集预处理、控制算法、常用公式计算、控制输出等模块实现火电机组的自动化控制；由于软件平台与硬件配置的差异，控制级软件包的编程语言包括图形化编程、文本化语言、面向问题的语言、通用的高级语言等多种不同类型。
与其他控制系统相比，热工自动化系统主要具有以下几个特点：一是硬件积木化，热工自动化系统采用积木化硬件组装式结构，功能模块的选择是通过在系统中增加或拆除单元模块来实现，而对系统的完整性不会造成影响；二是软件模块化，热工自动化系统为用户提供了大量软件模块，从而极大得减少了软件开发的工作量；三是通信网络的通用性，建立多台计算机互相连接的通信网络，通过高速数据传输通道实现协调沟通、资源共享的目的；四是整体性能的可靠性较高，引入冗余技术、自诊断功能、抗干扰措施、高性能系统组件来提升自动化控制效率。
1.3热工自动化系统的发展现状
火电厂热工自动化技术的发展主要经历了四个阶段，从就地控制发展到集中控制阶段，再到计算机控制阶段，最终形成了当前广泛使用的分散型系统。分散型系统主要由冗余网、交换设备、操作员站、工程师站、历史站、控制器等部分组成，具有分散控制、集中管理、管控一体化等特点，能够处理复杂的生产过程，并能够胜任不同任务的操控要求。随着自动化技术的发展，热工自动化系统也趋于成熟，主控与副控一体化将成为热工自动化系统的发展趋势，并将加快信息化建设，由计算机数字化控制单元、厂级实时监控系统、厂级信息管理系统组成数字化网络通信系统，从而推动火电厂发电成本的不断降低。另外，火电厂为了适应低碳经济时代的发展要求，热工自动化系统的节能减排将成为未来发展的重要方向，智能化控制技术也将在热工自动化系统中得到广泛应用。
2提升各类节能减排技术的可靠性
2.1点火安全性
等离子与微油点火凭借其显著的环保效益得到了广泛的应用。但在低负荷条件或冷炉点火过程中，因煤粉无法快速燃烬，致使炉膛烟温快速上升，带来高温和超温隐患。此外，如果点火偏向于一侧，还会造成锅炉内受热膨胀不均匀等问题。对于以上问题，一方面需要在设计过程中着重强化对于风速、风粉及煤粉的控制；另一方面需加大力度研发更为安全、可靠的危险物检测装置，以切实满足检测方面的需求。
2.2联合脱硫与单元机组控制
火力发电厂常使用烟气石灰石湿法进行脱硫，配以独立控制单元，虽然其硬件与DCS可在一定情况下保持一致，但并不会影响系统的保护与联动功能。伴随环保要求日益严格，现阶段已提出了基建工程脱硫需要与发电机组实现同步投产的要求，而且还要求逐步取消传统的GGH系统，以降低安装增压风机方面的投入。基于此，对脱硫系统而言，其通道控制与锅炉控制必将形成一个整体，在发电机组DCS当中融入脱硫控制已是必然趋势。引风机与增压风机合二为一，此后引风机的功率将明显增大，严重影响电气设备方面的造价，对此应密切关注改用汽动驱动式风机的可行性。除此之外，还需注重GGH系统在改用水-气交换模式之后的控制方法改变。
2.3主蒸汽流量的获取
现今大容量机组的主蒸汽流量测量，基本上都采用汽轮机调节级后压力或压力级组前后压力加温度修正的间接换算法，该方法源于汽轮机理论中著名的弗留格尔（FLUGEL）公式。在实际使用中只要针对限制公式使用条件的影响因素，例如再热器喷水、对外供汽等作一定的修正，其计算值将具有一定3.3研究大型辅机采用变频控制的技术规范变频器应用在负荷频繁调节或周期性大幅度变化的转动机械上具有显著的节能功效，因此在电厂中也越来越多地得到采用，但变频器尤其是高压变频器的设备投资费用较大，还要考虑设置变频器专用的房间，安装设计中要考虑防止其高次谐波对周围信号干扰的措施。因此，电厂中哪些辅机最适宜采用变频控制应有深入的可行性分析，最好编制行业性的推荐意见和技术规范。那些基本以额定负荷运行、转速调节范围不大的辅机宜作技术经济比较后再予确定，应慎选变频。采用变频方式，设计中除了选定变频器电压等级外，还应按照辅机类型、负荷变化特点、调速范围、负载转矩特性等选定变频器的控制方式。
3优化热力系统运行经济性
3.1建立机组经济指标评价体系
通过对系统运行状态的统计及分析，建立能够表示发电机组各方面热力性能的数学模型。在使用过程中，利用信号采集装置对系统的运行状态进行检测，导入数学模型计算机组的性能。从而可以绘制机组状态与能耗相关的关系曲线，利用这一曲线，建立评价发电机组经济指标的完整体系。完整的评价体系分为三级：一级评价包括煤炭消耗量和工厂用电用油的消耗；二级评价主要是针对工厂内主要设备，比如锅炉的效率和汽轮机的热量损耗等；三级评价主要是针对一些辅助设备的检测评价。建立好完整的评价系统只是第一步，重要的是进行对每一级评价相关的每一个技术指标都规定相关的负责人进行监督管理。利用SIS平台对系统的运行状况进行系统指导，同时可以很简单快捷的校正降低运行状态检测量的偏差，实现对各项指标的合理控制，确保系统运行的经济合理性。
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3.2选用合适的优化软件
目前比较先进的软件算法有很多种，比如遗传算法、非线性协调算法、数学模糊算法等。在一些电厂进行试验性使用的情况下，可以有效对系统的控制回路的特性进行调节。很大程度上提升发电机组的发电效率，同时有效降低火力发电过程中对煤炭的使用量，而且可以降低发电过程中排放的污染物质。在使用过程中，整体的调节速度可以达到未经过优化的调节速度的两倍，同时最大值与稳定值之间的偏差不足传统模式的1/3。
3.3对机组负荷进行经济合理的分配
以前火电厂与国家电网属于一个系统，整体一起运营。对电厂机组负荷进行控制的设计主要是采用AGC的方式，这种方式采用硬接线把电厂控制终端与机组终端一对一连接。只能保证电网安全和单个机组负荷的一种平衡，无法对各个机组负荷的分配进行更加经济合理的设计。新的阶段国家对电力系统进行改革，将发电厂和国家电网进行拆分改革。在国家电网发出调度指令的时候不再是针对单独的某一个发电机组，而是针对某个定向的发电厂。这样电厂可以对内部的各个机组的负荷进行更加经济合理的分配，保障整个发电厂运行的经济合理。
4强化热力设备安全性控制
4.1强化设备状态监测和故障诊断
在厂级监控信息系统（SIS）中配置设备状态监测和故障诊断功能模块，并且在机组投入生产时要求配合投用，发挥效能。在设计阶段就应配合增设必要的监测点，例如一些辅机轴承振动监测等，以不牺牲设备安全、经济运行为原则，在保证安全基础上延长机组检修间隔，改变固有的计划检修模式。同样以200MW机组为例，如果把机组每年一次的小修延长至一年半至两年，就可以有效地降低检修费用1/3～1/2，从而降低营运成本，按200MW机组计算年节省费用可达200～300万元。
4.2安全运行是实现节能减排的前提
在机组连锁保护逻辑设计中，除基本的紧急保护外，还应进一步完善诸如超驰控制、辅机故障自动减负荷（RunBack）、FSSS保护、BT保护等的逻辑设计，以使机组适应各种可能出现的异常情况，尽量避免或减少故障停机，确保机组长周期运行。例如，在超驰逻辑中设置对闭环回路发散的参数监测，一旦条件因素成立，将能越权处理系统故障，使系统调节品质不再继续变坏。
保证热力设备长周期安全运行是节能减排的基本体现，以200MW机组为例，若发生一次故障停机，平均停机时间按8h计算，从重新点火到带100MW负荷耗时以4h计，则少发电约220万kW·h，消耗燃油10t左右，损失很大。
5节能减排的相关措施
5.1优化系统经济运行
在对火电厂热工自动化系统进行软件设计的同时，相关的技术人员一定要对软件的实用性能进行评价、审查以及试运行。对软件进行评价之后可以选择多种操作办法对软件进行运算，这样可以从不同的方面对软件进行检测。设计同时还要对火电厂机组的经济指标不断完善，通过对指标的分析查看机械设备的运行性能。工作人员还要对接口设备进行全面的检查，有效地控制自动发电装置，通过数据反映出来，再对数据进行整理分析，这样可以更加全面的了解软件的运行情况，提高整体的工作效率。
5.2提升节能减排技术的整体效能
火电厂节能减排是一项复杂的系统工程，设计人员要广泛吸收借鉴其他行业的新技术，实施清洁生产的全新发展战略。本着“节能、降耗、减污、增效”的原则，对火电厂新建、改建和扩建项目的原料使用、资源消耗、资源综合利用、污染物产生和处置进行分析和论证，降低生产成本，达到节能减排和环境保护的要求，提高企业的综合效益。
5.3加快节能减排检测仪表的创新
对于加强节能减排检测仪表的应用创新，工作人员需要做的有以下几点：第一，测温元件的广泛应用。第二，脱硫、脱硝系统检测的可靠性。第三，大型煤场的安全监测仪表。第四，设备防冻的监测。第五，锅炉温度的检测仪表。
5.4强化电力设备的安全指标
火电厂一定要加强机组和设备的正常运行，这样才能保证节能减排工作的顺利进行。若因为设备的问题造成机组非停，可能对设备、电网造成损害，重新启动点火也会浪费很多能源，所以火电厂一定要注意企业机械设备的质量与故障出现频率的问题，这样可以减少设备原因造成的损失，保证火电厂的正常运营。同时电厂的工作人员还要加强对机械设备的维护与保养，制定控非停措施和方案。在对电厂的热工自动化系统进行设计的时候，一定要加强机械设备的点检，增加检查的位置和频次，不能仅依靠老旧的维修管理模式。根据火电厂的日常运行状态，随时监测其数据的具体情况，根据数据的监测结果对设备是否正常做出判断，发现问题尽快解决，防止问题的扩大化，减少火电厂的损失，提高整体的工作效率。
5.5重视隐性节能降耗因素
结合热力循环理论分析可知，汽轮机在额定负荷运转工作时，定压能够实现经济性，通过对火力发电厂生产实践进行总结，得出汽轮机组在靠近额定较高负荷时，定压能够促进其更好运行。对定压参数做出合理选择能促进汽轮机组高效率运行。要在汽轮机运行中选用不同参数进行对比应用，最后确定最合理的参数，也就是经济性最高的运行曲线，保证汽轮机优化运行。在对汽轮机的优化运行实验环节中，要在不同负荷下进行。为获得最优运行方式，就要对汽轮机定压参数进行对比选择，对不同滑压参数也进行选取，就要在不同主蒸汽参数下选择，最后确定在全负荷范围内的运行方式。
结束语
通过以上情况的分析与描述，我们可以清楚地发现，火力发电的各个部分节能减排的重大任务，火力发电厂热工自动化控制系统节能减排目标的实现需要各个方面的紧密联系以及密切配合。此篇论文分别从自动控制系统进行优化设计以及新型节能减排技术应用两个角度进行分析探讨，并给出相应节能减排措施。事实上，提升火力发电厂热工自动化设计以及积极使用新型节能环保技术对于火力发电厂实现节能减排的目标具有重要意义。简而言之，伴随着中国经济的高速发展，社会对于用电量的需求必然增加。与此同时，人们对于绿水青山的需求也比以往任何时候都更加迫切。对于火力发电厂而言，热工自动化设计是节能减排目标的重要方向，需要重点把握。
参考文献：
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论文作者:王峰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第7期
论文发表时间:2018/6/25
标签：火电厂论文; 机组论文; 热工论文; 节能论文; 系统论文; 自动化系统论文; 负荷论文; 《电力设备》2018年第7期论文;