新建火电工程热工控制系统设计优化及应用

新建火电工程热工控制系统设计优化及应用

陈京

（国网能源和丰煤电有限公司新疆塔城地区834411）

摘要：随着单元机组装机容量的不断扩大和国家对电源建设项目环保方面要求的不断提高，火力发电厂热工控制系统变得越来越复杂和庞大。同时，自动控制领域的技术日新月异，可供火电建设项目采用的新器件、新系统和新方法越来越多。在上述背景下，对火电建设项目热工控制系统进行合理的前期规划，建设过程中加强对技术规范书和施工图纸的审核工作，积极推行典型化设计方法，有效控制设计变更，就能保证机组建设工作平稳有序地向前推进以及机组投产后的安全、稳定、经济运行。

关键词：新建火电工程；热工控制；系统；特点：应用；分析

引言：当前，我国面临着及其严峻的能源危机，制约了我国经济的快速发展，所以我们要挖掘潜力进行节能降耗工作，因为节能降耗不仅可以提高企业的经济效益，同时也对环境减少了污染，保护不可再生资源，具有重要的理论和现实意义。对于各火电厂而言，如何在日常的生产运营中切实推进节能降耗工作，关系到企业在未来的市场竞争中能否站稳脚跟，并脱颖而出。供电煤耗作为一种能够反映火电厂节能降耗成效的综合指标，它一般受多种因素影响，例如锅炉、汽轮机及其附属设备与系统的各类能耗指标等。而热工自动控制能为火电厂的节能降耗作出较大的贡献，进而为电厂创造很大的效益，对促进电厂的节能环保有着十分重要的意义。

1.浅析火电机组的使用给环境带来的压力

火力发电是一种供电模式，燃烧煤炭、石油等化石燃料将化学能转化为热能，其中产生的蒸汽可以推动机器运转，在此过程中，又将热能转化为机械能，最终为机械等重工业生产提供动力。重工业在我国经济发展中占据重要地位，而工业资料的产出由火电机组带动。再加上居民生产生活等用电的输出，火电机组无形之中给环境带来了巨大的压力。火电机组虽然带来了很大便利，但是其对环境带来的不良影响也是不能忽略的。首先是粉尘污染，尤其是一些直径非常小的颗粒性粉尘，容易随着人们呼吸而直接进入呼吸道，从而引发一系列的呼吸道疾病。其次是二氧化硫、二氧化氮等有毒气体污染，由于煤炭等化石燃料的不完全燃烧还会产生的温室气体，如二氧化碳，其在加剧全球气候变暖中，占据极大部分比重。废水污染也是一个重要方面，一些供电企业没有完善的排污系统，将未经处理的工业废水肆意排放，导致土壤、水源等受到严重污染，有些甚至是毁灭性的。以上种种包括水污染、大气污染、土壤污染等都是火电机组的使用给环境带来的压力，因此我们需要从火电机组工作原理的角度考虑，如何从根本上减少能耗，减轻对环境的压力。而接下来将要介绍的热工自动控制系统将为火电机组的发展提供了新的思路。

2.电厂热工自动控制的特点

电工自动控制对于电厂运行有着多方面的意义，其不仅能保证基本的设备运行要求，还能实现现代化的控制操作。对于传统的电厂热工自动控制方式来说，现代化的热工控制呈现了多元化特点，这些都是电厂管理人员必须要积极重视的问题。其特点主要集中表现在多个方面：

2.1安全性

市场经济的发展促进了电力行业进步更新，这些对于热工自动化发展创造了有利条件。而在热工控制技术改进之后，火电厂的安全作业状况逐渐趋于稳定局势。这是由于现代化自动控制降低了人工作业的难度，减少了机组运行的故障，维持了设备的稳定性。

2.2经济性

从设计阶段开始，技术人员对于热工自动化控制就进行了全面的改进调整，这使得热工自动控制系统及其相关的设备性能综合发挥。高性能必然带动高效率，使得电厂能朝着“安全可靠、经济适用、符合国情”的状况发展，这些都给电厂创造了无数的经济价值。

2.3技术性

科学技术是第一生产力，电力行业作为社会市场经济中的重要构成，对于社会电力技术的发展有着推动作用。热工自动控制系统的设施本质上就是电力行业技术的各项，在构建系统时不仅运用了先进的电力技术，也融合了不同的电力设备，对电厂产生了无可取代的作用。

2.4先进性

电厂热工自动化的先进性体现在多个方面，首先，产品的先进性，很多国外电力产品流入中国，尤其是成套引进的热工自动化系统更加普遍；其次，技术的先进性，从未来电力发展趋势看，大量国外热工自动化技术被引进国内，促进了同类行业的进步。

3.分析机组煤耗影响因素

3.1锅炉能耗指标

分析锅炉的实际能耗，一般将锅炉效率视作其能耗指标，其中，排烟热损失、化学不完全燃烧热损失、机械不完全燃烧热损失、散热损失、灰渣物理热损失等都是关键因素，主要受包括排烟温度、飞灰含碳质量分数、烟气含氧质量分数、漏风率等参数影响。各项热损失中最大的一项是排烟热损失，它对锅炉效率影响的效果以排烟温度、排烟氧量为重要指标。目前的考察结果显示机组对它的影响最大。锅炉的热能主要由不完全燃烧造成损失，造成锅炉热损失的不完全燃烧热损失包括化学和机械不完全燃烧热损失，燃料性质和氧的质量分数等因素影响化学不完全燃烧热损失。飞灰可燃物的质量分数影响机械不完全燃烧热损失。

3.2汽轮机组能耗指标分析

汽轮机组能耗指标反映了汽轮机组效率对火电机组能耗的影响。汽轮机组能耗指标的主要影响参数包括、再热器温度、真空度、给水温度、机组补水率、再热减温水量、汽缸效率以及回热加热系统参数等。其中主汽参数的变化对汽轮机组效率的影响较明显，包括主汽压力和主汽温度。

3.3其它能耗指标

其它能耗指标主要是指厂用电指标，它的影响因素是系统内其他各类设备的能耗中最重要的参数是厂用电率，但是它对发电煤耗并没有影响，它直接影响火电厂的供电煤耗的高低，表现为厂用电率越大，供电煤耗越大。厂用电率主要从引风机、送风机、一次风机等主要产生。可想而知实际工作中，通过降低辅机的耗电，可以降低厂用电率，进而使供电煤耗降低。

4.存在的问题及解决方法

4.1系统（设备）运行控制方式决定热工控制系统

设计框架系统（设备）运行控制方式是指运行人员操作设备的方式，其主要决定于运行人员的数量、素质，各系统单体建筑布局和控制系统等因素。国内330MW机组比较典型的热工控制系统框架形式为主、辅机控制系统合并，在空间上和逻辑上实现高度集中。从网络拓扑来看，该种控制方式具有整齐划一、层次鲜明的特点，但结合实际情况来看，辅机系统具有“设备多”、“操作多”和“缺陷多”等特点，如果把辅机系统控制操作也放在集控室，其日常操作会严重影响主机操作，特别是开、停炉期间，主、辅机均存在大量操作，必然会互相影响，降低工作效率和可靠性。另外，高度集中的辅控网络（水子网、灰子网和煤子网合并形成辅控网络）在上层通信网络出现异常后，运行人员须立即到就地水子网、煤子网和灰子网控制室进行就地控制操作，势必延长故障处理时间。考虑到上述因素，该项目热工控制系统框架形式最终确定为主、辅机控制分离，将水子网、煤子网和灰子网控制系统实现了物理上的集中，即将各子网中的1台操作员站集中布置到辅机控制室，取消了逻辑上的集中方案———辅网控制系统。受篇幅限制，这里只列举水子网具体的实现方式。

4.2系统测点数量、种类及控制功能设计应满足系统全运行工况要求并采用典型设计方法

一是各类电动机轴承、线圈温度测点设置；二是高/低压加热器和除氧器等容器液位变送器、液位开关设置；三是大型转机设备配套润滑油站就地、远程和联锁控制；四是2用1备或1用1备泵类设备就地、远程和联锁控制；五是电动机变频控制和变频/工频切换控制；六是330MW等级机组汽轮机电液调节系统（DEH）、给水泵调节系统（MEH）、汽轮机危急跳闸系统（ETS）、给水泵汽轮机危急跳闸系统（METS）与分散控制系统（DCS）接口设计；七是各类设备就地控制柜与DCS之间的接口设计；八是控制系统冗余供电设计等。设计工作遵循典型化、模块化设计方法，该方法有3个优点：首先对系统（设备）有较为详细的功能描述，避免在设备招标、交货和安装阶段出现“扯皮”现象；其次大幅减少设计工作量，有效提高施工图出图效率；最后在施工图阶段避免遗漏测点、I/O通道及电缆，有效控制热工专业设计变更。

4.3计量系统建设工作应在设计、安装和调试全建设过程中统筹安排

计量系统主要作用是完成对水、煤、油和汽等工作介质损耗的统计计量。在火力发电厂基本建设期间，由于生产准备工作在计量系统建设方面介入较晚、工程建设人员重视不够等原因，使全厂计量系统功能远远达不到机组投产后计量工作的要求。新建火力发电厂在经过168h试运后将正式进入试生产阶段，在此阶段，机组各种经济运行指标将成为评价火电工程设计优劣、建设质量好坏的依据。而动态定量分析、计算机组各项运行指标又必须有工作介质损耗量等基本数据，因此，在设计、施工和调试全建设过程中应统筹安排全厂计量系统建设工作，为准确计算各项指标奠定坚实基础。

参考文献：

[1]高峰，于海，王冲.热工自动控制系统在火电机组节能降耗中的运用[J].科技创新与应用，2017（04）：141.

[2]孙文文.600MW火电机组锅炉系统建模及其精度的研究[D].华北电力大学，2015.

[3]李琳.火电机组节能降耗中热工自动控制系统的应用分析[J].科技视界，2015（05）：312.