對電廠熱工自動化設計中節(jié)能減排分析 

　　摘要：針對火電廠熱工自動化設計中關聯節(jié)能減排的主要問題進行分析并提出了看法，包括強化熱力設備安全性控制、優(yōu)化熱力系統(tǒng)運行經濟性、提高節(jié)能減排新技術可靠性、開發(fā)應用新穎節(jié)能減排檢測儀表、關注熱工自動化設計中隱性節(jié)能降耗因素等。
　　關鍵詞：火電廠；熱工自動化；節(jié)能減排
　　節(jié)能減排是我國當前的一項基本國策，火力發(fā)電廠則是節(jié)能減排的重點對象，牽涉到規(guī)劃、設計、管理、運行、設備優(yōu)化很多方面，其中儀表和控制系統(tǒng)即熱工自動化設計的內容也和其密切相關。本文針對熱工自動化設計關聯節(jié)能減排的一些主要問題進行分析，并提出一些看法。
　　1強化熱力設備安全性控制
　　1.1安全運行是實現節(jié)能減排的前提
　　在機組連鎖保護邏輯設計中，除基本的緊急保護外，還應進一步完善諸如超馳控制、輔機故障自動減負荷（RunBack）、燃燒器管理（BMS）等的邏輯設計，以使機組適應各種可能出現的非常工況，盡量避免或減少故障停機，確保機組長周期運行。例如，在超馳邏輯中設置對閉環(huán)回路發(fā)散的參數監(jiān)測，一旦條件因素成立，將能越權處理系統(tǒng)故障，使系統(tǒng)調節(jié)品質不再繼續(xù)變壞；又例如，在BMS邏輯中考慮鍋爐低負荷時自動投入等離子點火或微油點火，使鍋爐負荷適應變化范圍更大。 相序表| 萬用表| 功率計| 示波器| 電阻測試儀| 電阻計| 電表| 鉗表| 高斯計| 電磁場測試儀| 電源供應器
　　保證熱力設備長周期安全運行是節(jié)能減排的基本體現，以600MW機組為例，若發(fā)生一次故障停機，平均停機時間按10h計算，從重新點火到帶600MW負荷耗時以6h計，則少發(fā)電約450萬kW•h，消耗燃油25t左右，損失很大[1]。
　　1.2強化設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷
　　在廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）中配置設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷功能模塊，并且在機組投入生產時要求配合投用，發(fā)揮效能。在設計階段就應配合增設必要的監(jiān)測點，例如補列一些輔機軸承振動監(jiān)測等，以不犧牲設備安全、經濟運行為原則，在保證安全基礎上延長機組檢修間隔，改變固有的計劃檢修模式。
　　2優(yōu)化熱力系統(tǒng)運行經濟性
　　2.1采用優(yōu)化控制軟件
　　目前，各類優(yōu)化軟件充斥市場，應該進行一番調查、梳理、評審和推薦。在分散控制系統(tǒng)（DCS）技術規(guī)范書中及在設計聯絡會上應將軟件應用和優(yōu)化作為重點內容予以討論落實，有條件應列入考核。
　　某研究表明，當過熱器出口溫度采用神經網絡模型的串級預測控制時，其和常規(guī)串級控制階躍響應相比調節(jié)速度快2倍，而超調量僅是常規(guī)的30％左右[2]。
　　2.2建立機組經濟指標評價體系
　　某600MW電廠把機組諸多經濟指標按重要性大小分級，建立三級機組經濟指標評價體系[1]，如一級指標有：供電煤耗、廠用電率、機組燃油消耗等；二級指標有：鍋爐效率、汽機熱耗、煙氣排放等；三級指標有主汽和再熱汽溫、飛灰可燃物、補水率、加熱器端差等。每一指標都明確責任人，可以通過SIS的運行指導，采取措施縮小或消除偏差，最終使指標受控，實現經濟運行。
　　2.3實行機組負荷經濟分配
　　目前，機組控制系統(tǒng)中設計的自動發(fā)電控制（AGC）是指電網調度針對每臺單元機組直接目標負荷的控制。它是通過設在電廠端的遠程終端（RTU）和機組DCS用硬接線方式相連實現的。當電廠中有多臺單元機組時，每臺機組都需要按上述方式用硬接線將信號和RTU相連。目前的AGC方式主要為保證電網安全調度和負荷的平衡，和機組運行的經濟性無多大聯系。
　　負荷經濟分配一般配置在廠級SIS中，通過對單元機組實時性能計算與耗差分析結果應用，獲取機組負荷特性實時曲線，同時要有手段來鑒別負荷經濟分配的實時效果。對負荷經濟分配軟件的研究也越來越受到人們的重視，除較經典的等微增率原理、二次規(guī)劃分配原理等外，還提出了許多優(yōu)化方法，例如線型規(guī)劃法、微粒群算法等。
　　3提高節(jié)能減排新技術可靠性
　　3.1提高啟動及低負荷時等離子點火和微油點火安全性
　　等離子點火和微油點火技術以其節(jié)省燃油、環(huán)保效益明顯等優(yōu)點正在被重點推廣使用。但是，在冷爐點火階段和低負荷時，由于煤粉燃燼延遲，導致爐膛上部屏底煙溫升高，高溫受熱面存在超溫風險。若點火偏于一側，還會引起鍋爐膨脹不均勻。另外，由于此時煙氣中飛灰可燃物含量高，很容易在空預器等尾部煙道沉積，引起自燃。
　　針對上述不安全因素，一則應該在點火控制邏輯設計中重點加強對煤粉研磨細度、一次風速、風粉濃度、空預器吹灰及省煤器灰斗除灰等的控制設計。二則應加強開發(fā)可靠的飛灰可燃物檢測儀表，滿足實時檢測的要求。當前市面上生產的飛灰測碳儀，實際使用的可靠性和精確度都很難滿足要求。
　　3.2脫硫和單元機組控制的融合
　　目前，發(fā)電廠大多采用煙氣石灰石濕法脫硫，控制采用獨立的控制系統(tǒng)，盡管其控制系統(tǒng)的硬件和單元機組控制DCS可能是一致的，然后兩者間通過不多的硬接線把必須的交換信號互聯起來，實現運行中的聯動和保護。
　　隨著環(huán)保要求越來越嚴格，當前已要求基建項目的脫硫要和機組同步投入使用，并且將取消煙氣脫硫系統(tǒng)旁路擋板和氣-氣交換器（GGH），進而取消增壓風機。這樣一來，脫硫系統(tǒng)煙氣通道的控制和鍋爐控制已密不可分，將脫硫控制納入機組DCS中監(jiān)控必然成為一種趨勢。這時，鍋爐控制回路和保護邏輯設計中將包括對脫硫系統(tǒng)中煙道擋板開閉、吸收塔超溫保護、煙氣排放溫度控制等的內容。
　　3.3研究大型輔機采用變頻控制的技術規(guī)范
　　變頻器應用在負荷頻繁調節(jié)或周期性大幅度變化的轉動機械上具有顯著的節(jié)能功效，因此在電廠中也越來越多地得到采用。因此，電廠中哪些輔機最適宜采用變頻控制應有深入的可行性分析，最好編制行業(yè)性的推薦意見和技術規(guī)范。那些基本以額定負荷運行、轉速調節(jié)范圍不大的輔機宜作技術經濟比較后再予確定，應慎選變頻。
　　3.4主蒸汽流量的獲取
　　現今大容量機組的主蒸汽流量測量，基本上都采用汽輪機調節(jié)級后壓力或壓力級組前后壓力加溫度修正的間接換算法，該方法源于汽輪機理論中著名的弗留格爾（FLUGEL）公式。在實際使用中只要針對限制公式使用條件的影響因素，
　　4開發(fā)應用新穎節(jié)能減排檢測儀表
　　4.1快速熱電偶
　　常規(guī)的蒸汽管道疏水袋液位都采用液位開關檢測，要設置高、低兩只。液位開關價格較貴，且易卡澀或泄漏，安裝時對應液位設定點誤差較大，介質排放難以準確控制。
　　可以采用快速熱電偶檢測疏水袋中溫度，當溫度低至管道壓力對應蒸汽飽和溫度時，說明袋中積水應該疏水，當溫度高于對應蒸汽飽和溫度時關閉疏水。
　　4.2閥門或管道超聲檢漏
　　正常運行中常關閉的控制閥，如疏水閥、旁路閥、再循環(huán)閥、噴水減溫閥等及其相應管道，目前也可采用快速熱電偶檢測泄漏。但若能裝設超聲檢漏則可更快速報警，采取措施減少工質損失，體現節(jié)能。國外已有采用無線超聲檢漏設備的較多工程實例，國內還未見報道。
　　4.3大型圓筒煤場安全監(jiān)測儀表
　　大型圓筒煤場具有節(jié)地、環(huán)保兼干煤棚的優(yōu)點，目前已推廣采用。但是其內部是否要裝設安全監(jiān)測未見國內電站鍋爐上應用的報道。聲學測溫方法的基本原理是基于聲波在氣體介質中的傳播速度是該氣體組分和絕對溫度的函數。在大多數實際情況下，氣體組分對聲波傳播速度的影響較小，且在很小的范圍內變化。因此，聲波傳播速度可以看作氣體介質絕對溫度的單值函數。
　　聲波測溫可以連續(xù)監(jiān)測爐膛內煙氣溫度在時間和空間上的變化，對鍋爐燃燒調節(jié)極為有利：
　�。�1）控制火焰中心，矯正爐內燃燒不均勻，減少水冷壁磨損和結焦，改善汽水循環(huán)。
　　（2）監(jiān)控爐膛出口溫度，合理分配輻射熱和對流熱的比例，減少過熱器和再熱器噴水量，提高回熱效率。
　�。�3）優(yōu)化風煤比，提高燃燒效率。
　�。�4）降低污染物排放。通過減小火焰峰值溫度，可以在燃燒后期降低NOX生成，同時降低鍋爐脫硝裝置運行費用。
　　4.6重金屬濃度在線監(jiān)測儀表
　　4.6.1煙氣中重金屬濃度在線監(jiān)測
　　重金屬元素（主要指Cd，Pb，Zn，As，Sb，Hg等）在煤粉燃燒過程中會分解釋放出來，經歷一系列物理化學變化，一部分揮發(fā)的重金屬元素將富集在飛灰（尤其是亞微米級細小顆粒）上，隨著煙氣或爐渣排出。它們在大氣中有很長的駐留時間，不為微生物降解，并轉化為毒性很大的金屬有機化合物，從而對人類健康和環(huán)境產生很大危害。
　　4.6.2廢水中重金屬濃度在線監(jiān)測
　　發(fā)電廠工業(yè)廢水排放前針對重金屬的監(jiān)測主要采用采樣分析，尚未見在線實時分析的應用介紹。采樣分析的缺點主要是成本高、效率低，如果不能及時檢測則樣品的變化或污染還會影響到檢測結果的客觀性。如果能開發(fā)采用一種實用的在線檢測儀，也將會獲得良好的應用。
　　5關注熱工自動化設計中隱性節(jié)能降耗因素
　　5.1儀用壓縮空氣耗量
　　儀用壓縮空氣耗量的大小，決定了壓縮空氣機組配置的容量及今后日常運行的費用。工程設計前期，氣動裝置（例如各類氣動閥門）的不確定性較大，對儀用壓縮空氣耗量的準確統(tǒng)計比較困難，因而往往將儀用壓縮空氣機組容量配置較大，裕量大則日常運行成本消耗大。
　　5.2不停電電源UPS負荷
　　目前工程設計中UPS容量選擇都較大，有的每臺大型機組還配置全容量兩套，但是投運后實際負荷率卻很低，甚至小于50％。宜通過調查統(tǒng)計，歸納不同容量機組儀用UPS實際負荷，對UPS選型提出推薦意見。
　　5.3電子設備間空調
　　電子設備間對空調的要求應該沒有集中控制室那么高，沒有對人舒適性的要求，其內部安裝的電子設備機柜（主要為DCS，DEH，MEH，TSI，PLC等）對環(huán)境溫度的適應性也較寬，只要控制住溫度變化率，不使電子板件產生結露，也不產生有害程度的靜電即可。如EMERSON公司OVATION系統(tǒng)的控制器機柜，其運行時可適應環(huán)境溫度規(guī)定為0～50℃。
　　5.4傳感器冗余配置
　　大機組控制回路及保護邏輯設計中各類傳感器（包括變送器、熱電偶、參數開關等）冗余配置的數量很大，目前還缺少一個規(guī)范或規(guī)定來統(tǒng)一參照實施。傳感器的過多配備增加了設備投資、電纜消耗，也增加了控制系統(tǒng)資源消耗、能量消耗和日常維護消耗，是否必要值得深究。
　　6結束語
　　火電廠熱工自動化設計中和節(jié)能減排關聯的因素是多方面的，需要我們加強挖掘、聚沙成塔。在關注的同時，希望在一些明朗的控制設備、控制系統(tǒng)及控制技術應用方面采取切實可行的措施，取得實效。