對電廠熱工自動化設(shè)計中節(jié)能減排分析

對電廠熱工自動化設(shè)計中節(jié)能減排分析 

　　摘要：針對火電廠熱工自動化設(shè)計中關(guān)聯(lián)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(shè)備安全性控制、優(yōu)化熱力系統(tǒng)運行經(jīng)濟性、提高節(jié)能減排新技術(shù)可靠性、開發(fā)應(yīng)用新穎節(jié)能減排檢測儀表、關(guān)注熱工自動化設(shè)計中隱性節(jié)能降耗因素等。
　　關(guān)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(shè)計、管理、運行、設(shè)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(shè)計的內(nèi)容也和其密切相關(guān)。本文針對熱工自動化設(shè)計關(guān)聯(lián)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(shè)備安全性控制
　　1.1安全運行是實現(xiàn)節(jié)能減排的前提
　　在機組連鎖保護邏輯設(shè)計中，除基本的緊急保護外，還應(yīng)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(shè)計，以使機組適應(yīng)各種可能出現(xiàn)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(shè)置對閉環(huán)回路發(fā)散的參數(shù)監(jiān)測，一旦條件因素成立，將能越權(quán)處理系統(tǒng)故障，使系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)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(yīng)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(yīng)器
　　保證熱力設(shè)備長周期安全運行是節(jié)能減排的基本體現(xiàn)，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(shè)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(shè)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(chǎn)時要求配合投用，發(fā)揮效能。在設(shè)計階段就應(yīng)配合增設(shè)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(shè)備安全、經(jīng)濟運行為原則，在保證安全基礎(chǔ)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(jīng)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(yīng)該進行一番調(diào)查、梳理、評審和推薦。在分散控制系統(tǒng)（DCS）技術(shù)規(guī)范書中及在設(shè)計聯(lián)絡(luò)會上應(yīng)將軟件應(yīng)用和優(yōu)化作為重點內(nèi)容予以討論落實，有條件應(yīng)列入考核。
　　某研究表明，當過熱器出口溫度采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的串級預(yù)測控制時，其和常規(guī)串級控制階躍響應(yīng)相比調(diào)節(jié)速度快2倍，而超調(diào)量僅是常規(guī)的30％左右[2]。
　　2.2建立機組經(jīng)濟指標評價體系
　　某600MW電廠把機組諸多經(jīng)濟指標按重要性大小分級，建立三級機組經(jīng)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(zé)任人，可以通過SIS的運行指導(dǎo)，采取措施縮小或消除偏差，最終使指標受控，實現(xiàn)經(jīng)濟運行。
　　2.3實行機組負荷經(jīng)濟分配
　　目前，機組控制系統(tǒng)中設(shè)計的自動發(fā)電控制（AGC）是指電網(wǎng)調(diào)度針對每臺單元機組直接目標負荷的控制。它是通過設(shè)在電廠端的遠程終端（RTU）和機組DCS用硬接線方式相連實現(xiàn)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(wǎng)安全調(diào)度和負荷的平衡，和機組運行的經(jīng)濟性無多大聯(lián)系。
　　負荷經(jīng)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(jié)果應(yīng)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(jīng)濟分配的實時效果。對負荷經(jīng)濟分配軟件的研究也越來越受到人們的重視，除較經(jīng)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(shù)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(shù)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(dǎo)致爐膛上部屏底煙溫升高，高溫受熱面存在超溫風(fēng)險。若點火偏于一側(cè)，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(yù)器等尾部煙道沉積，引起自燃。
　　針對上述不安全因素，一則應(yīng)該在點火控制邏輯設(shè)計中重點加強對煤粉研磨細度、一次風(fēng)速、風(fēng)粉濃度、空預(yù)器吹灰及省煤器灰斗除灰等的控制設(shè)計。二則應(yīng)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(chǎn)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(lián)起來，實現(xiàn)運行中的聯(lián)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(fēng)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(shè)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(nèi)容。
　　3.3研究大型輔機采用變頻控制的技術(shù)規(guī)范
　　變頻器應(yīng)用在負荷頻繁調(diào)節(jié)或周期性大幅度變化的轉(zhuǎn)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(yīng)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(shù)規(guī)范。那些基本以額定負荷運行、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍不大的輔機宜作技術(shù)經(jīng)濟比較后再予確定，應(yīng)慎選變頻。
　　3.4主蒸汽流量的獲取
　　現(xiàn)今大容量機組的主蒸汽流量測量，基本上都采用汽輪機調(diào)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(yīng)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(guān)檢測，要設(shè)置高、低兩只。液位開關(guān)價格較貴，且易卡澀或泄漏，安裝時對應(yīng)液位設(shè)定點誤差較大，介質(zhì)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(yīng)蒸汽飽和溫度時，說明袋中積水應(yīng)該疏水，當溫度高于對應(yīng)蒸汽飽和溫度時關(guān)閉疏水。
　　4.2閥門或管道超聲檢漏
　　正常運行中常關(guān)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(yīng)管道，目前也可采用快速熱電偶檢測泄漏。但若能裝設(shè)超聲檢漏則可更快速報警，采取措施減少工質(zhì)損失，體現(xiàn)節(jié)能。國外已有采用無線超聲檢漏設(shè)備的較多工程實例，國內(nèi)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(nèi)部是否要裝設(shè)安全監(jiān)測未見國內(nèi)電站鍋爐上應(yīng)用的報道。聲學(xué)測溫方法的基本原理是基于聲波在氣體介質(zhì)中的傳播速度是該氣體組分和絕對溫度的函數(shù)。在大多數(shù)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(nèi)變化。因此，聲波傳播速度可以看作氣體介質(zhì)絕對溫度的單值函數(shù)。
　　聲波測溫可以連續(xù)監(jiān)測爐膛內(nèi)煙氣溫度在時間和空間上的變化，對鍋爐燃燒調(diào)節(jié)極為有利：
　�。�1）控制火焰中心，矯正爐內(nèi)燃燒不均勻，減少水冷壁磨損和結(jié)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?zé)嵝�率�?
　　（3）優(yōu)化風(fēng)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(jīng)歷一系列物理化學(xué)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(zhuǎn)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(chǎn)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(yīng)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(jié)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(yīng)用。
　　5關(guān)注熱工自動化設(shè)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(shè)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(shè)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(diào)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(shè)備間空調(diào)
　　電子設(shè)備間對空調(diào)的要求應(yīng)該沒有集中控制室那么高，沒有對人舒適性的要求，其內(nèi)部安裝的電子設(shè)備機柜（主要為DCS，DEH，MEH，TSI，PLC等）對環(huán)境溫度的適應(yīng)性也較寬，只要控制住溫度變化率，不使電子板件產(chǎn)生結(jié)露，也不產(chǎn)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(yīng)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(shè)計中各類傳感器（包括變送器、熱電偶、參數(shù)開關(guān)等）冗余配置的數(shù)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(shè)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(jié)束語
　　火電廠熱工自動化設(shè)計中和節(jié)能減排關(guān)聯(lián)的因素是多方面的，需要我們加強挖掘、聚沙成塔。在關(guān)注的同時，希望在一些明朗的控制設(shè)備、控制系統(tǒng)及控制技術(shù)應(yīng)用方面采取切實可行的措施，取得實效。