热工仪表与自动控制对火电设备机组节能降耗作用分析

国能徐州发电有限公司 牛志岗

热工仪表及自动控制系统最大的特点是可以自动化操作，在无人干预或是少数人操作的状况下系统自动运转，同时自动化系统可根据传感器所得到的相关数据信息来判断火电设备机组的运行状况，并将相应数据上传至中央控制数据中心进行分析处理，对于一些异常数据作出调整，保证设备能够稳定运行，且还能进一步降低运行能量消耗[1]。

自动化系统中包含有自动报警系统，能在发现设备运行数据异常时自动报警系统会发出警报。自动化系统可以对设备的工作时间进行检测，定期发出工作指令或是相关报告，提示工作人员对设备实施相应检查。火力发电厂生产流程如图1，在这些生产流程中，火电设备机组涉及到的设备数量不断增加，同时设备的型号也愈加复杂化，这更加彰显出了自动化技术的重要性，如火电设备机组离开了自动化系统的支持，则无法保障其运行的高效性和安全性。

图1 火力发电厂生产流程

1 对机组煤耗造成影响的因素分析

1.1 锅炉能耗指标

新时代下电力企业需践行节能减排的理念，深入分析是哪些因素影响系统的日常运行。首先，需对火电厂锅炉工作状态进行充分了解，作为火电设备机组的运行关键核心，科学合理的调节锅炉运行可有效降低能耗。锅炉热效率和能量消耗标准之间有联系，同时锅炉的能量消耗状况可通过热效率来提现，且与整个系统运行状况也有联系。

然而，锅炉热效率反映涉及到很多方面，如排烟所带来的能量损失及化学燃烧的程度，这是一个非常复杂的热动力学过程，管理人员须清晰了解这些因素。锅炉在实际运行过程中主要的能量损失是

由排烟过程所导致的，通常锅炉在正常工作时，系统热量交换在稳定状态时热量损失是最低的，而在排烟后，因废气中有很高的热量，使得锅炉发生能量浪费的现象。导致热效率减少还有一个关键因素：煤的不完全燃烧。所有的物质都不可能完全燃烧，因此煤中包含的热量在实际燃烧时也不能被完全利用，这就造成了热效率的减少。

1.2 汽轮机能耗指标

“十三五”以来，我国火电的煤耗、用电率得到有效提升。而汽轮机作为火电设备机组中非常关键的部分，在日常运行过程中需被重点关注。在火电厂的生产中汽轮机运行可将热能转化为电能，转换效率与火电厂的日常生产效率息息相关，目前火电厂汽轮机运行过程中的标准性能主要是由冷端效率、通流效率与热端效率等来评判。所以汽轮机的日常运行能耗问题与冷端效率息息相关，在日常的工作中须重视冷端效率，制定科学合理的方案对凝汽器进行检查，确保相应的数据符合标准。

另一方面，回热系统的应用状况也与汽轮机的能耗问题有着非常密切的联系，回热系统在应用过程中，需根据汽轮机对水蒸气的利用效率来进行调节优化，但在实际的循环过程中水蒸气难免出现损失，因此要通过补水器进行优化，这一部分的优化操作是必不可少的。运行中还需观察管道是否有泄露现象，只有确保管道无泄漏才能降低能量损耗。

1.3 厂用电指标

火电厂作为发电单位，在生产过程中需应用到大量的辅助设备，主要包括了排粉机、鼓风机和磨煤机等。而这些设备运行并不会影响发电设备的环境，不会排放一些污染物，但辅助设备运行需电力供应，在一定程度上会影响发电厂的效率。

2 热工仪表与自动化控制对火电设备机组节能降耗的作用分析

DEH 系统的阀门控制。我国火电设备机组主要应用的是DEH 技术，该项技术可利用单阀控制和顺序阀实现对整个系统的控制[2]。顺序阀的优势在于提高整个火电设备机组的节流效果，但是也有不足之处，即调节能力较弱。单阀控制的优势在于调节能力较强，但是调流能力有所匮乏，很易导致大量热量损失。现阶段大部分火电厂从实际使用这个角度去选择时，一般都会选择使用顺序阀方式来控制火电设备机组，在机组正常稳定工作后再使用单阀控制。

负荷变化。其会对火电设备机组发电效率和能耗产生影响，供热锅炉散热损失和锅炉运行的负荷成反比关系，由于在计算散热损失时存在难度，所以可通过热平衡实验了解其散热损失。发电机组在实际运行中，负荷变化会在很大程度上影响发电机组的工作状态，燃煤质量也会在一定程度上影响机组的运行情况，带动机组自动滑压运行方式的投入受到影响。为有效处理这个问题，需尽可能的减小阀门的节流损失，保障机组的进气量，以此保障火电设备机组节能降耗工作的贯彻落实。

气温高低。也是非常重要的一个影响因素。火电设备机组在运转过程中，如汽轮机温度过高，则会对整套设备运行的安全性带来很大影响，严重的话还有可能导致管道破裂引发安全事故。但如气温太小，会使得水汽腐蚀汽轮机叶片。这种情况和汽轮机主机情况是一样的，气温太高或太低都会影响设备运行的安全性和稳定性，进而影响电力企业的生产效率。为有效解决这个问题，可利用自动化技术自动的对给水调节系统的汽温进行调节，不但可确保蒸汽温度符合要求，还可尽可能的减小能量消耗量。

电厂入炉煤计量。对于火电厂来说，在运行中设置有入炉煤计量的校验装置，因此没有定期对电子皮带秤进行校验。但由于各种外界因素的影响，很容易使得链码精确度受到影响，这就会影响到计量标准，这种测试过程的误差在实际工作中很难被察觉。因此需定期进行对比实验，通过这种方式来缩小二者差距，尽量控制在合理的范围内，一般来说控制在小于1%的范围内即可。电子皮带秤存在计量误差不仅会影响到数据分析处理，还会使得后续数据准确性大大下降，工作人员需要强化管理，科学合理的完成校验工作，最大限度的降低计量偏差，在根本上保障正平衡煤耗分析数据的准确性。

加热器组端差。热力系统中的加热器端差影响因素主要是加热器的水位状况，如水位偏低则会使得疏水温度增加，提高加热器端差。所以需对高压与低压加热器的水位测量装置实施全方面的检查，保障DCS(分散控制系统)高、低加水位信号的准确性。加强高、低加水位自动调节的质量，科学合理的对高、低加水位进行设定，降低加热器端差，有助于促进火电设备机组的节能降耗。

辅机变频改造。在生产过程中可通过改造高压辅机来节约用电量，如可选择对一次风机、低压辅助设备等进行变频改造，这样能达到节能降耗目的。通过对目前我国发电厂的变频改造状况分析可得，对凝结水泵进行变频改造后火电厂用电率减少了大约0.1%，代表减少了机组煤耗0.3g/kWh。对变频改造以后辅机的控制组态实施相应的优化和改进，能为设备运行的安全性和稳定性提供保障，推动火电厂朝着节能降耗的方向迈进。

3 热工仪表与自动控制对火电设备机组节能降耗的措施分析

重新确定凝结水调节阀的安装位置。热工仪表及自动控制中的阀门控制问题需进一步优化改进，特别是火电生产设备，其中的汽轮机凝结水在经过高压和低压加热器预热后，才能输送到后续的设备中[3]。通过这样的优化可使得加热系统中水的压力能一直保持在进入时的压力大小，从而避免水在高压加热器中出现汽化的现象。在安装高压加热器前就需对阀门进行调节，随着气压的降低水的沸点也会逐步减小，在温度较低的状况下，加热器中的水汽化会导致高压加热器中的蒸汽大幅减少，长此以往有助于节能降耗目的的实现。

改造燃煤装置。现阶段大多数时候燃煤锅炉使用的都是原煤及正转链条炉排锅炉，这种锅炉应用的是斗式给煤装置，会在炉排上产生很严重的煤块与煤粉堆积情况，这会在很大程度上影响锅炉的进风，进而影响到锅炉的炭烧效率。若把传统的斗式给煤装置改造成分层给煤装置，借助重力作用让原煤中的煤块和煤粉自上而下均匀的排布在炉排上，可大大优化炉排进风效果，从而在根本上提高煤的燃烧率，最大限度降低灰渣中的含碳量，这样可直接燃烧煤量的5%～20%。和改造前对比，在很大程度上优化了锅炉的节能效果，同时也优化了锅炉的燃烧状况，且采取这种改造技术成本较小但效果快速而明显。

做好故障排除工作。在管理方面，大部分管理人员因长时间受到传统理念的影响，不管是在设备维护还是在设备管理方面，较之前相比并没有很大的改变，所以上升空间巨大。对于发电厂设备本身而言，如果一旦出现故障都会在很大程度上影响系统运行的安全性和稳定性。正因如此，强化设备本身故障排除的基础能力势在必行，需对此给予足够重视。如设备本身存在故障，设备管理部门需对故障有关资料进行收集和整理，建立相应档案，为今后实践活动顺利实施提供参考依据。这样不管在以后出现任何问题都能及时找出问题的根本，然后采取针对性的措施有效解决问题。此外，设备管理部门还需全方面改进和优化原来的考核评估机制，更加全面系统地掌握管理人员的工作状况，同时还需对工作人员的绩效能力进行全方面的评估，让工作人员加强自身工作中存在的不足，进而为设备运行的质量提供保障。

建立实时监测机制。不管是在对设备进行检修还是在排除设备故障的过程中，都需对设备运行的参数进行充分考虑。因此需对设备运行的实际情况进行全方面的检测，收集设备运行的参数资料，这样能为设备运行的安全性提供保障，同时也可提高设备运行的稳定性价值。基于此，设备管理部门需建立实时监测机制，对设备运行状况有全面的了解和掌握，获取设备的参数内容，有效实施后续的误差控制与设备管理。同时制定科学合理的处理措施，也可选择启用设备的方式，确保系统运行质量不会受到外界因素及自身因素的干扰。此外在分析有关参数时，管理人员需根据设备的保护值创设预警机制，给后续工作的顺利实施夯实稳固基础。

改变调节方案稳定负荷。对于热工仪表与自动控制系统来说，固定与可变的极限流量控制法是离心式空气压缩机进行喘振控制常用的两种方法。应用固定极限流量法时，需在调节器给定值的基础上，确定转速达到最快来合理控制流量大小。因此，对于热工仪表及自动控制来说，在任何转速的基础上运行，只要符合标准的规定就不会出现喘振的现象。如转速减小、负荷缺乏稳定性，则会有很多气体排出，使得能源浪费。但如给调节器一个固定的数值就不会使得转速出现变化，给定流量也不会变化，负荷一直处于稳定的状态，这样可有效降低能源浪费。就算是在转速减小的情况下也不会排出太多气体，有助于实现节能降耗的效果。

综上，火电设备发电机组是我国能源结构中的关键组成部分，煤耗是社会经济发展的重要指标，不但与火电企业的经济效益息息相关，同时与火电企业环境污染指标也有着密切的联系。对火电设备发电机组的热工仪表与自动控制进行相应的优化和改进，在实现节能降耗的同时也是在践行节能减排的可持续发展理念，有助于提高企业的经济效益和社会效益。