热工优化控制在火电厂节能中的应用效果研究

2022-09-11

正文:

1. 火电厂概述

1.1 火电厂

火力发电厂是利用煤、石油、天然气等固体、液体或气体燃料燃烧所产生的热能转换为动能以生产电能的工厂。按燃料的类别可以分为燃煤发电厂、燃油发电厂、燃气发电厂、余热发电厂化及利用垃圾和工业废料作为燃料的发电厂等。按照发电装机容量又分为小、中、大中、大、特大等类别。按服务范围可分为区域性发电厂、孤立发电厂、自备发电厂。区域性发电厂装机容量较大, 一般多建造在燃料基地如大型煤矿附近, 其电能通过长距离的输电线路供给用户。孤立发电厂不并入电网, 单独运行发电。自备发电厂由大型企业自己建造, 供本单位用电, 一般也与电网连接。

1.2 传统火电厂问题分析

(1) 建筑能耗大

主厂房维护结构的保温隔热性能以及门窗、洞口的气密性较差, 采暖设备设置不合理导致能源利用率低, 与国家不断提高的建筑节能标准之间的差距较大。南北方地区主厂房围护结构设计有一定的差异:南方地区不需要做保温, 电厂主厂房一般采用单层的彩色压型钢板;而北方地区由于保温隔热的需要, 通常采用双层且中间具有保温层的压型金属板;锅炉房相应采用的是敞开式或封闭式的维护结构, 但从节能的角度考虑, 应将锅炉放置厂房内, 便于对锅炉设备的余热进行回收利用。

主厂房外窗的功能主要是满足室内采光和自然通风, 此外, 也会影响建筑立面效果和造型。在一些电厂设计中为使建筑立面美观, 而设置大面积的玻璃窗, 甚至窗墙比达到30%}SO%。但却忽略了窗户是维护结构中热损失最大的部位, 门窗不严或气密性差, 导致的冷风渗透带来的热量损失是相当大的。

汽机房以及锅炉房生产过程中产生的热量, 没有达到合理收集和利用, 任其自由排放既提高了室内温度影响室内热舒适性, 也影响机器的工作效率。

(2) 运营管理不规范

电厂除运行生产过程中的能源消耗外, 其厂区内部非工艺环节的生活、运营维护方面用水、用电往往得不到有效的管理, 职工节能、环保意识薄弱, 管理不完善, 导致大量的电能、水资源和材料的浪费。例如, 电厂里很多无人值守的设备用房, 照明灯具仍二十四小时运行, 严重浪费了电能;厂区景观设计选取不适宜地域性植物品种, 如北方一些厂区选用耗水量较大的南方植物种植, 导致厂区景观维护所需水量大大增加, 还有厂区地面盐碱性严重, 却种植普通植物, 抗性差, 存活率低, 需经常更换, 浪费资源。

(3) 绿色建筑技术设计应用缺乏适宣性

《绿色建筑评价标准》于2011年8月9号颁布实施, 促进了绿色民用建筑设计的发展和推广, 而《绿色工业建筑评价标准》于2014年3月1号正式颁布实施, 因此绿色建筑技术在工业建筑中的应用具有一定的滞后性, 在电厂这一类型工业建筑中的推广和实施处于起步阶段, 发展不平衡、不完整, 尤其在电力工业建筑的节能标准和规范的制定上, 还有待相关行业推进该项工作的发展, 以此引导绿色电厂设计能够有理、有序、有效的展开。

绿色建筑技术的应用可能导致设备、材料费用以及施工和后期成本等的增加, 使得许多电厂业主不愿增加一次性投入, 导致绿色建筑技术在电厂应用中程度低、范围窄。并且电厂本身就是电能和热能的生产单位, 对于企业自身的建筑用电和采暖能耗缺少关注和测算。

现阶段电厂绿色建筑设计过程中, 设计人员一般直接采用现成的绿色建筑技术框架和先进、昂贵的技术措施, 没有以电厂特点为基础, 缺乏适宜性;并且在成本造价和技术集成上缺乏系统化控制:也没有借助计算机模拟、经济效益分析等手段方案比选, 最终导致了建造和运行成本的增加, 投资回收期长和使用率低的问题。

2. 小型火电厂能耗影响因素

2.1 锅炉方面

造成小型火电厂大量消耗能量的主要因素之一就是锅炉的燃烧率低下。锅炉设备是小型火力发电厂燃煤消耗最大的设备。在锅炉内燃烧煤炭等燃料的过程中常常会存在能量损失的问题, 这和锅炉漏风、漏灰、漏粉等有着直接关系。而损失泄露的主要包括以下几点:其一, 可燃烧的气体和固体没有充分燃烧导致出现原材料和热量损失;其二, 锅炉散热导致出现热损失;其三, 烟尘、炉渣等排放清除造成的热损失。只有保证锅炉内部能够稳定地燃烧才能够保证蒸汽参数的稳定, 进而保证机组能够正常运转。

2.2 汽轮发电机方面

火电厂的发电能耗直接受到汽轮机气压、汽温、凝汽器、高压加热器、冷却水进出口温度等多方面因素的影响。比如通过汽轮机喷嘴和叶片会发生一定的摩擦导致叶片顶部出现漏气等问题, 转换蒸汽热能的过程中, 蒸汽并无法全部转化为汽轮机内功, 只有一小部分能够完成转换, 导致汽轮机出现一定的热损失。

在小型火电厂中, 汽轮机大多采用喷嘴配汽定压运行方式, 进汽量由调节汽门控制, 在特定的负荷范围内调门的节流损失始终存在, 尤其是低负荷条件下, 调节汽门的开启次数减少, 节流损失更大, 有时会超出定压运行参数, 会导致能耗增大。

2.3 火电机组方面。

当前在小型火电厂中常常应用单台小容量火力发电机组, 但是通过分析动力循环原理和热力学动力原理能够发现, 在小型火力发电厂中, 单台小容量机组比高参数、大容量的活力发电机组煤炭利用率低很多, 需要消耗大量的煤炭量, 并且比大容量火电机组产生更多的二氧化硫、二氧化碳、烟尘等污染物。所以, 很多小型火力发电厂都面临着单台小容量火力发电机组大能量消耗的问题。

3. 热工优化在小型火电厂节能中的应用

3.1 DCS系统的应用

在火电厂中DCS系统已有较长的应用时间, 主要是基于计算机局域网建立的控制系统。DCS系统可以有效结合局域网技术, 与PLC系统、DEH系统、发电机组控制系统等多种控制系统结合, 建立网络型控制系统。在DCS系统中有多系统冗余微处理器, 当某个系统或某个微处理器发生故障时, 系统整体不会受到影响, 解决了集中故障缺陷。

通过在火电厂使用监控设备能够对火电厂的运行信息进行全方位的监控, 通过应用DCS系统能够实现火电厂的自动化管理, 通过计算机信息技术对火电厂的各个区域运行状况进行实时监控, 中和性管理, 能够对火电厂中浪费现象起到一定的控制作用。DCS系统应用于火电厂中, 能够对火电厂运行信息迅速掌握, 可以优化火电厂运行方案, 提高能源利用率, 节能减排, 提高火电厂的运行效率, 创造更多的社会效益和经济效益。

电厂电气系统中需要测量和监控电压、电流等相关数据, 同时还要测量和确定功率、相位、电抗、电度等相关内容。其中主要有PT、CT等测量方法。在电厂电气系统中, 开关、断路器、接触器、节点等都是电气控制的对象, 电磁线圈是控制系统输出的直接动作未知, 这种貌似简答的输入输出方式在交流回路中影响这控制装置的交差结果, 有着较高的抗干扰要求。

电厂电气运行中ms级主要包括异常状态发展速度、电气产量变化速度、逻辑运算速度、输出动作等, 因此应当在电厂自动化电气运行中保证信号采集、控制运算等方面的结果的准确性, 只有正确处理好控制站的速度才可以有效地提高DCS系统的运行效率, 才能够提高电厂电气自动化运行的效果。

电厂电气的运行通常参数设定后无需频繁地调节, 所以电气系统操作也很少进行, 通常只有励磁电压需要时常进行调节, 其他参数基本保持固定不变, 可以通过自动保护装置处理异常行为。

3.2 变频技术的应用

电厂自动化技术节能减排中, 变频技术是一项应用较为广泛的技术, 能够在电厂运行中发挥重要的作用。小型电厂发电需要用到煤、油、燃气等物料, 这些物料都存在较大浪费的可能性, 使用这类传统的材料对我国能源生产量有了更高的需求, 并且在火电厂运行中, 需要耗费大量的燃料, 这不符合我国未来持续性发展的决策, 不利于环境保护的实施。电厂可以引入变频技术来将电厂燃料的使用量降低, 通过该技术对燃料的使用量进行自动调节, 以电厂运行需求为基础对燃料投入量进行控制, 将变频技术应用到锅炉运行控制系统中, 能够对锅炉状态进行实时控制, 可以对风量进行适当调节, 从而提高锅炉燃料燃烧利用率, 避免在锅炉燃料燃烧中出现浪费问题。通过变频调节, 能够优化火电厂燃烧效率, 能够体现自动化技术的优势。

3.3 现场总线技术应用

在电厂中应用现场总线技术能够发挥较大的节能优势。将硬件设备的使用量减少, 计算机的优势在现场总线技术中得到充分地利用, 通过PC控制站进行火电厂运行的控制, 大大节省了硬件设备数量, 节省了控制室的面积。此外, 现场总线有着十分简单的安装方式, 多个设备可以同时接入到同一条线路上, 能够将安装费用大大降低, 工作量也比较小, 节省了大量的物力、人力。

结束语:

电厂进行热工优化能够有效地提高能源利用率, 可以降低电厂的能耗。在电厂运行中引入计算机控制技术、DCS控制系统等先进的软件、设备、方法都有助于优化电厂的生产运行和实施监控。自动化生产和管理是未来电厂发展的趋势, 自动化水平的提升能够保证电厂的安全性和运行高效性, 有助于电厂的节能减排。在未来发展中, 应当不断提高对自动化技术的应用。本文就电厂节能中热工优化控制方面进行了简单的探讨, 希望本文能够具有一定的参考价值。

摘要：在火电厂中, 热工自动化控制系统在节能方面有着良好的效果。为了进一步加强对火电厂节能的研究, 本文主要分析火电厂中热工优化方式, 从而满足火电厂节能的需要, 推动火电厂实现可持续发展。

关键词：热工,火电厂,节能,应用效果