火力发电厂集控运行过程节能降耗技术研究

“双碳”战略目标的提出使火力发电厂在运营发展中需要面对严峻的节能减排要求，在此背景下，集控运行使火力发电厂在集中监控、自动化控制与优化调度的作用下，形成对机组运行进行实时协调与动态优化的模式，使火力发电厂的发电效率得到提升，并实现降低能耗的要求。为此需要针对火力发电厂的复杂工况变化、负荷波动等情况，结合先进的节能降耗技术来对发电机组进行综合优化，并采取节能降耗技术提高热效率及减少煤耗，促进火力发电厂的清洁生产与转型。

一、火力发电厂集控运行的主要特点

在火力发电厂中所采用的集控系统结构主要包含了分散控制系统（DCS）、安全仪表系统（SIS）、电气监控系统以及辅助管理信息系统。在集控运行中，DCS可以对锅炉、汽轮机及辅机等火力发电厂中的关键设备进行控制，做到对这些电力设备的温度、压力、流量、燃烧及负荷等参数进行动态调节。而SIS则负责进行关键安全环节的控制，主要覆盖炉膛过压、汽轮机超速及冷却水系统异常等的独立保护，使这些部分在异常工况下能做到自动停机或采取安全措施[1]。对于集控运行中的电气监控系统，需要进行电网侧及厂用电系统的监测与负荷分配优化，辅助管理信息系统则用于提供多功能管理功能。这些子系统的协作配合使火力发电厂的设备得到集中监控，可为节能降耗技术的实施提供基础保障。

二、火力发电厂集控运行过程节能降耗的控制要点

（一）运行参数优化管理

在火力发电厂的集控运行过程中，达成节能降耗的目标离不开运行参数的优化管理，其主要是在集控系统的应用下对锅炉、汽轮机及辅机等关键设备运行参数进行实时采集与分析，以数据来判断机组的热力平衡状态和能效水平。并使用能耗分析模型确认机组的能耗情况，并在集控运行下依据负荷变化情况来自动调整参数，如燃烧配风比例、主蒸汽压力、抽汽量等。针对火力发电厂运行参数的优化，还要注意对冷却水系统、除氧系统、给水系统等的调节，以集控技术来精确控制各环节的流量、温度与压力。在现代集控系统中还可引入新型节能降耗技术来辅助对火力发电厂精确控制，使各类设备的运行达到最佳值。

（二）设备状态监测与维护优化

对火力发电厂中各类设备状态进行科学监测与维护有效控制能耗，在集控系统中其是利用集成的状态监测模块来对电厂的汽轮机、锅炉、风机、水泵等主要设备进行监测，从而获取其振动、温度、压力、电流等信号参数，并利用大数据建模和趋势分析提前发现潜在的性能退化问题，为实施预测性维护提供基础。在集控运行下进行设备状态的监测能够转变事后维修的情况，使设备一直保持最佳状态，从而防止出现因设备效率下降或异常磨损所带来的能耗上升问题。

（三）运行数据挖掘与能耗评估

火力发电厂在集控运行中会积累大量的运行数据，这些数据为节能降耗优化提供了有效信息，在集控系统中将运行数据进行深度挖掘，揭示不同工况下火力发电厂中设备的能耗变化规律，并建立机组能耗基准模型，识别存有的高能耗运行情况，在能耗评估系统的定量分析下，可将实际运行与理论最优值进行对比，为节能降耗技术的应用提供数据。并且还可将集控运行数据的能耗变化趋势作为辅助来对节能降耗技术参数进行调整，强化对火力发电厂的控制效果[2]。

三、火力发电厂集控运行过程节能降耗技术的应用

（一）锅炉燃烧优化控制技术

锅炉属于火力发电厂生产电能的核心设备，在集控运行的条件下为燃烧优化控制技术的实施提供基础，使锅炉燃烧效率得到提高。在燃烧优化控制技术的应用中能使燃料与空气供应得到动态匹配，可以保证锅炉燃烧的过程更加充分与稳定。燃烧优化控制技术需要利用到集控运行的DCS来实时采集炉膛温度、氧量、煤粉浓度及排烟参数等数据，并按照人工智能算法所提供的在线分析数据进行动态调节。

比如，在火力发电厂的锅炉系统中对于燃烧优化控制技术的应用，可以引进智能配风控制系统，该技术可对一次风、二次风比例进行动态调整，这样炉膛内的燃烧区域温度分布将更加均匀，从而减少不完全燃烧损失。还可使用煤粉浓度在线监测系统来对送粉管道中的煤粉与空气混合比进行自动修正，这样能够有效避开在锅炉燃烧中的局部富燃或贫燃所带来的热效率下降的问题。目前在火力发电厂的集控运行中炉膛红外监测和模糊控制算法也是重要的燃烧优化控制技术，其主要是在负荷波动时仍能保持锅炉燃烧稳定，使锅炉燃烧过程达到最优能效控制的目标。

（二）汽轮机运行优化技术

在火力发电厂中，汽轮机负责将热能转化为机械能，因此在集控运行过程中也是节能降耗技术的重要应用方向。集控运行可以对汽轮机的蒸汽参数、真空度及抽汽压力进行实时监测，以此实施自动负荷控制，可依据电网负荷变化的情况来自动调整机组出力，使热经济性达到最优匹配的效果。在真空系统中，对于节能降耗技术的应用可使用高效凝汽器及循环冷却水自动控制系统，进行温差控制、真空调节与冷却水泵变频运行，使汽轮机的能量损失得到降低。针对抽汽方面，则可利用集控运行来分析机组各级抽汽对应的热力参数进行抽汽量及供热方式的优化使整体热效率得到提高，使汽轮机保持在高效运行的状态。

（三）辅机系统节能控制技术

根据火力发电厂的总体能耗情况，引风机、送风机、给水泵、循环水泵等辅机系统是消耗厂用电的重要部分，因此辅机系统有着巨大的节能潜力。在集控运行模式下，将变频调速技术引入其中可按照火力发电厂的负荷需求来自动调整设备转速，使厂内机组在运行中实现按需供能。

以锅炉为例，在处于低负荷运行的状态时可调节送风机变频器频率来减少风量与电耗。还可以在冷却水系统中使用变频水泵将流量与冷却需求进行精确匹配，此种节能降耗技术可以降低过剩循环损失。在集控运行过程中可根据设备运行数据与能耗模型对辅机效率进行在线评估，并以智能启停控制对辅机系统的设备进行合理轮换与并联运行控制，以此来对辅助系统的高能耗状态进行改变。

（四）余热回收与热力系统优化

在火力发电厂中，其发电过程中有着大量未得到充分利用的低品位热能，比如排烟余热、凝结水热量、循环冷却水余热等都是节能降耗需要关注的部分，在实际中可利用集控系统的能量平衡分析与热网络优化来进行余热的高效回收与再利用。其中烟气余热回收装置可以降低排烟温度的方式减少排烟热损失，而对凝结水回热系统与高低压加热器进行优化配置，则可实现提升回热效率并减少蒸汽抽取量的效果。近年来，在节能降耗技术的发展中，火力发电厂还可在集控运行过程中引入热泵技术与有机朗肯循环系统用于回收低温余热，做到二次发电或供热[3]。

总结：

在火力发电厂中，利用集控运行过程中的节能降耗技术，可做到有效提高机组的运行效率，使能源利用达到最大化的同时降低排放水平。在节能降耗技术中，以燃烧优化控制、汽轮机运行优化、辅机系统节能控制等手段的综合应用为基础，可使火力发电厂在稳定运行的基础上逐步向着煤耗降低、热效率提升及设备寿命延长的方向发展。在实际中对于火力发电厂的集控运行，还要利用数字化、智能化技术推动智能集控中心的建设，从而进一步提升节能降耗技术的应用效果。

文章来源：《产品可靠性报告》https://www.zzqklm.com/w/kj/32519.html