电厂热工自动控制技术研究

电厂热工自动控制技术研究
发布时间：2023-02-02T08:31:51.624Z 来源：《当代电力文化》2022年18期作者：栗晋锋
[导读] 随着社会经济的发展，人们对电能的需求量越来越大
栗晋锋
阳城国际发电有限责任公司山西省晋城市 048100
摘要：随着社会经济的发展，人们对电能的需求量越来越大，给电厂的产能提出了更高要求，但就目前的电厂热工控制现状而言，其控制模式已经很难适应电力工业控制单元机组的客观发展需求。

文章概述了电厂热工自动化控制技术，分析了电厂热工自动控制技术中存在的问题，并结合多年实际工作经验提出了确保电厂热工自动控制技术可靠应用的策略。

关键词：电厂；热工自动化；控制技术
一、常见电厂热工自动控制技术分析
1.1热工测量技术
热工自动控制技术是通过自动化技术对电厂中各种热工设备的运行数据进行收集与处理，并据此对设备进行自动控制，使设备能够始终保持在安全稳定的运行状态，而在这一过程中，设备运行数据的收集则是通过热工测量技术来实现的。

一般来说，电厂的热工测量技术可具体分为温度测量、压力测量、流量测量以及液位测量几种，分别用于不同类型的设备运行数据测量，而其测量原理也是完全不同的，例如流量测量采用了差压测量原理，而液位测量则运用了压力补偿原理[1]。

1.2自动监测技术
由于电厂设备的很多运行安全事故都具有突发性特点，因此电厂热工自动控制系统必须要实现对热工设备运行数据的动态化、全天候监测，保证能够及时了解热工设备运行情况，这样只要设备运行数据出现异常，系统就能够在第一时间发现异常情况，并对设备进行相应的调整，使其能够尽快恢复到正常运行状态。

例如在电厂锅炉汽轮机内，通常都会安装有大量的检测设备和测量仪表，用于记录锅炉汽轮机组的运行参数，并与正常运行数据进行对比，如果汽轮机组的温度、水位、转速等运行参数出现问题，系统就可以按照正常运行数据标准操控设备做出及时调整，从而保证机组运行的经济性、安全性与可靠性。

1.3自动调节技术
在发现热工设备运行异常后，热工自动控制系统会对设备做出相应的调整，而自动调节技术正是实现设备管控的关键所在，在电厂热工自动控制系统中，各种热工设备的运行参数都会有着明确的标准或范围，而一旦设备实际运行参数超出了这一范围，系统就会按照运行参数标准对设备进行管控，从而实现自动调节。

1.4顺序管控技术
顺序管控简单来说就是预先对触发条件与执行步骤、操作进行预先设定，一旦电厂热工设备出现机组启停等运行事故，那么事故所产生的影响就会满足相应管控措施的处罚条件，而系统也会按照执行步骤来完成热工设备的管控要求，实现对电厂热工设备进行规范化操作。

1.5自动保护技术
自我保护是指在电厂热工设备运行参数出现异常的情况下，热工自动控制系统会及时作出判断，向相关管理人员及时预警，同时针对事故采取紧急处理措施，以免因热工设备自身问题而造成安全事故，威胁人们的生命安全，同时为避免运行事故影响的进一步蔓延，系统通常还会执行安全事故联锁保护机制，例如在出现火灾时，系统除了要采取灭火保护外，还要对热工设备进行超压保护以及超温保护。

2.热电自动化技术在电厂的应用
2.1 DCS系统的应用
DCS系统的过程控制级一般由分散的现场控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制，并通过数据通信网络传送到生产监控级计算机。

生产监控级对来自过程控制级的数据进行集中操作管理，如各种优化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。

DCS系统的控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可更方便的加入所需的特殊控制算法[2]。

我国的DCS产品和技术在高端工业自动化领域不断打破国外垄断，其控制核心技术，已在600/660/1000MW超临界机组获得广泛应用。

“炉-机-电-辅-仿”一体化DCS控制使得电厂生产层数据流畅、监控便利、管理精细，检修维护方便；以非线性预测控制、状态重构、内模控制等先进算法为基础的超超临界机组协调控制方案，能够有效提高电厂机组控制与运行性能；通过先进控制与优化、生产过程优化，可以改善机组参数运行品质、优化运行方式与定值，提高机组效率，降低机组供电煤耗，减少排放生成，实现电厂节能减排。

2.2 自动控制
（1）基于锅炉效率最优的风燃比优化；锅炉燃烧过程中保持最佳风燃比是提高锅炉效率和经济性的关键措施。

优化氧量定值，以锅炉效率最高为优化目标，结合锅炉运行工况中热效率与空气系数的特定关系曲线，利用最优控制理论，寻求不同负荷状态下的最佳风燃比，实现锅炉经济稳定燃烧[3]。

（2）制粉系统预测控制；正压直吹式制粉系统是一个典型的多变量非线性时变系统。

各控制量和被控量之间存在着严重的耦合关系，控制量扰动大，被控量滞后严重，基于经典PID设计的控制方案难以实现制粉系统的解耦控制。

（3）主蒸汽温度预测控制；应用主汽温预测控制功能，提高锅炉汽温控制的鲁棒性，提升汽温控制精度，实现锅炉变负荷情况下，减少汽温波动幅度，延长过热器设备寿命，降低锅炉爆管风险，节约机组运行维护费用。

同时减少减温水喷量，提升锅炉运行效率，进一步降低机组供电煤耗。

2.3 重要参数测量
（1）先进在线测量技术应用；烟气成分在线测量系统。

将SCR入口和出口CEMS系统中的CO、NOx浓度、O2含量等参数的实时测量数据送到优化控制器系统，为智能控制提供可靠测量参数。

（2）重要参数软测量；测量计算结果应用到相关控制回路中，可降低机组煤耗，提高运行效率。

（3）锅炉CT；锅炉CT技术根据声学测温原理，对炉膛温度进行非接触式测量，实现炉膛温度场的可视化和在线检测，声波测点布置对锅炉本体不造成任何破坏，充分利用锅炉现有的观火孔和短吹预留孔。

3、火电厂热工自动化系统的选择
3.1实施人工智能
模拟量控制系统的质量和范围正在不断提高，预计在不久的将来将出现大量人工智能研究成果，系统将逐步从仿真阶段发展到实用阶段。

在这个阶段，电厂温度和压力监测系统只会根据某一点的温度和压力进行检测，而忽略了整体情况。

因此，测试结果往往不令人满意。

从目前的技术角度来看，这个问题目前无法有效解决。

然而，随着人工智能技术的发展，我相信人工智能的未来使用可以很好地解决这个问题。

3.2电厂热管理中的自卫
自卫是当电厂热力设备运行中的异常现象和参数超过既定限制时发出预警，并采取有效措施或遵守自动锁定命令，以防止热力设备问题引起的安全事故，并危及人身安全。

近年来，随着火电厂容量的扩大，供热系统变得非常复杂，运行管理繁琐，管理难度加大。

在这种情况下，对电厂热管理过程的自动保护提出了更高的要求。

我们探索了广泛的自我保护，如消防、过压和过热保护以及安全事故锁定保护。

以汽轮机自动保护为例，它还包含一些具体内容，如超速、轴位移、低油压、胀差和低真空保护 3.3智能设备管理
目前，火电厂DCS控制系统的集成已得到广泛应用，但DCS系统的智能化一直被业界忽视。

类似的智能监控系统软件在其他行业也得到了很好的应用。

因此，我们有理由相信，在各行各业不断努力尽快实现智能化的今天，我国火电厂设备自动化系统不会落后于其他行业。

电力行业应重视智能设备管理的重要性，并寻求在未来几年将信息智能仪表和相关智能软件应用于能源行业。

结语
总之，由于现阶段国内电厂热工自动控制技术的快速发展，使电厂生产运转也逐渐趋向于安全稳定性。

在电厂当中运用自动控制技术，除了能够突破传统生产能达到设备自动化操作以外，很大程度上还能将人力成本费用降低，其在将来发展前景当中有很大空间。

参考文献
[1]薛占良.自动化控制技术在火电厂热工仪表中的应用[J].电气传动自动化,2020,v.42;No.197(02):51-53.
[2]张世瑞.刍议常见电厂热工自动控制技术[J].科学与信息化, 2019,000(005):18-19.
[3]高宇鹏.电厂热工自动控制技术的应用[J].集成电路应用, 2019, 36(10):2.。