热工自动化如何应对火电机组的技术创新

火电技术的发展面临“四变”
四是CO2的减排：
2020年大型发电集团单位供电二氧化碳排放控制在550克/千瓦时以内的。目 前即使是600度等级的超超临界机组，其碳排放强度平均780gCO2/kWh。为达到 550克/千瓦时以内的目标，需要综合采用：A-USC技术；掺10%以上生物质（含 污泥）；供25%以上供热等技术。
在机组NOx排放相同、锅炉效率不降低、氨逃逸率不大于 3ppm前提下，喷氨量减少10%。 在SCR出口NOx分布CV值下降10个百分点。
热工自动化技术的新发展-脱硝优化 低氮燃烧优化 通过改进风量、风门控制策略，解决了低负荷氮氧化物偏高 的问题；
在全负荷范围内有效降低了燃烧过程中氮氧化物的生成，提
目前正在设计和建设之中有： 1100MW的高效一次再热间接空冷超超临界机组； 1240MW的一次再热超超临界机组； 630℃一二次再热超超临界机组； 660MW超超临界循环流化床机组； 高位布置二次再热中间参数超超临界机组。
火电技术的发展面临“四变”
一是煤质多变：
新疆的高碱金属煤 蒙东的高水分褐煤 哈密的年轻褐煤 西南的高硫煤 神东的低灰熔点煤 山西及南方的无烟煤 成为未来发电机组的 主力煤种
热工自动化的发展如何应对 火电技术创新的挑战
湖南省湘电试验研究院有限公司 2017年9月
2006-2016年中国超超临界机组10周年
2017年8月5日，已有100台1000MW级超超临界机组投产
2.0：700℃先进超超临界机组（A-USC） 采用Ni基材料
1.5：高位布置二次再热中间参数超超临界机组 安徽平山1350MW示范机组/630℃ 1.2：二次再热超超临界机组： 32MPa/600℃/620℃ /620℃ 1.1：高效一次再热超超临界机组：28MPa/600℃/620℃ 1.05：改进型超超临界机组：27MPa/600℃/610℃ 1.0：超超临界机组： 26MPa/600℃/600℃
高了锅炉效率。 基于烟气含氧量的SCR入口NOx含量预测方法 氮氧化物测量装置(抽吸式)存在2~3min的延迟，依据测量值 进行控制存在较大的滞后。
炉膛出口烟气含氧量与SCR入口NOx含量存在正相关性，且氧
量的测量延迟较小
热工自动化技术的新发展-脱硝优化
基于变负荷及磨煤机启停的智能前馈方法 机组变负荷初期、磨煤机启停过程，SCR入口NOx波动较大， 设计了基于变负荷及磨煤机启停的智能前馈回路。
对热工自动化专业的挑战
如何将机组主要参数控制更加准确、稳定 如何适应宽负荷调峰满足两项细则的要求 如何更好的满足超低排放的要求 如何应对智能电厂的发展 只有不同负荷下维持参数的稳定才有经济性和安全性 只有适应低负荷高效率运行才有经济性 只有满足两项细则考核才能确保电网的稳定 只有降低环保设施运行的物耗、能耗才能确保经济环保运行 只有实行机组的智能化才能在动态的情况下选择最经济环保 的运行曲线
基于烟道出口NOx的均值控制方法
烟道出口Nox值是最终排入大气的量，也是环保机构检测的 数据，但烟道出口至SCR入口间存在较大延迟。 设计了基于烟道出口NOx均值控制的修正回路，统计一段时 间内的NOx排放数据，基于此进行缓慢调节，实现烟道出口NOx
的均值可控性。
热工自动化技术的新发展-脱硝优化
热工自动化技术的新发展-闭环优化
闭环优化控制系统的应用：
进口的优化软件PROFI（西门子）在国华有比较广泛的： 东南大学的INFIT 浙江电科院TOP7 华北电科院、西安热工院、国华研究院、广东电科院、中 电投明华公司都进行了一定的研究。
这些系统的基本特征都是外挂PLC或minDCS，通过通讯或硬 接线的方式和DCS的指令进行切换。 由浙江电科院、国华研究院、华北电科院、广东电科院联合编写的： DL/T 1492.1-2016 火力发电厂优化控制系统技术导则 第1部分： 基本要求 DL/T 1492.2-2016 火力发电厂优化控制系统技术导则 第2部分： 协调及汽温优化控制系统验收测试 于2016年6月1日开始实施，为闭环优化控制系统的应用提供了依据。
热工自动化技术的新发展-闭环优化 东南大学的INFIT系统的特性
热工自动化技术的新发展-闭环优化
西门子的优化软件PROFI的特性
热工自动化技术的新发展-一次调频
凝结水节流是通过快速改变凝结水流量，从而改变汽机抽汽量，改变机 组发电负荷。本质上是一种利用汽机回热系统蓄能的技术。 切除低加的方法： 切除水侧：类似最深度的“凝结水节流”，反应比较快。 切除汽侧：切除#5、#6低加的汽侧。 切除低加的方法，受制于抽汽门的动作速度，低加危急疏水的能力也有 影响。一般可以提供25MW左右的调频负荷（1000MW机组，850MW负 荷时） 切除高加的方法： 切除水侧；水侧大旁路来切除一组高加。 切除汽侧：关闭抽汽逆止门及电动门；或调节高加抽汽量。 切除高加从理论上可以获取10%的负荷，由于抽汽电动门动作速度的问题， 通过关闭汽侧阀门，一般可以在一分钟提供25MW左右的调频负荷，最大 45MW负荷（ 1000MW机组，850MW负荷时）。切除高加对高加的热 应力大，在没有配置0号高加调节抽汽量的情况下，一般不采用。 采用凝结水节流+切除低加的方案是利用汽机回热解决一次调频的合理方案
热工自动化技术的新发展-ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ能电厂
完善自动化：完善以APS为基础的智能控制系统，这是智 能化电厂最重要的应用基础； 先进测量：广泛利用FCS和ECMS，智能巡检，建设智能 电厂的设备基础； 三维虚拟化：设计的三维化，人员和工具设备的定位，建 设智能电厂的管控基础； 监测与优化：是基于大数据基础上的优化。
以致于相关专家感慨：我们现在的机组是能够设计出来， 能够制造出来，但调试不出来，运行不出来。
对热工自动化专业的挑战 目前高效一二次再热超超临界机组在50%左右的负荷能 够维持主再热汽温在设计值附近，影响的主要问题是金属 材料的裕量问题： 锅炉从超临界566℃到高效一、二次再热的623℃使用的 材料都是TP347H、TP347HFG、超级304，无非是进行了细晶 化处理，都有一个638℃的限制。 汽机的高温转子哪怕是未来的中间参数630℃、650℃都 是9-12%cr铁素体耐热钢。无非是超过添加W、Mo、Co、B、 N等元素进行强化，形成：
热工自动化技术的新发展-智能电厂
智能电厂建设的目的是达到更安全、高效、环保运行， 离开了这个目的就成为无源之水。
国华锦界电厂三期2X660MW超超临界机组； 国电上海庙2X1000MW超超临界机组。
DCS的应用是热工自动化的一场革命 绿色能源革命和互联网+智慧能源是自动化技术 新革命、新发展
对热工自动化专业的挑战
火电热工自动化面临以下突出问题： 高效一次再热机组由于再热汽温度波动的问题，汽温基本在 610℃左右，其节能效果没有得到发挥。 二次再热机组控制对象大滞后的问题，三个项目都存在一次 调频性能差，AGC功能无法满足电网调度要求的要求； 如何部分机组改造后，由于两项细则考核的问题，调节阀保 持大于5%主汽压力的节流压降运行； 为满足超低排放的要求，氨逃逸率高的问题突出。
热工自动化技术的新发展-脱硝优化 环保指标日趋严格，为达到要求，增大喷氨量，造成氨量多 喷、过喷，增加运行成本，给下游设备带来隐患。 现有脱硝喷氨控制采用前馈-反馈串级控制，由于测量及反 应的滞后，该控制策略不能有效的应对因燃烧工况的变化而引 起的入口NOx急剧变化的工况，存在较大的滞后和超调。当入 口NOx分钟变化率超过20mg时，大概率会发生NOx超过50mg/m3。 通过开发低NOx排放优化控制系统，优化喷氨控制。
是
每一个自动化工作者的新挑战!
感谢参加2017年热工自动优化技术研讨会 各位领导专家的指导
汇 报 完 毕
二是负荷多变：
造成负荷多变的原因除传统意义上的水火比、供 热、民用电与带基负荷的重化工业用电比外，为消纳 风电、太阳能等新能源更造成了瞬时负荷多变，火电 机组的深度调峰。另外特高压工程对受端的影响也不 可小视。
火电技术的发展面临“四变”
三是超低排放标准全球最严 在当前环保技术没有突破的情况下，超低排放无非是增加最多 的催化剂层，喷更多的氨，增加更多的浆液循环泵，更多的除雾 器层。需要解决低负荷投入脱硝，降低氨逃逸率等问题。
2006-2016年中国超超临界机组10周年
在这十年里，超超临界机组技术发展： 第一代600 ℃等级的机组已经完成建设使命，新疆五家渠市信发热电 1100MW直接空冷机组成为其典型代表； 2014年底投产了神东电力万州港1050MW高效一次再热超超临界机组； 二次再热机组经过安源、泰州、莱芜三个项目发展，技术逐步成熟； 单系列布置、烟塔合一、间接空冷、高位收水凉水塔、广义回热、超低 排放等技术得到了广泛应用； 以APS应用为代表的第一代机组智能技术开始应用，智慧电厂的概念提出。
煤质多变使“W”火焰；超超临界循环流化床；四角对冲；八 角双切圆这些非常规的燃烧方式得到了广泛的应用。
火电技术的发展面临“四变”
东北： 冬季供暖低负荷调峰、 灵活性改造问题突出 西南： 水火比问题突出 西北： 无功问题突出，电网 频率不稳定，自备电 厂与公用电厂矛盾。 华中： 水火比问题突出，特 高压受端存在一次调 频问题。 华北、华东、广东 外送电比例高，特高 压受端造成存在一次 调频问题。
建立一个外挂式优化控制系统，通过与DCS的通讯和现场 的硬接线实现脱硝的优化。
挂
热工自动化技术的新发展-脱硝优化
在达到相同环保要求的前提下，实现了更少耗氨量，更精准的控制， 提高了空预器等设备的运行安全性。
热工自动化技术的新发展-智能电厂
智能电厂（Smart Power Plant，SPP）是指在广泛采用现代数字信 息处理和通信技术基础上，集成智能的传感与执行、控制和管理等技 术，达到更安全、高效、环保运行，与智能电网相互协调的发电厂。 智能电厂是数字化电厂的延伸与发展。
热工自动化技术的新发展-一次调频
热工自动化技术的新发展-一次调频
针对燃煤机组深度调峰调频的新形势，应研究合理利用蓄能 的新技术，保证机组的安全性，兼顾机组的经济性，实现网源 双赢。 一次调频要求响应速率快，燃煤机组一次调频本质上是利 用蓄能的技术。传统的一次调频利用锅炉的蓄能，开发回热系 统的蓄能是一个新的思路。 凝结水变负荷技术恰好适应在机组升降负荷的瓶颈期 （10~180s）应用，缓解负荷响应速度与节能运行的矛盾。 回热系统调频，相对于凝结水调频技术，负荷调节范围较大， 响应速度更快。随着0号高加方案逐步被接受，锅炉余热利用 方式的变化，MGGH的应用，回热系统调频的作用还可以得到进 一步发挥。
566℃等级常规9-12%Cr铁素体耐热钢； 600℃等级改良9-12%Cr铁素体耐热钢； 620-630℃等级新型9-12%Cr铁素体耐热钢； 630-650℃等级超级9-12%Cr铁素体耐热钢。 这特别需要自动控制系统维持汽温的稳定
对热工自动化专业的挑战
目前我国的汽轮机技术已经从跟踪世界先进水平到自主研发的精细化 道路。 上汽引进西门子技术生产的超超临界机组及阿尔斯通的超超临界汽轮 机无调节级，采用节流调节，取得了非常大的成功。 近年来，哈汽、东汽新生产的600MW以上超超临界机组均抛弃了原来 日立、东芝设计技术路线，高压缸取消了调节级，带红套环，采用节 流调节方式，效率大幅度提高。 节流调节的机组需要重点解决其一次调频、AGC能力的问题，降低调 节阀开度，同时解决汽流激振的问题，以上汽百万SIEMENS机型为例， 调门开度30%与45%比较： 500MW工况，煤耗增加3.7g/kwh， 700MW工况，煤耗增加2.1g/kwh， 900MW工况，煤耗增加1.2g/kwh。