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摘要：随着社会的发展与进步，重视热工自动控制系统对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍热工自动控制系统在火电机组节能降耗中的应用的有关内容。
关键词热工；控制；自动；机组；节能；系统；应用；
中图分类号：TK122文献标识码： A 文章编号：
引言
能源问题已经成为21世纪制约全球工业行业发展的瓶颈，节能降耗工作成為急需落实的问题之一。各电厂对节能降耗工作越来越重视，节能降耗不仅可以降低生产成本，提高企业的经济效益，同时可节约能源，减少环境污染，对促进国民经济的持续科学发展有着十分重要的意义。
一、能源问题已经成为制约发电企业发展的主要问题
各电厂越来越重视节能降耗工作。其中供电标准煤耗是发电企业最重要的节能指标。供电煤耗是一个综合指标，一方面反映机组的实际运行水平，另一方面也反映综合管理水平。
我国发电能源消耗水平与国外相比较有很大差距，如图1所示：
图1供电煤耗率、厂用电率
二、供电煤耗受多种因素的影响
比如：机组负荷率、厂用电率、锅炉效率、主汽压力、主汽温度、再热器温度、真空度、给水温度、机组补水率、再热减温水量等，这些参数的变化对供电煤耗的影响效果大小各异，其中煤种的变化和机组发电负荷率的高低对供电煤耗产生的影响是最重要的。
但是一直以来，我们没有重视热控自动控制系统在节能减排中的重要作用 。虽然，自动控制系统投入率已经纳入各种机组考核指标，但是对于各种参数的合理设定，以及各系统之间的相互协调，给煤量的精确计量等方面做得还很不够。
三、热控自动控制系统在节能降耗工作中起到的作用
3.1 自动在锅炉运行中的降耗作用
3.1.1 锅炉能耗指标分析（与热控专业相关部分）
首先，排烟热损失是影响锅炉效率的各项热损失中最大的一项。其中排烟温度、排烟氧量是决定其损失大小的重要指标。对于600MW亚临界机组和超临界机组排烟温度每变化10℃分别影响煤耗1.6-1.7g/kWh；排烟氧量每变化1％分别影响煤耗0.88g- 0.93/kWh。
其次是化学不完全燃烧热损失，它是由于烟气中的可燃气体CO等未完全燃烧造成的热损失。影响化学不完全燃烧热损失的主要因素是燃料性质、氧量，所以锅炉运行中要保持合理的氧量和一、二次风速。
影响机械不完全燃烧热损失的主要因素是，燃料性质和锅炉燃烧状况。飞灰可燃物是体现锅炉机械不完全燃烧热损失的重要指标。对于600MW亚临界机组和超临界机组飞灰可燃物每变化1％分别影响煤耗1.22-1.28g/kWh。
3.1.2 热控自动系统在锅炉降耗中的作用
氧量、风量、一次风速是锅炉燃烧调整不可缺少的重要指标，对锅炉的排烟热损失、化学不完全燃烧热损失、机械不完全燃烧热损失等都有不同程度的影响，是日常运行应重点监控和分析的指标。
1）送风量的控制在降耗的作用
送风量变化，引起炉内过量空气系数的变化，从而影响燃烧。所以送风量存在一个最佳值，在该值处，排烟损失与未燃尽损失之和为最小。所以在氧量自动系统中要优化负荷与氧量对应的设定值曲线。运行中判断风量大小并调整风量，风量在最佳值的依据除了负荷、煤量外，还要参照氧量大小。氧量测点如安装在锅炉尾部受热面，测出的氧量值受测点前的烟道漏风影响，不能准确反映炉膛出口过量空气系数，所以，氧量测点安装位置应靠前，最好在炉膛出口。应定期通过试验确定最佳氧量以及氧量随负荷变化的曲线，并据此对锅炉日常运行的氧量进行控制调整。应定期对氧量表进行校验，确保准确，为燃烧分析调整提供可靠依据。
2） 控制冷一次风量的影响
目前国产锅炉机组，往往在设计时认为进入炉膛的风量中，除炉膛及制粉系统漏风外，所有风都是通过预热器的。实际上制粉系统在运行时，要掺入部分冷风，以保持一定的磨煤机出口温度，结果使通过预热器的风量小于设计值，因而导致排烟温度升高。这就要求热控系统要控制好锅炉总风量，制定出与给煤量匹配合理的总风量曲线。
3）控制磨煤机出口温度
为保证安全运行，通常对磨煤机出口的乏气温度有所限制。例如烟煤储仓式时该温度不超过70℃；烟煤直吹式时不超过80℃；无烟煤虽然无煤粉爆炸的危险，但仍存在自燃问题，设计时乏气温度也不应超过150℃。锅炉设计时热风温度的选择主要取决于燃烧的需要，所选定的热风温度往往高于所要求的磨煤机入口的干燥剂温度，因此要求在磨煤机入口前掺入一部分温度较低的介质，磨煤机出口温度控制的越低，则掺冷一次风的比例越大，即流过空预器的风量降低，引起排烟温度升高。所以要用自动系统把磨煤机出口温度控制在合理的范围内。
3.2 热控自动在汽轮机降耗中的作用）
3.2.1 汽机能耗指标分析（与专业相关部分）
有资料表明，对于600MW亚临界机组和超临界机组主汽压力每变化1MPa分别影响煤耗0.33-1.4g/kWh；主汽温度每变化10℃分别影响煤耗0.66-1.05g/kWh；再热汽温度每变化10℃分别影响煤耗0.76-0.8g/kWh。
目前我国大型火电机组的汽轮机DEH 控制系统，通常设计有单阀、顺序阀控制方式，机组采用单阀运行，汽轮机调节性能比较好，但是调节级节流非常严重，采用顺序阀调节可以降低节流，提高汽轮机的效率，有研究表明，采用调试良好的顺序阀控制方式比单阀控制方式可以节约5-8g标煤/kWh。为降低能耗，机组进入正常运行以后都应采用顺序阀控制方式。
3.2.2 热控自动系统在机侧降耗中的作用
1） DEH系统的阀门控制方式降低机组煤耗
目前汽轮机顺序阀方式主要有三种：
（1）第一种是CV3、CV4－CV1－CV2,即CV3、CV4随着负荷的增加同时开启，开到位后再开启CV1, CV1开到位后再开启CV2，上汽的600MW超临界机组采用该方式；
（2）第二种是CV1、CV2、CV3－CV4,即CV1、CV2、CV3随着负荷的增加同时开启，开到位后再开启CV4,哈汽生产的600MW亚临界机组采用该方式；
（3）第三种是混合阀方式，低负荷开启CV1、CV2、CV3、CV4四个高压调门，然后1号调门开到一定开度后逐步关闭，其它3个逐步开启，在87％的流量指令下，1号调门全关，然后开启，东汽生产的600MW亚临界、超临界机组采用该方式。
从节能的角度来看，第一种方式最经济，第二种方式次之，第三种方式最差，据文献报道，国内某600MW亚临界机组由单阀方式改为第一种顺序阀方式运行（先同时开两个高调门，再开第三个，最后开第四个），节能效果达到6－8g/Kwh。
为使阀门流量特性更好响应负荷要求，降低供电煤耗，可优化顺序阀阀门开启顺序和阀门流量曲线。有以下方式：
（1）在机组现有控制的基础上改进，进行汽轮机顺序阀调节方式的阀门流量特性试验，测算出汽轮机的实际阀门流量特性，对DEH系统组态设计的阀门流量特性函数进行合理修改，减少节流损失，提高负荷控制精度。
（2）对机组调门进行配汽方式改变后，进行阀门流量特性优化试验，采用先开2个调门，再依次开启剩下的2个调门。但该配汽方式需要汽轮机厂家的认可，且应充分考虑机组运行的安全性。
2）主汽压力自动对机组煤耗影响分析
通常机组在负荷较低、煤质较差时主汽压力波动较大，影响机组带负荷能力，也影响机组自动滑压运行的投入。机组采用滑压运行方式时，主汽压力的滑压设定值较理论值偏小，因此，主汽压力对机组的供电煤耗稍有影响，但是，采用滑压运行极大地提高了整个机组的经济性，汽压自动投入滑压运行有利于节能。
所以我们要对协调控制策略和参数进行精细的调整，合理确定滑参数运行区域的阀门开度和方式，优化主汽压力与高压调节汽阀开度，提高机组运行的经济性。优化后的滑压曲线如果能够配合好顺序阀阀门流量曲线。
3）控制主汽温自动降低机组煤耗
主汽温过高或过低 ，均会影响机组运行的经济性和安全性。机组在负荷较低、煤质较差时主汽温度的波动较大，不利于机组安全、经济运行，影响机组节能降耗。
根据机组锅炉的燃烧特性设计汽温自动控制策略、优化控制参数，提高汽温自动调节品质。汽温稳定以后，可适当提高温度设定值运行，对于600MW超临界机组如果平均主汽温提高4℃，煤耗可以降低 0.4 g/kWh 左右。
4）控制再热汽温自动降低机组煤耗
再热汽温的调整特性不是很好，主要是燃烧器摆角无法投自动、烟气挡板调节性能比较差。当负荷比较高时，需要用再热器事故减温水参与调整才能保证再热汽温度不超标。再热器事故减温水的使用对供电煤耗的影响很大，再热汽减温水每增加l t/h,机组供电煤耗将升高0.2g/ kWh左右。
另外对于600MW超临界机组，通过优化给水自动可达到节能的目的，保持中间点温度的稳定，进而稳定主汽温度。
5）控制回热系统加热器组端差降低煤耗
加热器组端差指的是热力系统中的“三高四低一除氧”八个加热器的端差。影响加热器组端差的主要是加热器水位，水位如果增高，将导致疏水温度降低，加热器端差降低，反之，加热器汽侧水位过低，将导致疏水温度升高，加热器端差增大。
加强回热系统的水位调整，减少加热器端差。对高、低加的水位测量设备进行全面的检查，保证水位测量方法科学、测量的基准统一，确保DCS系统高、低加水位信号准确。优化高、低加水位自动调节品质，合理设定高、低加水位，减少加热器端差，达到节能效果。
3.3提高与节能指标计算相关的热控主要参数准确性
数据是工作的基础，数据的准确性和可比对性对于能耗计算很重要。电厂应做好机炉效率计算、节能指标计算用热控主要参数的校验、维护工作，保证机组负荷率、主汽压力、主汽溫度、各汽水流量、真空、氧量、排烟温度等能耗计算用主要参数的测量准确，为节能减排分析提供可靠数据 。
结束语
火电厂节能降耗工作不仅仅是锅炉、汽机专业的任务，热控专业也应站在节能降耗的高度，做好推广应用优化控制软件；优化过程控制和控制参数；优化锅炉燃烧控制系统；DEH系统的阀门控制方式、汽压自动及滑压运行、汽温自动等控制优化以及电厂入炉煤计量、节能指标计算用热控主要参数的准确测量等工作，为火电厂节能减排、降耗做出应有的贡献。
参考文献
[1]李麟章.火电厂热工自动化设计中节能减排分析[J].江苏电机工程 2010，（01）：65—69
[2]杨育红.大型火电厂热工自动化水平的探讨[J].华东电力.2007，(11)
[3]张影.火电厂热工自动化与节能增效.能源技术.1997，(03):024
关键词热工；控制；自动；机组；节能；系统；应用；
中图分类号：TK122文献标识码： A 文章编号：
引言
能源问题已经成为21世纪制约全球工业行业发展的瓶颈，节能降耗工作成為急需落实的问题之一。各电厂对节能降耗工作越来越重视，节能降耗不仅可以降低生产成本，提高企业的经济效益，同时可节约能源，减少环境污染，对促进国民经济的持续科学发展有着十分重要的意义。
一、能源问题已经成为制约发电企业发展的主要问题
各电厂越来越重视节能降耗工作。其中供电标准煤耗是发电企业最重要的节能指标。供电煤耗是一个综合指标，一方面反映机组的实际运行水平，另一方面也反映综合管理水平。
我国发电能源消耗水平与国外相比较有很大差距，如图1所示：
图1供电煤耗率、厂用电率
二、供电煤耗受多种因素的影响
比如：机组负荷率、厂用电率、锅炉效率、主汽压力、主汽温度、再热器温度、真空度、给水温度、机组补水率、再热减温水量等，这些参数的变化对供电煤耗的影响效果大小各异，其中煤种的变化和机组发电负荷率的高低对供电煤耗产生的影响是最重要的。
但是一直以来，我们没有重视热控自动控制系统在节能减排中的重要作用 。虽然，自动控制系统投入率已经纳入各种机组考核指标，但是对于各种参数的合理设定，以及各系统之间的相互协调，给煤量的精确计量等方面做得还很不够。
三、热控自动控制系统在节能降耗工作中起到的作用
3.1 自动在锅炉运行中的降耗作用
3.1.1 锅炉能耗指标分析（与热控专业相关部分）
首先，排烟热损失是影响锅炉效率的各项热损失中最大的一项。其中排烟温度、排烟氧量是决定其损失大小的重要指标。对于600MW亚临界机组和超临界机组排烟温度每变化10℃分别影响煤耗1.6-1.7g/kWh；排烟氧量每变化1％分别影响煤耗0.88g- 0.93/kWh。
其次是化学不完全燃烧热损失，它是由于烟气中的可燃气体CO等未完全燃烧造成的热损失。影响化学不完全燃烧热损失的主要因素是燃料性质、氧量，所以锅炉运行中要保持合理的氧量和一、二次风速。
影响机械不完全燃烧热损失的主要因素是，燃料性质和锅炉燃烧状况。飞灰可燃物是体现锅炉机械不完全燃烧热损失的重要指标。对于600MW亚临界机组和超临界机组飞灰可燃物每变化1％分别影响煤耗1.22-1.28g/kWh。
3.1.2 热控自动系统在锅炉降耗中的作用
氧量、风量、一次风速是锅炉燃烧调整不可缺少的重要指标，对锅炉的排烟热损失、化学不完全燃烧热损失、机械不完全燃烧热损失等都有不同程度的影响，是日常运行应重点监控和分析的指标。
1）送风量的控制在降耗的作用
送风量变化，引起炉内过量空气系数的变化，从而影响燃烧。所以送风量存在一个最佳值，在该值处，排烟损失与未燃尽损失之和为最小。所以在氧量自动系统中要优化负荷与氧量对应的设定值曲线。运行中判断风量大小并调整风量，风量在最佳值的依据除了负荷、煤量外，还要参照氧量大小。氧量测点如安装在锅炉尾部受热面，测出的氧量值受测点前的烟道漏风影响，不能准确反映炉膛出口过量空气系数，所以，氧量测点安装位置应靠前，最好在炉膛出口。应定期通过试验确定最佳氧量以及氧量随负荷变化的曲线，并据此对锅炉日常运行的氧量进行控制调整。应定期对氧量表进行校验，确保准确，为燃烧分析调整提供可靠依据。
2） 控制冷一次风量的影响
目前国产锅炉机组，往往在设计时认为进入炉膛的风量中，除炉膛及制粉系统漏风外，所有风都是通过预热器的。实际上制粉系统在运行时，要掺入部分冷风，以保持一定的磨煤机出口温度，结果使通过预热器的风量小于设计值，因而导致排烟温度升高。这就要求热控系统要控制好锅炉总风量，制定出与给煤量匹配合理的总风量曲线。
3）控制磨煤机出口温度
为保证安全运行，通常对磨煤机出口的乏气温度有所限制。例如烟煤储仓式时该温度不超过70℃；烟煤直吹式时不超过80℃；无烟煤虽然无煤粉爆炸的危险，但仍存在自燃问题，设计时乏气温度也不应超过150℃。锅炉设计时热风温度的选择主要取决于燃烧的需要，所选定的热风温度往往高于所要求的磨煤机入口的干燥剂温度，因此要求在磨煤机入口前掺入一部分温度较低的介质，磨煤机出口温度控制的越低，则掺冷一次风的比例越大，即流过空预器的风量降低，引起排烟温度升高。所以要用自动系统把磨煤机出口温度控制在合理的范围内。
3.2 热控自动在汽轮机降耗中的作用）
3.2.1 汽机能耗指标分析（与专业相关部分）
有资料表明，对于600MW亚临界机组和超临界机组主汽压力每变化1MPa分别影响煤耗0.33-1.4g/kWh；主汽温度每变化10℃分别影响煤耗0.66-1.05g/kWh；再热汽温度每变化10℃分别影响煤耗0.76-0.8g/kWh。
目前我国大型火电机组的汽轮机DEH 控制系统，通常设计有单阀、顺序阀控制方式，机组采用单阀运行，汽轮机调节性能比较好，但是调节级节流非常严重，采用顺序阀调节可以降低节流，提高汽轮机的效率，有研究表明，采用调试良好的顺序阀控制方式比单阀控制方式可以节约5-8g标煤/kWh。为降低能耗，机组进入正常运行以后都应采用顺序阀控制方式。
3.2.2 热控自动系统在机侧降耗中的作用
1） DEH系统的阀门控制方式降低机组煤耗
目前汽轮机顺序阀方式主要有三种：
（1）第一种是CV3、CV4－CV1－CV2,即CV3、CV4随着负荷的增加同时开启，开到位后再开启CV1, CV1开到位后再开启CV2，上汽的600MW超临界机组采用该方式；
（2）第二种是CV1、CV2、CV3－CV4,即CV1、CV2、CV3随着负荷的增加同时开启，开到位后再开启CV4,哈汽生产的600MW亚临界机组采用该方式；
（3）第三种是混合阀方式，低负荷开启CV1、CV2、CV3、CV4四个高压调门，然后1号调门开到一定开度后逐步关闭，其它3个逐步开启，在87％的流量指令下，1号调门全关，然后开启，东汽生产的600MW亚临界、超临界机组采用该方式。
从节能的角度来看，第一种方式最经济，第二种方式次之，第三种方式最差，据文献报道，国内某600MW亚临界机组由单阀方式改为第一种顺序阀方式运行（先同时开两个高调门，再开第三个，最后开第四个），节能效果达到6－8g/Kwh。
为使阀门流量特性更好响应负荷要求，降低供电煤耗，可优化顺序阀阀门开启顺序和阀门流量曲线。有以下方式：
（1）在机组现有控制的基础上改进，进行汽轮机顺序阀调节方式的阀门流量特性试验，测算出汽轮机的实际阀门流量特性，对DEH系统组态设计的阀门流量特性函数进行合理修改，减少节流损失，提高负荷控制精度。
（2）对机组调门进行配汽方式改变后，进行阀门流量特性优化试验，采用先开2个调门，再依次开启剩下的2个调门。但该配汽方式需要汽轮机厂家的认可，且应充分考虑机组运行的安全性。
2）主汽压力自动对机组煤耗影响分析
通常机组在负荷较低、煤质较差时主汽压力波动较大，影响机组带负荷能力，也影响机组自动滑压运行的投入。机组采用滑压运行方式时，主汽压力的滑压设定值较理论值偏小，因此，主汽压力对机组的供电煤耗稍有影响，但是，采用滑压运行极大地提高了整个机组的经济性，汽压自动投入滑压运行有利于节能。
所以我们要对协调控制策略和参数进行精细的调整，合理确定滑参数运行区域的阀门开度和方式，优化主汽压力与高压调节汽阀开度，提高机组运行的经济性。优化后的滑压曲线如果能够配合好顺序阀阀门流量曲线。
3）控制主汽温自动降低机组煤耗
主汽温过高或过低 ，均会影响机组运行的经济性和安全性。机组在负荷较低、煤质较差时主汽温度的波动较大，不利于机组安全、经济运行，影响机组节能降耗。
根据机组锅炉的燃烧特性设计汽温自动控制策略、优化控制参数，提高汽温自动调节品质。汽温稳定以后，可适当提高温度设定值运行，对于600MW超临界机组如果平均主汽温提高4℃，煤耗可以降低 0.4 g/kWh 左右。
4）控制再热汽温自动降低机组煤耗
再热汽温的调整特性不是很好，主要是燃烧器摆角无法投自动、烟气挡板调节性能比较差。当负荷比较高时，需要用再热器事故减温水参与调整才能保证再热汽温度不超标。再热器事故减温水的使用对供电煤耗的影响很大，再热汽减温水每增加l t/h,机组供电煤耗将升高0.2g/ kWh左右。
另外对于600MW超临界机组，通过优化给水自动可达到节能的目的，保持中间点温度的稳定，进而稳定主汽温度。
5）控制回热系统加热器组端差降低煤耗
加热器组端差指的是热力系统中的“三高四低一除氧”八个加热器的端差。影响加热器组端差的主要是加热器水位，水位如果增高，将导致疏水温度降低，加热器端差降低，反之，加热器汽侧水位过低，将导致疏水温度升高，加热器端差增大。
加强回热系统的水位调整，减少加热器端差。对高、低加的水位测量设备进行全面的检查，保证水位测量方法科学、测量的基准统一，确保DCS系统高、低加水位信号准确。优化高、低加水位自动调节品质，合理设定高、低加水位，减少加热器端差，达到节能效果。
3.3提高与节能指标计算相关的热控主要参数准确性
数据是工作的基础，数据的准确性和可比对性对于能耗计算很重要。电厂应做好机炉效率计算、节能指标计算用热控主要参数的校验、维护工作，保证机组负荷率、主汽压力、主汽溫度、各汽水流量、真空、氧量、排烟温度等能耗计算用主要参数的测量准确，为节能减排分析提供可靠数据 。
结束语
火电厂节能降耗工作不仅仅是锅炉、汽机专业的任务，热控专业也应站在节能降耗的高度，做好推广应用优化控制软件；优化过程控制和控制参数；优化锅炉燃烧控制系统；DEH系统的阀门控制方式、汽压自动及滑压运行、汽温自动等控制优化以及电厂入炉煤计量、节能指标计算用热控主要参数的准确测量等工作，为火电厂节能减排、降耗做出应有的贡献。
参考文献
[1]李麟章.火电厂热工自动化设计中节能减排分析[J].江苏电机工程 2010，（01）：65—69
[2]杨育红.大型火电厂热工自动化水平的探讨[J].华东电力.2007，(11)
[3]张影.火电厂热工自动化与节能增效.能源技术.1997，(03):024