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火力发电厂热控可靠性与经济性的优化策略探讨

发表时间：2020/11/23 来源：《基层建设》2020年第22期作者：陈鹏程

[导读] 摘要：火力发电厂作为我国电能的主要提供机构，其热控可靠性与经济性直接影响了我国经济建设的质量。

        广东省佛山市华电佛山能源有限公司广东佛山 528300
        摘要：火力发电厂作为我国电能的主要提供机构，其热控可靠性与经济性直接影响了我国经济建设的质量。本文就对火力发电厂热控系统运行中存在的一些问题进行分析，试探性的提出几种解决措施，以供广大同行参考与借鉴。
        关键词：火力发电厂；热控；可靠性；经济性；优化策略
        1 火力发电厂热控系统运行环境及需要解决的问题
        1.1 热控制系统故障的离散性大
        由于我国热控制系统的监控能力在不断进步，监控范围也越来越广，导致热控制系统故障的离散性也越来越大。如果热控制系统的控制逻辑、执行设备、外部运行环境，或是热控制系统的安装、调配、运行、维修等环节中出现故障，都有可能引保护系统跳闸，进而影响热控制系统的顺利运行。所以，在控制系统的设计、安装、调配、运行、维修、检测过程中，完善制逻辑、提高热控制系统的可靠性是非常有必要的。火力发电厂大型单元机组见图1所示，火力发电厂热控系统运行环境通常有数千甚至上万个参数需要监视、操作和控制，而且多种运行方式和切换关系使控制对象特性多变。

        图1 火力发电厂大型单元机组
        1.2 火力发电厂的设备性能差安全性较低
        火力发电厂的热控元件复杂多样，不可能每一个元件都能保持最佳的状态，作为一个环环相扣的系统一个元件的故障或者质量出现问题会影响整个热控系统。还有可能是线路虚接短路，电缆受潮老化导致的导电性能下降。或者是根本上的电力系统设计不合理加大了整个电源系统的故障危害性。所以要尽可能减少电源系统容量和系统符合预防超载，减少电源故障引起的FSSS、ETS的系统启动。
        1.3 缺乏有效的设备管理模式
        目前，热控制系统的设备管理模式还没有明确提出，设备的维修大部分都是运用定期检查和维修的方式进行的，这样一来，不但对于企业自身是一种浪费，还会使热控制系统的设备发生异常。比如，仪表调前的合格率一般为97%，有的可能还会更高，还要定期对设备进行检验。有一些营业单位在采购企业所需的设备时，由于对所需设备并没有充分的了解，常采购一些质量不过关的产品，也不懂得如何对设备进行分类。如果用户没有发现故障并且不能正常使用系统时，其生命安全就很可能受到威胁。所以说，怎样对设备进行合理的分类是非常重要的问题，企业需要对在线运行设备进行分类，并且要在短时间内制订一份比较合理、有利于实施的校验周期表。
        2 优化火力发电厂热控可靠性与经济性的措施
        在火力发电厂中，热控系统在一定程度上能够表现出发电厂的自动化水平，它的主要功能是在设备日常运转中，全过程监控热力系统以及其中的设备状况，以此保证厂内机组运转的有效性。由此可见，发电企业需要不断优化热控系统的可靠性，保证设备运转的经济性。
        （1）对热控系统中的薄弱环节进行分析，有针对性地实施改进措施。
        由于发电企业的热控系统较以往更加复杂，并且企业内机组容量不断增加，在热控系统的可靠性方面也有了更高的要求。但是，根据对目前电力企业中热控系统的工作状况的分析可得知，以下几个环节运行的可靠性有待加强：第一，汽轮机监视仪表（turbine supervisory instrument，TSI）。由于在电力企业中因TSI系统异常而导致的机组运行故障时有发生，因此，电力企业应组织相关专业人员召开专题研讨会，研究安全生产技术，吸取以往经验教训，制定突发事件应急预案。第二，提高热控系统抗干扰能力。由于热控系统的实际工作环境中有较多的因素都会对其产生干扰作用，导致热控系统工作不稳定以及测量工作失准，情况严重时甚至会引起热控设备发生故障，造成巨大的经济损失。因此，进行火力发电厂热控可靠性优化，提高热控系统抗干扰能力是一项十分关键的内容。第三，在热控设计中使用容错逻辑的方法。据相关统计数据表明，电力企业热控系统日常运转中，多是由于瞬间误发信号诱发的运行异常，部分机组跳闸现象甚至是某处挡板卡涩或者开关接触不良而导致的。因此，在检修机组或者对机组进行逻辑设计时，需要完善、优化控制逻辑，使用容错逻辑进行设计，避免因热控系统控制逻辑出现错误而产生机组设备的停运，以此提高热控可靠性与经济性。
        （2）对热控质量安全进行评估。
        在发电企业中，对热控系统的质量安全进行评估是一项重要的工作内容，这一工作环节对提高企业经济效益与市场竞争力起到决定性作用。在国内电力行业中，对热控质量安全进行评估的重要观念已被广泛接受。但是，在实际工作中，评估工作的具体开展状况却不尽如人意，评估标准需要更加规范，其操作性也需要进一步提高。因此，电力行业需要崭新的评估工作标准与流程。在设计阶段中，将评估重点放在热控的安装与调试质量上，以保证热控运行的可靠性，减少运行故障的发生，从而提升其运行经济性。
        （3）选用新型的火力发电设备提高发电效率节约成本
        以新型发电机燃气-蒸汽联合循环余热锅炉为例进行说明在补燃后配高参数汽轮机可提高系统整体效率，因此，现在大部分在热电联产设计中常采用余热锅炉。随着技术的不断创新和燃气发动机初始温度的提高，无补充燃烧的余热锅炉联合循环方案逐渐被采用。数据表明，在中、低压蒸汽参数不同时，超临界蒸汽参数的循环效率比亚临界蒸汽效率参数的循环效率高4.52%，联合循环机组的输出功率从30.4%提高到32.91%，联合循环净效率提高2.51%；中低压蒸汽参数相等时，超临界蒸汽参数的整体循环效率比亚临界蒸汽参数高2.93%，单周期输出功率占联合循环机组输出功率的百分比由31.42%变为32.91%，联合循环净效率提高了1.49%。由此可见新型的联合循环余热锅在减少材料消耗的基础上提高了经济效益。
        基于燃气-蒸汽联合循环的蒸汽系统设计成使用超临界蒸汽参数，初次采用了超临界余热锅炉。整体设计成双层烟道卧式结构，其中高压蒸发器部分使用垂直对流蒸发管束穿过烟道隔板，采用跨越上层烟道和下层烟道布置。管内工质自下而上，下层是热水段，上层被设计成过热段，中间作为烟道隔板。上层与下层的同一受热管的直径大小不同，下层管径小于上层管径，中间采用变管径连接。通过对高压直流蒸发管束进行计算分析，得出结论为高压直流蒸发管束上层高度23m，下层高度21m，这样才能保证合理的工质质量流速又保证合理的烟气流速。
        采用传热及水动力计算模型确定了高压直流蒸发管束的内壁温度、压降及流量。工作压力达到27MPa时，在远离拟临界焓值区，高压直流蒸发管束内壁温度随焓值的增大而升高；在拟临界焓值区，存在传热强化，内壁温度随焓值变化平缓。高压直流蒸发管束下层热水段工质比容小于上层过热段，下层工质质量流速高，流动阻力大，导致下层管内工质压降高于上层管内工质压降。高压直流蒸发管束管内工质流量呈现正流量响应特性，中间位置受热最强，质量流速最大。根据热力学计算模型对超临界余热锅炉进行热力计算及烟气阻力计算。由超临界余热锅炉受热面的烟气放热系数、烟气阻力、钢材消耗及占地面积确定了超临界余热锅炉受热面的环形肋片管排数及肋片结构，得到超临界余热锅炉热力计算相对误差小于2%，超临界余热锅炉烟气阻力为3110.1Pa，符合余热锅炉设计标准。
        结束语
        随着电力事业的不断发展，火力发电厂的热控技术日益革新，自动化程度越来越高，热控系统的重要性日益突显。因此，保证热控设备的可靠性对于电厂的安全和发展越来越重要，同时对于电厂控制策略的研究以及对提高电厂运行的经济性、保证机组的安全性、降低人员的劳动强度前景巨大。
        参考文献：
        [1]火力发电厂热控可靠性与经济性的优化措施[J].唐焱. 通讯世界.2014（23）
        [2]火力发电厂调试过程中热控的几个安全隐患[J].徐勇. 科学技术创新.2019（31）
        [3]分析火电厂热控系统可靠性及其优化[J].曹睿. 科技创新与应用.2017（12）
        [4]火力发电厂热控保护装置的检修和维护措施[J].李伟. 科技创新与应用.2016（35）
        [5]探究火力发电厂常见热控保护技术[J].齐新波. 化工管理.2018（35）