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分析火力发电厂热控自动化改造技术的运用

王智涛

哈尔滨电站科技开发有限公司

摘要: 火电,作为工业时代人类最早使用也是迄今为止依然最广泛使用的发电形式,与现代化发展和大工业时代的到来息息相关。由于火电具备较强的灵活性、适用范围极其广泛,在未来的很长一段时间里它都将与人类社会的发展同步。火电生产中的热控自动化,是火电于社会发展同步发展的必然方向。
关键词: 火力发电;热控;自动化;改造
DOI:10.12721/ccn.2022.157014
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火力发电厂也称火电厂,是现代社会工业化的形成基础之一,目前也依然是我国发电规模最大的电厂形式。火力发电指的是通过燃烧不同种类可燃物的方式提供电力,进行发电的形式。火力发电主要是以燃烧产生高温蒸汽的方式提供基础动力,将燃烧得到的高温蒸汽转化为机械能,再用以发电。

火力发电一直以来都是我国最主要的发电形式,近些年来随着环保需求的不断提高,污染较大、转化率较低的火电形式开始无法满足社会发展的需要。但由于火力发电在很长一段时间内无法被取代,因此如何对现有的火力发电厂实现技术革新,实现火力发电的产业升级才是现阶段火力发电厂最重要的问题。

1 火电厂的基本特征和历史发展

火力发电的开启源于人类对化石燃料的初步使用,伴随着第一代能够满足工业化需要的火电机组的诞生,人类具备了进一步提升工业发展效率的能力,随着电力在工业系统中的广泛应用,工业产业得到了快速发展,最终实现了如今的工业化社会。

但是,由于化石燃料在使用过程中会对环境造成极大的危害,事实上,自火力发电快速普及之后,包括美国、英国在内的工业化较早的国家都已经遭受过环境被破坏带来的伤害,也因此,人类开始关注环保,传统的火力发电已经无法满足人类社会进一步的发展需求。

受限于风力发电、水力发电、潮汐发电等更为环保的发电方式的稳定性相对较差,发电能力相对传统火力发电依然存在着巨大的差距,因此在可见的未来很长一段时间内,火力发电依然会是主流的发电形式。唯一需要注意的是:对火力发电的改进,提高燃料转化的效率,促进火力发电产业的转型升级将成为火力发电行业和所有火力发电厂的未来发展方向。

2 热控自动化的系统总述及其出现的必要性

电力,是现代社会工业化的基石,是实现工业化社会的基础也是确保工业社会正常运作的最为重要的基础保障。火力发电的形式,在当下社会中,依然是最主流、最重要也是最基础的发电形式,是确保社会电力供应的保证。在工业化水平不断提高,工业化与新世纪开始蓬勃发展的信息化流程更加深入结合的形势下,电力产业以及其中的火力发电行业也同样进入了信息化的快速路。

在火力发电行业中,信息化最快、成果最为显著的就是热控系统的自动化。热控系统是火电厂最核心的系统之一,承担着火电厂热力监控的相关工作,热控系统的正常运转是火电厂正常生产的基础。传统的热控系统依赖于人力,由于人的不稳定性,安全系数无法得到保证。信息化时代到来后,火电厂的热控系统也逐步被自动化系统取代,以自动化设备代替原本的人力,让热控系统的运转更加稳定。

信息化的热控系统主要由四个大的基础部分组成。其中最重要的是分散控制系统,也叫DCS系统,它是整个热控系统的核心,也是基础的操作系统,连接着系统中所有的其它部分,通过它,能够实现热控系统相关模块的灵活运用。此外的实时监控和辅助监控系统,如同电厂中的“天网”系统,对电厂生产实行实时监控,确保生产的安全进行。而视频的网络监控系统,是信息传输的重要通道,是系统内的信息实时、快速、稳定交互的保障。

3 自动化热控体系的工作流程

自动化热控体系存在的目的是为了实现对火电生产的检测、调节和保护,确保火电生产的正常进行。

由实现编写的程序控制的自动化系统,能够实现火电厂的以下基本需要:1、固定生产参数,提高生产效率;2、生产出现异常时,及时报警并在其处理的范围内实现快速处理,减少必须停机的次数,降低不必要的消耗;3、异常危险生产状况时,在无需人力的情况下停止生产,防止人身伤亡事故的发生;4、对停工的机组实行监控,控制机组热力,减低机组损耗。

自动化系统的工作,需要从必要数据的采集开始,通过采集火电厂运作过程中正常的、不正常的各种数据,为监控工作做储备。同时,由系统工作人员对收集到的数据进行基础的区分,根据需要划分系统不同的功能模块,建立完成的功能组。

4 自动化的技术分析和提升革新分析

4.1 自动化热控体系的应用方向

1、实时全方位监控,综合管理

自动化系统的全方位监控有赖于DCS系统,这一系统是整个热控自动化系统的基础和重中之重。它能够帮助整合监控系统得到的所有监控数据,并且同时对所有的监控数据进行分析和处理,第一时间对生产状态得出结论给给予其他系统下一步如何进行工作的指令。

这一系统一方面具备反应更快、处理更及时、不受时间影响的特征,系统能够全天24小时及时处理各种问题。另一方面系统综合数据更加全面,能够实现随时调整,使得生产更加高效、能耗更低。

2、实现自主监测与检测

火电生产过程中涉及大量各类数据,各类数据代表着生产的不同流程,每一个数据的异常都可能导致生产出现严重问题甚至可能造成大的生产事故。检查海量数据中哪些数据出现问题是热控工作中最容易出现失误的部分,通过自动化检测能够实现快速监测反馈,反馈问题。

3、生产相关内容的全面监控

自动化系统能够实现对生产环境的全方位实时监控,对包括温度、湿度等生产相关元素的多元化、全方位监控,并根据监控结果实时调节所有生产参数,减少上报反馈过程中造成了浪费以及可能由延误造成的问题。

4.2 系统可能的改进方向

1、充分利用无线技术

现行自动化系统主要依赖于各类线缆传输。但是由于火电生产的特殊性,线缆的传输不仅增加了风险出现的可能,也由于部分生产区域温度等的特殊性可能造成线缆的快速老化、失效。

随着无线传输技术的不断改进,目前的无线传输已经能够实现较为稳定的传输,在大数据的输送方面也已经能够提供必要的带宽。因此,在自动化系统中,部分数据以无线技术代替传统的线缆传输技术,对提高系统的工作效率和降低能耗方面都能提到明显的促进作用。

2、充分调动联锁系统的全部功能

安全联锁系统,也叫SIS系统,是与DCS系统并行的自动化体系中另一个重要的系统内容,其主要功能是在分析监控系统提供的数据后及时给予各类反馈,包括对工厂主管人员及其他工作人员进行警告。

现行的联锁系统主要存在的不足主要存在于三个方面。

一是系统与系统之间的不兼容问题。

工业生产信息系统与普通信息系统存在较大不同,不同系统之间的兼容性普遍较差,因此一旦需要更换、升级自动化体系中的某个系统,往往需要整个体系共同升级才能确保体系的正常运转。

加强不同系统之间的兼容性,让系统的选择和使用更加灵活是系统发展的基本需求。

二是数据在分析决策中的作用不明显。

自动化系统除实时的监控功能外,还能够储备、分析大量的生产数据,为生产决策者的决策工作提供有效的数据支撑。目前,充分利用系统数据指导生产决策工作还处于基础阶段,系统数据还没有充分发挥其全部作用。

深入分析利用系统数据,是发挥自动化系统的全部潜能的有效方式。

三是专业人才的缺乏。

热控自动化体系是工业生产与信息化相结合的较差学科体系,需要专业人才的培养和引进才能确保体系的正常运转、持续升级。目前,很多开始采用自动化体系的工厂严重缺乏相关方面的专业人才,导致体系本身无法充分利用,造成了严重的浪费。

对生产企业而言,一方面引进真正具备专业背景的人才,另一方面从企业内部选拔培养具有相关技能的人才,快速补充健全人才团队是确保持续化发展的实际需要。

结语

在过去的历史中,火电对促进人类历史发展、促进社会整体进步起到了极大的作用;在未来很长的一段历史时期,火电作为主要的发电形式将继续促进历史的发展和进步。为了与历史发展同步,火电的产业和技术革新都是不可获取的,热控体系的自动化就是其中极重要的一步。进一步加深火电生产的热控自动化程度,改革自动化技术,是历史发展和产业发展共同的要求。

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