一、引言
計算機信息化管理技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的信息化控制技術(shù)得到迅猛發(fā)展，現(xiàn)在大型火電廠信息化系統(tǒng)的控制已普遍采用集散控制系統(tǒng)DCS和PLC程控系統(tǒng)，大大提高了機組的自動化水平。
火電廠監(jiān)控信息系統(tǒng)就是采集和處理全廠生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)，廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)作為一種以優(yōu)化機組運行、提高運行經(jīng)濟性為主要目標(biāo)的信息系統(tǒng)，已在火電廠廠級管理方面發(fā)揮了重要作用。為配合國內(nèi)電廠監(jiān)控信息系統(tǒng)的發(fā)展，提供先進(jìn)控制及優(yōu)化管理系統(tǒng)。
二、信息化管理系統(tǒng)框架
先進(jìn)控制及優(yōu)化管理系統(tǒng)是基于廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)平臺，介于基礎(chǔ)控制系統(tǒng)(DCS、PLS等)和工廠管理信息系統(tǒng)之間，如圖1所示。
圖1 先進(jìn)控制及優(yōu)化管理系統(tǒng)框架
先進(jìn)控制及優(yōu)化管理系統(tǒng)集優(yōu)化控制系統(tǒng)和優(yōu)化管理系統(tǒng)為一體，協(xié)助電廠用戶實現(xiàn)管控一體化的目標(biāo)。其中，優(yōu)化控制系統(tǒng)主要包括鍋爐燃燒優(yōu)化控制和過熱蒸汽的溫度優(yōu)化控制，實現(xiàn)燃燒熱效率的最大化和較低的廢氣排放量，提高了循環(huán)效率，同時使煙氣的熱損失最小，對節(jié)能減排具有重要意義。
三、信息化控制系統(tǒng)的優(yōu)化措施
(一)燃燒優(yōu)化控制。燃燒空燃比是影響鍋爐經(jīng)濟運行的非常重要的參數(shù)。關(guān)系到燃燒是否完全，空氣供應(yīng)是否過剩太多，它是影響鍋爐經(jīng)濟運行的一個重要指標(biāo)參數(shù)。燃燒優(yōu)化控制由燃燒優(yōu)化器和控制協(xié)調(diào)器組成。燃燒優(yōu)化器首先建立一個燃燒過程的時變自適應(yīng)的動態(tài)模型。這個模型通過對煙氣成分?jǐn)?shù)據(jù)的連續(xù)測量及燃燒特征曲線的描述可以表示燃燒過程的熱效率。這個燃燒特征曲線圖說明了燃燒效率、CO和NOx排放量與空燃比的關(guān)系。當(dāng)空燃比上升時，CO排放量呈急速下降趨勢，而NOx排放量卻呈上升趨勢。燃燒優(yōu)化器考慮煙氣中的CO和NOx濃度隨空燃比的變化規(guī)律，同時考慮環(huán)保規(guī)定的煙氣排放上限值。實時計算最優(yōu)的燃燒空燃比，實現(xiàn)燃燒熱效率的最大化和較低的廢氣排放量。提供給DCS基礎(chǔ)控制層去執(zhí)行和參考。燃燒控制協(xié)調(diào)器接受分配到的總?cè)剂显O(shè)定值和燃燒優(yōu)化器計算來的空燃比，考慮燃料供給和空氣流量的實際測量值，同時考慮燃料供給和空氣供給通道不同的動態(tài)特性，采用多變量預(yù)測控制算法，實時計算燃料供給和空氣流量的目標(biāo)值。提供給DCS基礎(chǔ)控制層去執(zhí)行和參考，最終使鍋爐內(nèi)的空燃比維持在最有效狀態(tài)。
(二)蒸汽溫度優(yōu)化控制。蒸汽溫度優(yōu)化控制是用來調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度的，將蒸汽溫度的輸出變化控制到最小。這樣就可以允許較高的溫度設(shè)定值以提高機組的循環(huán)效率。蒸汽溫度優(yōu)化控制接收蒸汽溫度設(shè)定范圍和過熱蒸汽輸出溫度測量值，考慮煙氣溫度、蒸汽輸入溫度和蒸汽流量的擾動因素，采用預(yù)測控制算法計算減溫蒸汽溫度設(shè)定值，提供給DCS基礎(chǔ)控制層去執(zhí)行和參考。蒸汽溫度優(yōu)化控制將蒸汽溫度的輸出變化控制到最小，可以允許更高的溫度設(shè)定值，同時不超出熱應(yīng)力極限，這樣只能允許較低的溫度設(shè)定值，從而獲得較低的循環(huán)效率。
四、優(yōu)化管理系統(tǒng)措施
(一)全廠信息化性能計算。電廠性能的測量和監(jiān)控對于電廠的整體收益來說已變得日益重要。為了更有效地利用現(xiàn)有的設(shè)備滿足電力需求的變化，為了更好地掌握電廠運行狀況并找出需要改進(jìn)的環(huán)節(jié)，全廠實時性能計算應(yīng)運而生。全廠實時性能計算為電廠設(shè)備提供所有的熱力學(xué)和熱平衡計算，包括全廠性能分析、機組性能分析、鍋爐性能、汽輪機性能、凝汽器性能、給水加熱器性能、空氣預(yù)熱器性能、除氧器性能、冷卻塔性能、大型風(fēng)機和泵的性能等等。
(二)動態(tài)負(fù)荷分配。隨著電力市場改革的深入，發(fā)電廠將更自主地根據(jù)市場需求和經(jīng)濟效益直接安排廠內(nèi)各機組進(jìn)行電力生產(chǎn)。動態(tài)負(fù)荷分配就是根據(jù)電廠各機組的運行狀況性能和效率等綜合因素，在幾臺機組問進(jìn)行合理的負(fù)荷分配和調(diào)度，使電廠在任何情況都在最經(jīng)濟的工況下運行。動態(tài)負(fù)荷分配通過與調(diào)度部門進(jìn)行信息交換，接受調(diào)度端對整個電廠下達(dá)的日負(fù)荷曲線，在線訪問實時和歷史數(shù)據(jù)庫中的有關(guān)各機組設(shè)備的運行狀況、性能和效率等信息，自動合理地制定各臺機組每日的運行負(fù)荷曲線，供值班長和操作人員執(zhí)行和參考。
(三)鍋爐吹灰的優(yōu)化措施。燃煤鍋爐各換熱器表面的結(jié)渣和積灰將會導(dǎo)致受熱面熱導(dǎo)率的下降。爐內(nèi)的吸收總熱量減少，而鍋爐煙氣的溫度上升等。吹灰器是鍋爐實際運行中最常見的一種除灰設(shè)備。然而，過度吹灰將會對鍋爐內(nèi)管路形成腐蝕，并造成熱能損失。爐膛溫度一般都很高(1000℃ 以上)，測量儀器難以安裝，所以實時檢測鍋爐受熱面的積灰程度存在困難。鍋爐吹灰優(yōu)化首先從實時數(shù)據(jù)庫讀取相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)建立統(tǒng)計模型，同時建立基于熱力學(xué)平衡原理的鍋爐系統(tǒng)機理模型。然后采用統(tǒng)計模型和機理模型同時計算鍋爐設(shè)備的清潔因子，實時檢測鍋爐各受熱面的清潔程度，對吹灰操作進(jìn)行收益損耗分析，確定吹灰的損耗一收益平衡點，最大化吹灰效益。
(四)優(yōu)化設(shè)備壽命的管理措施。設(shè)備壽命管理用于實現(xiàn)對鍋爐管道、汽包和汽機轉(zhuǎn)子的金屬材料的老化狀態(tài)進(jìn)行檢測和管理。設(shè)備壽命管理根據(jù)設(shè)備廠家或相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定對設(shè)備的運行狀態(tài)和工況的變化情況進(jìn)行檢測，并進(jìn)行設(shè)備壽命的折算和累計，從而預(yù)測部件的老化程度、老化速度、使用壽命和失效時間，并進(jìn)一步提供綜合的分析和建議。設(shè)備壽命管理自動監(jiān)測各個部件運行實時狀態(tài)。實時計算各部件的應(yīng)力場和溫度場，獲得設(shè)備壽命的計算結(jié)果。設(shè)備壽命管理增加了設(shè)備可用性，這意味著更少的設(shè)備停機，也減少了維修時間和勞務(wù)成本。其結(jié)果是增加了產(chǎn)品產(chǎn)量，使生產(chǎn)運行維持在最佳狀態(tài)附近。
五、結(jié)論
先進(jìn)控制及優(yōu)化管理系統(tǒng)通過各種優(yōu)化控制可以提高鍋爐的燃燒熱效率，減少火電廠的燃料消耗，降低發(fā)電成本。通過優(yōu)化管理系統(tǒng)使電廠操作人員掌握全廠和各機組設(shè)備的運行狀況、性能和效率等信息，在幾臺機組間進(jìn)行合理的負(fù)荷分配和調(diào)度，進(jìn)一步保證機組運行安全。延長部件工作壽命。先進(jìn)控制及優(yōu)化管理系統(tǒng)將會完善監(jiān)控信息系統(tǒng)的功能，進(jìn)一步推動監(jiān)控信息系統(tǒng)在我國電廠的推廣應(yīng)用，并為我國倡導(dǎo)的節(jié)能減排做出貢獻(xiàn)。
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本文標(biāo)題：信息化管理系統(tǒng)在火電廠的運用
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