信息化管理系统在火电厂的运用

    计算机信息化管理技术发展到现在，以计算机技术为基础的信息化控制技术得到迅猛发展，现在大型火电厂信息化系统的控制已普遍采用集散控制系统DCS和PLC程控系统，大大提高了机组的自动化水平。

    火电厂监控信息系统就是采集和处理全厂生产实时数据，厂级监控信息系统作为一种以优化机组运行、提高运行经济性为主要目标的信息系统，已在火电厂厂级管理方面发挥了重要作用。为配合国内电厂监控信息系统的发展，提供先进控制及优化管理系统。

二、信息化管理系统框架

    先进控制及优化管理系统是基于厂级监控信息系统平台，介于基础控制系统(DCS、PLS等)和工厂管理信息系统之间，如图1所示。

图1 先进控制及优化管理系统框架

    先进控制及优化管理系统集优化控制系统和优化管理系统为一体，协助电厂用户实现管控一体化的目标。其中，优化控制系统主要包括锅炉燃烧优化控制和过热蒸汽的温度优化控制，实现燃烧热效率的最大化和较低的废气排放量，提高了循环效率，同时使烟气的热损失最小，对节能减排具有重要意义。

三、信息化控制系统的优化措施

    (一)燃烧优化控制。燃烧空燃比是影响锅炉经济运行的非常重要的参数。关系到燃烧是否完全，空气供应是否过剩太多，它是影响锅炉经济运行的一个重要指标参数。燃烧优化控制由燃烧优化器和控制协调器组成。燃烧优化器首先建立一个燃烧过程的时变自适应的动态模型。这个模型通过对烟气成分数据的连续测量及燃烧特征曲线的描述可以表示燃烧过程的热效率。这个燃烧特征曲线图说明了燃烧效率、CO和NOx排放量与空燃比的关系。当空燃比上升时，CO排放量呈急速下降趋势，而NOx排放量却呈上升趋势。燃烧优化器考虑烟气中的CO和NOx浓度随空燃比的变化规律，同时考虑环保规定的烟气排放上限值。实时计算最优的燃烧空燃比，实现燃烧热效率的最大化和较低的废气排放量。提供给DCS基础控制层去执行和参考。燃烧控制协调器接受分配到的总燃料设定值和燃烧优化器计算来的空燃比，考虑燃料供给和空气流量的实际测量值，同时考虑燃料供给和空气供给通道不同的动态特性，采用多变量预测控制算法，实时计算燃料供给和空气流量的目标值。提供给DCS基础控制层去执行和参考，最终使锅炉内的空燃比维持在最有效状态。

    (二)蒸汽温度优化控制。蒸汽温度优化控制是用来调节过热蒸汽温度的，将蒸汽温度的输出变化控制到最小。这样就可以允许较高的温度设定值以提高机组的循环效率。蒸汽温度优化控制接收蒸汽温度设定范围和过热蒸汽输出温度测量值，考虑烟气温度、蒸汽输入温度和蒸汽流量的扰动因素，采用预测控制算法计算减温蒸汽温度设定值，提供给DCS基础控制层去执行和参考。蒸汽温度优化控制将蒸汽温度的输出变化控制到最小，可以允许更高的温度设定值，同时不超出热应力极限，这样只能允许较低的温度设定值，从而获得较低的循环效率。

四、优化管理系统措施

    (一)全厂信息化性能计算。电厂性能的测量和监控对于电厂的整体收益来说已变得日益重要。为了更有效地利用现有的设备满足电力需求的变化，为了更好地掌握电厂运行状况并找出需要改进的环节，全厂实时性能计算应运而生。全厂实时性能计算为电厂设备提供所有的热力学和热平衡计算，包括全厂性能分析、机组性能分析、锅炉性能、汽轮机性能、凝汽器性能、给水加热器性能、空气预热器性能、除氧器性能、冷却塔性能、大型风机和泵的性能等等。

    (二)动态负荷分配。随着电力市场改革的深入，发电厂将更自主地根据市场需求和经济效益直接安排厂内各机组进行电力生产。动态负荷分配就是根据电厂各机组的运行状况性能和效率等综合因素，在几台机组问进行合理的负荷分配和调度，使电厂在任何情况都在最经济的工况下运行。动态负荷分配通过与调度部门进行信息交换，接受调度端对整个电厂下达的日负荷曲线，在线访问实时和历史数据库中的有关各机组设备的运行状况、性能和效率等信息，自动合理地制定各台机组每日的运行负荷曲线，供值班长和操作人员执行和参考。
 

    (三)锅炉吹灰的优化措施。燃煤锅炉各换热器表面的结渣和积灰将会导致受热面热导率的下降。炉内的吸收总热量减少，而锅炉烟气的温度上升等。吹灰器是锅炉实际运行中最常见的一种除灰设备。然而，过度吹灰将会对锅炉内管路形成腐蚀，并造成热能损失。炉膛温度一般都很高(1000℃ 以上)，测量仪器难以安装，所以实时检测锅炉受热面的积灰程度存在困难。锅炉吹灰优化首先从实时数据库读取相关的历史数据建立统计模型，同时建立基于热力学平衡原理的锅炉系统机理模型。然后采用统计模型和机理模型同时计算锅炉设备的清洁因子，实时检测锅炉各受热面的清洁程度，对吹灰操作进行收益损耗分析，确定吹灰的损耗一收益平衡点，最大化吹灰效益。

    (四)优化设备寿命的管理措施。设备寿命管理用于实现对锅炉管道、汽包和汽机转子的金属材料的老化状态进行检测和管理。设备寿命管理根据设备厂家或相关标准和规定对设备的运行状态和工况的变化情况进行检测，并进行设备寿命的折算和累计，从而预测部件的老化程度、老化速度、使用寿命和失效时间，并进一步提供综合的分析和建议。设备寿命管理自动监测各个部件运行实时状态。实时计算各部件的应力场和温度场，获得设备寿命的计算结果。设备寿命管理增加了设备可用性，这意味着更少的设备停机，也减少了维修时间和劳务成本。其结果是增加了产品产量，使生产运行维持在最佳状态附近。

五、结论

    先进控制及优化管理系统通过各种优化控制可以提高锅炉的燃烧热效率，减少火电厂的燃料消耗，降低发电成本。通过优化管理系统使电厂操作人员掌握全厂和各机组设备的运行状况、性能和效率等信息，在几台机组间进行合理的负荷分配和调度，进一步保证机组运行安全。延长部件工作寿命。先进控制及优化管理系统将会完善监控信息系统的功能，进一步推动监控信息系统在我国电厂的推广应用，并为我国倡导的节能减排做出贡献。