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自动化技术与电厂节能减排现状与未来发展方向

数读市场中国仪表网2009年06月22日 11:53人气:4600

 电厂节能减排现状及成效

节能减排是关系经济社会可持续发展的重大战略问题,是国家确定的经济社会发展的重大战略任务。电力行业既是优质清洁能源的创造者,又是一次能源消耗大户和污染排放大户,因而也是国家实施节能减排的重点领域。

  截止到2007年底,我国的发电总装机容量已经超过7亿千瓦,其中火电超过了5.5亿千瓦,火电占整个发电总装机容量的77.7%,而且,火电运行发电量的比重更大,占到82.86%。见表1。  



中国2001-2007年装机容量和发电量

  虽然国家一直在努力对发电结构进行调整,但煤电还是占很大比重,根据我国的电力战略规划,2030年前电力工的发展仍将以火力发电为主。据估计,2020年我国装机容量将达14亿kW,其中火电约9.5亿kW。因此,火电厂的节能减排任重而道远。

  尽管我国节能减排的形势严峻,但在国家的大力倡导下,电厂的节能减排工作还是取得了一定的成效,2007年,我国6000千瓦以上火电厂的电厂供电煤耗为356克/千瓦时,比2006年的367克/千瓦时降低了11克/千瓦时,是近年来下降幅度最大的一年。相当于全年6000千瓦以上火电厂生产节约标煤2423万吨,占全年发电耗用标煤量的2.75%。在国家和电力企业的共同努力下,预计到2020年可以降低到320克/千瓦时,接近或达到世界先进水平(如图1所示)。 



我国电厂供电煤耗发展趋势图

  在减排方面,2007年全国电力二氧化硫排放量比上年减少9%,为近年来全国二氧化硫年排放总量首次下降做出重要贡献。2007年全国新投运10万千瓦及以上火电厂烟气脱硫机组容量达到1.1亿千瓦,同比增长4.8%。其中新建机组脱硫装置比例达70%,现有机组改造为30%;60万千瓦及以上脱硫装置约6040万千瓦,占55%。截至2007年底,全国火电厂烟气脱硫装置投运容量超过2.7亿千瓦,占全国火电机组容量的一半左右,与“十五”末相比火电厂烟气脱硫机组容量增加了53倍以上。保证了目前主要火电机组SO2排放浓度控制的达标排放。

  另外,国内全部300MW级以上机组均安装了较高效率电除尘器或布袋除尘器,保证除尘器出口粉尘浓度控制在100mg/Nm3。截至到2007年末,国内火电机组已安装烟气脱硝装置26000MW以上,该部分安装了烟气脱硝装置的火电厂早就和部分设置低NOX燃烧器的机组实现了NOX的达标排放。

  以上节能减排成果的取得,和国家相关法律、政策、措施的实施以及电力企业对节能减排政策的重视是分不开的。推进节能减排向更高目标推进,离不开科技进步这台“发动机”。

  自动化技术的提高及广泛应用是实现节能减排的关键

  在电力企业,无论是其生产效率的提高还是节能减排目标的实现,都和企业的信息化及自动化水平密切相关。所有的生产工艺和环保工艺都离不开自动化。我国电力企业经过20多年尤其是近10多年的快速发展,自动化和信息化水平已经达到了相当高的水平。分散控制系统(DCS)、基于计算机的专用控制系统和各类优化软件控制系统的实施和应用,实现了生产过程的实时监测、快速控制和优化运行。多种信息管理系统的应用以及与自动化系统的有效集成,实现了生产过程和企业管理的一体化。

  实时/历史数据库能实时采集并储存电厂DCS、其他专用控制系统和辅助控制系统等各自动化系统的实时和历史数据,建立全厂信息共享数据平台,并基于数据库平台实现全电厂生产过程的实时监测、经济指标计算与分析等高级应用功能,可以为发电厂节能降耗提供分析和安全性评估服务。

  自动化技术在电厂应用的新突破

  随着国内自动控制技术的大力开发和成功应用,自动化技术在电厂的应用取得了重要突破。

  第一是电厂主机组的集中控制实现了多机一控。目前国内众多的运行电厂,绝大多数是一个控制室控制两台机组,也有一个控制室控制一台机组的。随着电厂自动化水平的提高,近几年开始发展到三台机组一个控制室、四台机组一个控制室,甚至开始尝试更多台的机组一个控制室。比较典型的成功实例是华能玉环电厂,由中国电力工程顾问集团华东电力设计院设计的自动控制系统,已经实现了四机一控方式,取得了很大成功如图2所示。  



华能玉环电厂四机一控控制室布置图

  第二,就是电厂辅助车间系统实现了网络化集中控制。电厂除了主机即锅炉、汽轮机和发电机及相关系统外,还有许多辅助系统,包括煤处理系统,水处理系统,灰渣处理系统,燃油系统等,这些辅助系统往往需要一个单独的控制系统,需要单独的控制室来控制它。随着设计水平的提高和控制技术的进步,逐步把地理位置相近和工艺性质相同的辅助系统实施集中控制。例如本世纪初建设投运的湖南益阳电厂,把十几个辅助系统的十几个控制室,缩成三个控制室,前进了一大步。再如由中国电力工程顾问集团华北电力设计院设计的大唐王滩电厂,把所有的辅助控制系统都整合到一起,集和成一个控制系统,自动控制水平得到了很大提高。

  第三是基于现场总线的控制系统已开始得到应用。现场总线在电厂的应用已有近十年的时间,开始是局部的零星小系统,后来发展到完整的辅助车间系统如华能玉环电厂的水处理系统,最近则开始在主机组中大规模运用。例如,由中国电力工程顾问集团华东电力设计院设计的华能金陵电厂和由中国电力工程顾问集团东北电力设计院设计的华能九台电厂,已将基于现场总线的控制系统全面应用于主机组的设计中,目前这两个项目正在建设中。

  第四是本土自动化企业自动控制技术的进步。近10年来,以和利时股份有限公司为代表的几家本土自动化企业发展很快,他们敢于创新,研发能力很强,持续投入力度大,后劲足,加上国家和一些国有电力公司的支持,当然最根本的原因是本土企业自身能够开发出电厂需要的自动化产品,这一切使得本土自动化企业的电厂业务进展很快。由中国电力工程顾问集团西北电力设计院设计的国华锦界电厂,采用了和利时股份有限公司的DCS,实现了国产DCS在600MW机组的首次成功应用。目前,1000MW机组采用国产DCS的时代也已经拉开序幕。

  自动化技术的未来发展方向

  从国内企业的自动化发展水平看,尽管控制技术已经达到了较高水平,但在自动控制技术的数字化、网络化、智能化、安全仪表等几方面仍有进一步的发展空间。首先,数字化的发展空间较大。网络化应加强各系统的无缝链接,在保证信息安全的前提下,使信息交流更加通畅。智能化主要体现在优化控制软件方面,企业要开发出更加适应发电生产过程更为优化的运算模型来指导控制过程 ,以促进节能减排。如果从电厂安全方面来讲,安全仪表也是非常重要的。一旦危及电厂安全的事故发生,安全仪表可以实施自动报警,使各种运转系统及时停止,保护设备免受损失,从而也把电厂损失减少到最小限度。

  电力企业节能减排的前景广阔

  我国现阶段火力发电企业的节能减排工作尽管取得了明显的成效,这主要是在国家和政府的大力推进下取得的。国家和电力企业今后若能从以下几方面改进的话,我国的节能减排将会取得更大的成效。一是国家应完善节能减排的法律、法规和奖惩措施。法律、法规的制定应注重可操作性和长期性,奖惩措施的力度要大力加强,奖惩措施要和企业的经济效益挂起钩来,引导企业权衡利益关系后,主动地引进促使节能减排的相关技术,从根本上降低消耗,减少排放,实现资源的循环利用,这是从根本上抓节能减排。二是随着国家对节能减排的倡导以及社会的进步,电力企业的社会责任意识也在加强,逐渐对节能减排从被动接受转为主动行动。三是自动化企业尤其是本土自动化企业加强研发控制技术,进一步提高对节能和减排控制产品的开发力度,为节能减排提供技术支持和系统方案。这样,经过几方面的共同努力,我国电力系统的节能减排必定前景广阔,为中国和世界的环境更美、人们生活更幸福作出贡献。

  [作者简介]

许继钢,男,山东泰安人,博士研究生毕业,教授级高级工程师。1999年起先后任电力规划设计总院自动化处副处长、电控处处长、中国电力工程顾问集团公司发电工程部电控处处长、研发中心副主任,2007年至今任研发中心主任。从事发电设计、研究、评审和技术管理工作。在国内外发表论文40余篇,多次获国家、省部和中国电力工程顾问集团公司级奖励。

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