智能化热电联产系统自动化控制与能效提升研究

关键词：智能化热电联产；自动化控制；能效提升；辽宁地区

一、引言

热电联产是一种将热能和电能生产相结合的能源利用方式，具有较高的能源利用效率和环境效益。辽宁地区作为我国重要的工业基地，能源需求巨大，同时面临着节能减排的压力。因此，研究智能化热电联产系统的自动化控制与能效提升具有重要的现实意义。

二、智能化热电联产系统概述

智能化热电联产系统是现代能源利用技术与先进信息技术深度融合的产物，通过引入自动化控制技术、信息技术和数据分析方法，实现了对热电联产过程的全面智能化监控、优化调度和管理。该系统由数据采集与监控系统（SCADA）、自动化控制系统、能源管理系统（EMS）和数据分析与优化平台等关键部分组成。数据采集系统通过在关键设备上安装传感器，实时采集温度、压力、流量等参数，并通过监控系统以人机界面形式展示给操作人员。自动化控制系统基于采集数据和预设算法，自动调整设备运行参数，例如通过模糊控制算法优化锅炉燃烧过程，使热效率提高约 3% 。能源管理系统负责分析能源消耗情况，优化生产计划，使综合能源利用效率从 70% 提高到 80‰ 。数据分析与优化平台则通过大数据分析挖掘优化点，生成最优运行方案，减少能源消耗约 10% 。智能化控制技术的应用显著提升了系统的运行效率和能源利用率，同时降低了污染物排放，带来了显著的经济和环境效益。

智能化热电联产系统通过多种先进技术的应用，实现了显著的能效提升和运行优化。在燃烧过程优化控制方面，系统能够根据负荷需求自动调整燃烧强度和空气流量，使锅炉燃烧效率提高约 5% ，同时氮氧化物（NOx）排放量降低约 20% 。负荷优化分配功能则根据实时负荷需求和设备运行状态，自动调整供热和发电负荷分配，使综合能源利用效率提高约 8% 。设备智能诊断与维护技术通过实时监测设备运行状态，提前识别潜在故障，减少停机时间，同时具备设备寿命预测功能，为设备维护和更新提供科学依据。经济与环境效益方面，系统通过优化运行参数和能源分配，显著降低了燃料消耗和运行成本，年燃料消耗量减少约 15% ，运行成本降低约 20% 。同时，系统通过优化燃烧过程和能源利用，减少了污染物排放，氮氧化物（NOx）排放量降低约 25% ，二氧化硫（ SO₂ ）排放量降低约 30% 。智能化热电联产系统不仅提高了能源利用效率，还为能源行业的可持续发展提供了有力支持。

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三、辽宁地区某热电联产项目案例分析

（一）项目背景

辽宁某热电联产项目位于辽宁省沈阳市铁西区，是国家能源集团辽宁电力有限公司沈西热电厂的扩建项目。该项目的主要目标是为沈阳市铁西区工业园区内的企业及周边居民提供电力和热力。项目采用智能化控制系统，实现了对热电联产过程的自动化监控和优化调度。具体建设内容包括扩建 2×350MW 超临界热电联产机组，配备 2×1095t/ h超临界煤粉炉和 2×35 0MW抽凝式汽轮发电机组。项目总投资约 28.73 亿元，预计年发电量可达3700 小时，供热效率显著提升。

该项目通过智能化控制系统实现了显著的能效提升和污染物减排。具体措施包括采用改进型模糊-PID复合控制器，对锅炉燃烧过程进行动态优化控制。通过实时监测燃烧效率、氧含量等参数，系统自动调整燃烧器的喷油量和风量，使燃烧过程始终保持在最佳状态，显著提高了燃烧效率并降低了煤耗。此外，项目还引入了智能燃烧监测系统，利用视频挖掘分析技术对燃烧火焰的颜色、形状和强度进行实时监测，判断燃烧状态是否正常，并及时发出预警信息。这些技术的应用使供电煤耗从 287g/kWh 降低到

263g/kWh ，降幅达 8.4% ，同时供热效率提高了 10% 以上。

在污染物排放方面，项目采用了低氮燃烧技术结合SCR脱硝系统，确保NOx排放浓度从 98mg/m³ 降低到 62mg/m³ ，降幅达 36.7% 。此外，项目还配备了双室五电场低低温静电除尘器和湿法脱硫设施，实现了对污染物排放的实时监测和控制。通过这些措施，项目不仅实现了节能减排的目标，还为区域可持续发展提供了有力支持。

（二）自动化控制技术应用

项目采用改进型模糊-PID复合控制器，对锅炉燃烧过程进行动态优化控制。通过实时监测燃烧效率、氧含量等关键参数，系统自动调整燃烧器的喷油量、风量等参数，确保燃烧过程始终处于最佳状态，从而显著提高燃烧效率并降低煤耗。同时，引入智能燃烧监测系统，利用视频挖掘分析技术对燃烧火焰的颜色、形状和强度等特征进行实时监测。系统能够根据火焰状态判断燃烧是否正常，并及时发出预警信息，为运行人员提供决策依据，进一步优化燃烧过程。

在负荷优化分配方面，系统基于预测模型对供热和发电负荷进行优化调整。根据实时负荷需求和设备运行状态，系统自动计算最优的负荷分配方案，并将指令下达给各设备，实现供热和发电的协同优化。此外，采用多模式供热机组间负荷优化分配调度方法，通过建立机组间的协同控制模型，动态调整各机组的供热和发电负荷，进一步提高系统的整体运行效率。在设备智能诊断与维护方面，利用人工智能算法和专家经验对历史运行数据进行分析，构建设备智能诊断模型。系统能够实时监测设备运行状态，自动识别故障类型和程度，并提供维修建议。同时，建立设备全生命周期管理系统，对设备从采购到报废的全过程进行信息化管理，实现精细化管理，延长设备使用寿命，降低维护成本。

（三）能效提升效果分析

项目改造后，能源利用效率显著提高，污染物排放大幅降低。通过燃烧过程优化控制和负荷优化分配，供电煤耗从 287g/kWh 降低到 263g/kWh ，降幅达 8.4% ；单位供热煤耗降低 10% 以上，供热效率显著提升。智能化控制系统实现了对能源的精细化管理，通过优化设备运行参数和负荷分配，减少了能源浪费，进一步提高了能源利用效率。同时，在污染物排放方面，改造后NOx排放浓度从 98mg/m³ 降低到 62mg/m³ ，降幅达 36.7% 。系统通过优化燃烧过程，降低了污染物生成量，并实现了对污染物排放的实时监测与控制。此外，项目采用余热回收等节能技术，进一步减少了能源消耗和污染物排放，实现了节能减排的目标。

项目改造后，经济效益显著提升。年运行能耗费用大幅降低，通过优化设备运行和能源利用，燃料消耗和设备维护成本显著减少，企业的经济效益得到提高。智能化控制系统不仅提高了系统的运行效率和可靠性，还减少了设备故障停机时间，进一步提升了企业的生产效率。这些改进措施综合提升了项目的经济性和可持续性，为企业的长期发展奠定了坚实基础。

四、结论

通过对辽宁地区某热电联产项目的详细分析，展示了智能化热电联产系统在自动化控制与能效提升方面的显著优势。研究结果表明，智能化控制技术能够有效提高热电联产系统的运行效率和能源利用率，供电煤耗显著降低，供热效率大幅提升。同时，污染物排放得到有效控制，NOx排放浓度大幅减少，节能减排效果显著。此外，智能化系统还显著降低了企业的运行成本，提高了生产效率，增强了企业的经济效益和可持续发展能力。因此，智能化热电联产系统不仅为辽宁地区提供了高效的能源解决方案，也为全国能源行业的可持续发展提供了宝贵的经验和借鉴。