大型火电机组辅助动力系统优化运行分析

引言：

在大型火电机组中，辅助动力系统作为保障主机稳定、安全运行的重要组成部分，其能耗占电厂总耗电量的比重较高。随着节能减排政策的不断推进，提升辅助系统运行效率成为提高火电厂整体经济性和环保性能的关键环节。目前，该系统在运行中普遍存在设备负荷分配不合理、控制策略滞后等问题，制约了能效提升。因此，本文围绕辅助动力系统的优化运行展开研究，旨在通过系统分析与策略设计，降低能耗、提高效率，为火电机组节能运行提供理论依据与实践路径。

一、系统构成与运行现状分析

大型火电机组所具备的辅助动力系统，主要包括诸如给水泵、循环水泵以及引风机等设备，还有压缩空气系统与厂用电系统等。而这些设备所承担的是为锅炉和汽轮机提供必需介质以及维持热力循环和保障系统稳定运行的任务，其运行状态对电厂整体效率有着直接关系。当前，在许多电厂里辅助设备运行模式依旧以定速、恒载或者经验调节为主要方式，缺乏以实时负荷变化作为基础的智能调控手段这一状况普遍存在。部分设备出现长期处于低效率运行状态、启停较为频繁以及冗余配置等相关问题，结果使单位发电能耗不断升高。此外，系统间所呈现出的协调性较差、调度响应存在滞后等现象，进一步加剧了能量被浪费的局面。所以，对于深入分析其运行特性并且识别关键耗能环节，乃是实施优化运行极为重要的前提，也能为实现系统节能提供重要的技术支撑贡献力量。

二、关键影响因素与能耗诊断

（一）关键影响因素识别

在大型火电机组复杂的辅助动力系统当中，存在着诸多对其运行效率产生影响的因素，这些因素大致上能够被归纳为设备负荷率以及系统配置匹配性，还有运行方式、控制策略与设备维护水平等方面。其中设备负荷率作为影响能效的核心变量之一，若机组长期在非最佳负荷区间进行运行，不仅能耗会出现增加的状况且设备寿命也将会受到影响。就如同大型离心泵一般，其高效运行区域通常是处于额定负荷的 70% 至 90% 这个范围之内，如果负荷偏离了该特定区间，那么其效率便会呈现出显著下降的态势。而从另外一个方面来看，控制策略所具备的先进性以及实时性，对于系统协调运行能力起着直接决定作用。然而当前许多火电厂仍然在使用传统的定值或者手动控制模式，这种模式由于缺乏基于负荷预测以及系统反馈的智能优化算法，致使运行参数调整出现滞后，同时系统整体耦合性差，进而令能耗水平得到进一步加剧。

（二）能耗评估与诊断方法

为能精准把控辅助动力系统具有复杂性且与实际紧密关联的能耗特性，基于真实有效的实际运行数据对整个系统予以全面评估与深度诊断成为一种必不可少的途径。通过引入能效基准分析法，以及综合性能系数（COP）评估、关键设备电耗监测并结合趋势分析等一系列的方法，从而实现去识别主要能耗单元以及它们的运行偏差情况。数据来源涵盖了诸如SCADA 系统、DCS 平台或者能效管理系统等。借由针对各类设备所涉及的运行电流、功率因数、负载曲线以及启停频率等诸多指标开展对比工作，以此来判断是否存在超负荷、低效率抑或是频繁启停等异常工况。并且，建立起与设计工况之间存在偏差的模型，这对评估运行偏离程度有着极大的帮助，进而能够为后续开展优化工作提供具备量化特性的依据。在诊断这一复杂过程当中，还需着重关注系统之间紧密相连且相互影响的联动关系，特别是在多台泵以及风机之间所采用的协调运行策略，还有经过变频改造之后所蕴藏的节能潜力问题。通过这种依靠科学诊断方法并借助数据有力支撑的方式，能够在一定程度上有效发现潜藏的问题所在，最终指导优化运行方案的科学制定。

三、优化运行策略设计

（一）负荷合理分配

在辅助动力系统之中，合理对各类设备运行负荷予以分配这一举措，作为优化运行的首要策略存在着。然而在实际运行的过程当中，总是会出现诸如单台设备负荷过重以及冗余设备低效运行或者备用设备无效参与等一系列状况，进而造成能耗浪费的结果。针对这样的一种现象，应当结合系统的负荷特性以及实时运行需求，构建起基于负荷预测的一种动态调配机制。比如说在多泵或多风机的系统里面，可依据最佳效率点运行区间，采取 “ 优先高效、轮换备用” 这种原则，使得设备之间能够实现轮换运行以及动态调节，进而既对系统安全起到保障作用又提升整体效率，同时，主用与备用设备的切换逻辑也应该被明确，以此来避免频繁启停和无效功耗情况的发生。

（二）控制逻辑优化

传统火电厂广泛存在诸如控制逻辑滞后这一明显问题以及反馈响应慢还有参数设定呈现出刚性等一系列情形。鉴于要达成辅助系统能够精准调控的目的，针对现有的控制策略应当进行系统性的优化处理。首先需要构建一种基于负荷反馈的闭环控制模型，利用机组运行所涉及的参数（比如汽压、负荷率以及冷却水温等这类参数）来对控制信号实施动态的调整操作，进而以此种方式实现自适应的调节过程。其次推广采用分布式控制策略（像分区压力控制、局部温控这类具体策略），以此提升系统的局部调节能力同时降低整体的能耗。针对主要的能耗设备应当设计具备多级控制的模式（例如运行/待机/节能/停机这些状态之间的转换模式），从而实现按照需求进行启动以及达成智能控制。而其最终的目标就是将辅助系统从被动调节” 的传统模式转变成为“ 主动响应” 的全新模式。

（三）节能控制技术应用

伴随着智能化技术朝着更为先进方向发展这一进程，诸多节能控制技术被越来越多地应用到火电厂辅助系统领域中。像那种广泛应用于风机以及水泵等大功率设备用以调速运行的变频控制技术，在部分负荷的状况下对降低能耗能够起到显著作用。而在关键节点位置引入诸如智能功率调节模块以及能耗管理平台的能效监控与优化控制装置，凭借这一举措达成对设备运行状态实施实时监控和智能优化。另外利用大数据分析以及机器学习算法的手段，以此来对设备运行模式进行学习并作出预测，从而能够对系统的优化调度起到一定指导意义。要是结合工业互联网平台的话，就可做到跨系统数据集成以及协同控制方面，目的在于为整个辅助动力系统打造一种开放、智能且节能的运行生态体系。

结论：

通过对大型火电机组辅助动力系统的优化运行设计，可实现系统负荷分配合理化、控制逻辑智能化和能耗水平显著降低，预期将有效提升整体运行效率，促进节能减排目标的实现。未来，随着工业互联网与智能控制技术的发展，辅助系统将向高度集成化、数据驱动化方向演进。构建具备自学习、自适应能力的运行平台，将成为提升火电厂智能化水平和绿色转型能力的关键路径。

参考文献：

[1]王培红.热力发电厂课程设计[M].南京东南大学出版社:202301.189.

[2]韩庆华,李风奎.大型火电机组 100% 汽机旁路控制优化研究[J].工程技术研究,2019,4(18):19-20.