从集控值班员角度对火电厂辅机设备运行监测及能效优化的思考
 
 摘要
 
火电厂辅机设备是机组安全经济运行的重要保障，其运行状态直接关系到厂用电率、供电煤耗等核心能效指标。随着煤电机组从基础负荷供应者向电力支撑与调峰并重方向转型，辅机设备长期运行在较轻负荷水平，效率低、节流严重的问题日益突出。本文从集控值班员的视角出发，系统分析了火电厂辅机设备运行监测的现状与挑战，剖析了辅机能耗偏高的深层原因，围绕状态监测技术应用、运行方式优化、变频调速改造及集控运行精细化管理等维度，提出了辅机设备能效优化的系统路径。研究表明，现有火电厂大型高压辅机设备耗能占厂用电总量的50%以上；通过智慧化监控系统投运，单台机组值班人员可减少1~2人，年提质增效约300万元；广义变频系统可使辅机功耗大幅降低；灵州电厂通过辅机变频、双速等改造，降低厂用电率约0.4%，辅机节电效果大于25%。本文旨在从运行一线的实践视角，为火电厂辅机设备能效提升提供参考。
 
关键词：火电厂；辅机设备；集控运行；状态监测；能效优化
 
 
 1 引言
 
火电厂辅机设备是指服务于锅炉、汽轮机、发电机三大主机正常运行所必需的辅助设备系统，主要包括燃料供给系统中的给煤机、磨煤机，烟风系统中的送风机、引风机、一次风机，汽水循环系统中的给水泵、凝结水泵、循环水泵，以及冷却系统、除灰渣系统、脱硫脱硝系统等各类配套设备。这些设备数量众多、分布广泛、运行工况复杂，其运行状态与能耗水平直接影响机组的整体经济性和安全性。
 
在火电厂集控运行模式下，集控值班员通过分散控制系统对全厂主辅机设备进行集中监视、操作与调度。辅机设备的运行监测与能效优化，是集控值班员日常工作的核心内容之一。然而，随着新型电力系统建设的深入推进，煤电机组的运行方式发生了深刻变化——从长期带基荷运行转向深度调峰、频繁启停和宽负荷运行。这一转变使辅机设备长期偏离设计工况运行，效率显著下降，能耗大幅攀升。与此同时，辅机设备状态监测手段相对落后、运行方式调整粗放、节能改造推进不力等问题，进一步加剧了辅机能耗的居高不下。近年来，设备管理与维修领域的研究者持续关注辅机设备状态检修与预知性维护的技术路径；节能领域的研究也表明，辅机系统节能是火电厂降低供电煤耗、提升市场竞争力的关键突破口。
 
本文立足于集控值班员的运行实践视角，系统梳理火电厂辅机设备运行监测的技术现状与主要问题，深入分析辅机能效优化的关键路径，并结合典型工程案例与实测数据，探讨从运行监测到能效优化的系统解决方案，以期为火电厂辅机设备精细化管理提供参考。
 
 2 辅机设备运行监测：集控值班员的“眼睛”与“耳朵”
 
 2.1 辅机设备运行监测的必要性
 
辅机设备一旦发生故障或跳闸，可能引发锅炉辅机故障减负荷甚至主燃料跳闸等严重后果。因此，对空预器、引风机、送风机、一次风机、磨煤机、给煤机等关键辅机设备进行持续、精准的运行监测，是集控值班员保障机组安全运行的首要任务。
 
从能效管理的角度，辅机设备的运行参数——电流、功率、转速、振动、温度、压力、流量等——是评估设备运行效率、识别能耗异常的基础数据。通过对这些参数的实时监测与趋势分析，集控值班员可以及时发现设备效率下降、能耗升高等问题，为运行方式调整和节能优化提供依据。
 
 2.2 当前运行监测的主要方式
 
目前，火电厂辅机设备的运行监测主要依托DCS系统完成。集控值班员通过DCS操作员站监视辅机设备的电流、温度、压力、流量等关键参数，并结合报警光字牌和就地巡回点检获取设备状态信息。部分电厂已在关键辅机上安装了振动在线监测装置，将振动数据纳入旋转机械监视分析系统。近年来，基于应力波技术的辅机设备在线监测方法逐渐得到应用，通过对辅机设备关键部位进行数据在线监测，实现设备健康趋势管理，并在故障发生时及时预警、状态评判。
 
 2.3 运行监测面临的主要挑战
 
从集控值班员的实际操作体验来看，当前辅机设备运行监测主要面临以下挑战。
 
监测手段相对单一，信息获取不充分。 传统的DCS监测主要依赖温度、压力、电流等常规参数，对设备的振动、位移、磨损等机械状态信息的获取能力有限。集控值班员在监盘过程中往往只能看到“结果”而难以感知“过程”，对设备劣化趋势的预判能力不足。
 
报警信息泛滥，有效预警不足。 大量低价值报警信息充斥DCS画面，而真正反映设备健康状态恶化的早期征兆却容易被淹没。预警准确率偏低的问题长期存在——传统预警系统的准确率仅约30%。
 
数据分析深度不够，决策支持有限。 集控值班员在操作调整和分析过程中往往依赖个人经验，缺乏一定的理论支撑和指导，其判断结果的准确性和合理性仍值得商榷。海量的运行数据未能被充分挖掘和利用，难以形成有效的能效优化决策支持。
 
 3 辅机能效现状与优化空间分析
 
 3.1 辅机能耗的基本现状
 
辅机设备是火电厂厂用电的主要消耗者。现有火电厂大型高压辅机设备耗能占厂用电总量的50%以上。在厂用电构成中，给水泵、送引风机、磨煤机、循环水泵等大功率辅机是主要的耗能设备。以电动给水泵为例，其耗电量约占整个机组发电量的3%左右。风机、水泵类辅机设备多采用定速运行方式，通过节流调节（挡板、阀门）来控制流量和压力，存在大量的节流损失。
 
 3.2 深度调峰背景下辅机能耗的新挑战
 
煤电机组已从基础负荷供应者向电力支撑与调峰并重方向转型，导致辅机长期运行在较轻负荷水平，效率低、系统节流严重。在低负荷工况下，辅机设备的运行效率远低于设计值。以风机为例，当机组负荷降至50%以下时，采用定速运行加挡板调节的方式，风机效率可能降至60%甚至更低。低负荷成为我国火电机组运行的新常态后，火电机组主机、辅机能耗显著增加，安全隐患增大。
 
 3.3 辅机能效优化的潜力评估
 
辅机设备的节能潜力十分可观。风机、水泵类辅机的变速调节所起到的节能效果可显著降低厂用电和发电成本。研究表明，通过变频调速技术替代传统的节流调节，风机、水泵类设备的节电率可达20%~30%。灵州电厂的实践表明，通过一次风机、凝结水泵、循环水泵及电除尘器等辅机的综合节能改造，辅机节电效果大于25%，降低厂用电率约0.4%，每年为企业增加效益150余万元。
 
 4 辅机设备能效优化的实践路径
 
 4.1 状态监测技术的升级：从“被动响应”到“主动预知”
 
辅机设备能效优化的第一步，是获取准确、及时、全面的设备状态信息。
 
智慧化监控系统的建设是实现这一目标的重要路径。燃煤火电机组智慧化监控系统实现了对火电机组关键参数、辅机设备的智能监测，对传感器、执行机构、控制回路的性能评价，对机组运行的能效在线分析并给出运行工况操作指导。该系统通过搭建数据可视化综合展示平台，集成机组能效分析及运行工况操作指导、参数/设备智能预警、控制系统品质评价等实时监控信息。
 
智能预警平台的部署显著提升了故障预判能力。面向新型电力系统的火电设备状态全景感知与智能预警平台，提供365×24小时不间断的设备远程监视、数据分析、异常预警和诊断服务，预警准确率由传统系统的约30%提升至85%以上。平台上线4个月内即接入12台机组数据，约1500个预警模型投入运行，累计发布90余份预警报告，发现多起设备早期劣化趋势。
 
应力波等新型监测技术的应用进一步拓展了监测维度。以应力波技术为基础，对辅机设备关键部位进行数据在线监测，通过应力波相关工具对设备进行健康趋势管理。关键辅机设备实现运行状态可视化、故障趋势可预测，设备可用率可提升12%以上。
 
 4.2 运行方式的精细化调整：集控值班员的核心战场
 
对于集控值班员而言，辅机设备运行方式的优化调整是最直接、最频繁的能效优化手段。
 
循泵运行方式的优化是典型的实践案例。面对高温导致的设备膨胀、效率下滑等挑战，集控运行班组坚持“勤调整、小幅度”策略，主控带着副控反复演算，优化循泵运行方式，既要保供电，又要降能耗。皖能马鞍山公司集控运行人员在高温天气下通过精准调控冷却水量，将设备温度锁定在最佳区间。
 
辅机投退时机的精准把控同样关键。运行人员紧盯负荷曲线变化，精准把控辅机投退时机，杜绝设备空转空耗，做到“度电必争、耗电必省”。国能菏泽发电通过优化不同工况下辅机运行模式，在低负荷时段停运磨煤机等设备，有效降低了厂用电消耗。
 
凝结水泵、给水泵等关键辅机的运行参数优化效果显著。长安益阳发电公司通过优化调整凝结水泵再循环阀超驰开逻辑、自动调节函数曲线及保护参数，在特定工况下凝结水泵运行电流节电幅度可达10%。通过优化给水泵再循环阀开度，给水泵前置泵电流下降约4A，BEST小机剩余发电功率增加0.7~0.8MW。
 
 4.3 变频调速改造：从“定速运行”到“变速调节”
 
变频调速是火电厂辅机设备节能改造最为成熟和有效的技术手段之一。
 
高压变频器在风机、水泵类辅机中的应用已取得显著成效。引风机、一次风机等锅炉主要辅机加装高压变频器后，成功改善了烟风系统运行状况，节约了能源、降低了煤耗。某330MW火电厂给水泵采用大功率水冷变频改造后，年节电率达25%以上。鹤壁丰鹤发电公司实施循环水泵变频改造后，每月节电20余万度，折合煤耗70余吨。
 
广义变频系统代表了更前沿的技术方向。基于高低转速汽动给水泵的广义变频系统，通过将给水泵汽轮机与变频汽轮机合二为一，可依据负荷变化实现部分厂用辅机的变频运行，在节省投资费用的同时最大化节能降耗。该系统使连接变频母线上的辅机功耗大幅降低。
 
双速改造等低成本方案同样值得关注。对于电机容量大、能耗高的辅机设备，采用双速控制改造方案可在不增加变频器投资的情况下实现一定程度的节能。灵州电厂的循环水泵双速改造在同类型机组中应用不多，但在北方四季温差较大的地区采用，节电效果尤为明显。
 
 4.4 集控运行精细化管理：制度保障与能力提升
 
技术手段的落地需要管理制度的保障和人员能力的支撑。
 
能耗参数的精细化管控是基础。长安益阳发电公司建立“实时监测、动态分析、闭环整改”的精细化管控机制，重点管控主再热蒸汽温度、压力、排烟温度、真空度等核心指标，明确参数控制范围及最优调整标准。依托六机一控平台搭建能耗参数分析模型，自动识别参数异常波动，提前预判能耗隐患，实现从“被动调整”向“主动防控”的转变。
 
标准化监盘与规范化巡检是集控值班员的基本功。实时监测曲线组紧盯主蒸汽温度、压力、水位、电流等关键易变参数，值班人员通过比对实时数值与半小时波动曲线，依靠细微数值变化提前识别报警滞后隐患。辅控运行班组全面推行网格化、分区化巡检模式，实时跟踪设备运行温度、振动、压力、流量等关键指标。
 
智能辅助决策工具的应用显著提升了运行人员的操作水平。国能菏泽发电公司自主研发的智能化燃烧效率分析系统，通过锅炉耗差分析及评估系统，让运行人员了解关键参数对供电煤耗的影响，并通过AI指导建议实时提示运行人员对偏离最佳值的参数进行调整。这套系统使3号、5号炉分别实现锅炉效率3.45%和1.05%的提升。龙山电厂2号机组经智能化改造后，日均操作量降至4500次，降幅达75%。
 
 5 综合效益分析
 
辅机设备运行监测与能效优化的综合效益已在多个电厂得到验证。
 
在安全效益方面，智慧化监控系统通过智能诊断和预警，预计每年可减少1~2次因关键设备异常导致的甩负荷或低负荷运行事件，减少损失100万~200万元。智能预警平台已成功避免多起发电机组非停事件。
 
在经济效益方面，DCS智慧化监控系统投运后，单台机组值班人员可减少1~2人，减员增效估算约30万~60万元/年；通过运行工况操作指导提升运行经济性，提质增效估算300万元/年。灵州电厂辅机综合节能改造每年增加效益150余万元。国能蚌埠电厂通过脱硫循环浆液泵变频改造、磁悬浮氧化风机更换等系列技改，每年可节约厂用电530万千瓦时。
 
在能效提升方面，广义变频系统在平山电厂1350MW超超临界机组上的应用，实现了部分厂用辅机的变频运行，大幅降低了辅机能耗。铜陵电厂通过给水泵精密车削及高速动平衡改造，两台泵综合节电率达20.5%，年节电量53.42万千瓦时。
 
 6 结论
 
（1）火电厂辅机设备耗能占厂用电总量的50%以上，是节能降耗的重点领域。在深度调峰成为常态的运行背景下，辅机设备长期偏离设计工况运行，效率低、节流严重的问题日益突出，亟需从运行监测与能效优化两个维度系统施策。
 
（2）集控值班员是辅机设备运行监测与能效优化的直接执行者。当前运行监测面临监测手段单一、有效预警不足、数据分析深度不够等挑战。通过智慧化监控系统建设、智能预警平台部署和应力波等新型监测技术的应用，可将预警准确率从30%提升至85%以上，实现从“被动响应”到“主动预知”的转变。
 
（3）辅机设备能效优化的实践路径包括运行方式精细化调整、变频调速改造和集控运行精细化管理三个层面。凝结水泵运行电流节电幅度可达10%，给水泵变频改造年节电率达25%以上，广义变频系统可实现辅机功耗的大幅降低，灵州电厂综合改造辅机节电效果大于25%。
 
（4）系统化的辅机设备运行监测与能效优化可带来显著的综合效益：单台机组年提质增效约300万元，辅机综合改造每年增加效益150余万元，关键辅机设备可用率提升12%以上。集控值班员作为运行监测与能效优化的第一责任人，其监盘能力、操作水平和节能意识的持续提升，是辅机能效优化目标实现的关键保障。
 
 
 参考文献
 
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