發電廠熱控專業生存年鑑(三)“靜止”的熱控專業

α星由於生存環境艱難,所以那裡的人類學會了逆境中成長,他們也從根本上見證了人性的惡。恐怕全世界,只有中國人的哲學中才會說,“人之初,性本善”,但人性本惡可能才是大多數,善良只是人性光輝中短暫的一刻。就像三體世界中那個1379號監聽員一樣,他從出生那一刻就註定了一輩子的卑微,而這種卑微恰巧是三體世界中人性本惡最基本的一面造成的。正如他所說的,“我是個小人物,生活在社會的最底層”,這句話似乎又影射了很多地球這個單體的社會一面。"給歲月以文明,而不是給文明以歲月,給時光以生命,而不是給生命以時光。"所以,首先是先有了歲月,才有了文明,如果歲月不能靜好,那麼文明就失去了最基本載體。

α星的人類如果想要生存,去發展哲學或者道德價值是沒有多少意義的,他們要做的首先是生存,所以社會學在那裡沒有意義。反而是物理學、生命科學這些能夠改變生存現狀的學科得到了更好的發展。所以,三體文明領先地球文明,根本上是三體的物理學、生命科學更領先,而社會學、哲學領域落後很多。後來名不見經傳的雲天明在三體星球成了暢銷小說家,也就不足為奇,畢竟在此之前三體星是沒有小說家的。

在三體星球上,社會學這樣的意識學科是靜止的,但是在地球上物理學史靜止的。如果大家回頭看一下,人類走進現代化石什麼時候的事,如果從基礎物理的角度看,我認為是從牛頓發現“三大定律”開始的,大約是17世紀的事情;如果是從應用物理的角度看,那麼應該是從瓦特發明蒸汽機開始的,大約是18世紀的事情;當然,人類走進電磁時代,其實是從19世紀開始的,法拉第做出了自己的貢獻。也就是說,在過去的三百年,人類在理論物理上自從發現了牛頓三大定律和法拉第電磁定律後,人類基礎物理學科幾乎就停滯不前了,當然愛因斯坦的相對論是基礎物理的重大發現。但是有必要說明的是,無論是牛頓的三大定律還是法拉第電磁定律,都在應用物理上得到了很好的利用,但是相對論沒有,至今還是處在理論物理研究方面。

換句話說,人類在過去的三百多年時間裡,幾乎是一夜之間得到了地球上的真理,並且得到了很好的使用,之後我們在基礎物理方面沒有了進步,進步只是將基礎物理做了很好的應用。無論是噴氣式飛機,還是火箭飛船,還是無線通訊,都是基礎物理的最好例證。

細思極恐,人類的文明就像是被罩住了一樣,基礎物理再也沒有重大突破!

就像上世紀四十年代,美國人已經開發出了300MW的亞臨界機組,然而半個多世紀已經過去了,人類還在使用這項技術。甚至在地球上一些偏遠落後的國度,火電廠的單機規模只限於135MW的亞臨界機組。如果從這個角度看,我們在很多方面的確是沒有進步的,半個世紀沒有進步的。

火電廠半個世紀沒有進步,那就代表著在材料學、動力學、蒸汽學等領域沒有進步。我們的管道無法承受更高溫高壓的蒸汽參數,即便是到了超臨界機組以及高效超超臨界機組,其實很大程度上是原有技術的一種拓展而非創新和革命。

如果說半個世紀有進步的話,那麼我相信熱控相關的應用物理是進步的。機務相關的設備受制於材料學、高分子學的限制無法做到進一步的革新,但是熱控專業卻發生了重大變化。最早的火電廠,參數檢測都是在現場進行目測,有了一些最基本的溫壓元件,但是隻能現場顯示。後來,逐漸出現了些通過線圈控制的電動閥門,電廠工人開始解放自己的雙手。再到後來,出現了一些遠傳的通訊技術,通過有線將溫壓流的信號集中傳到固定的地點,你再也不用為了觀察一個參數在爐子上上躥下跳了。

等到馮.諾依曼發明了計算機,開始出現了遠傳信號在CRT的顯示技術,到後來PLC和DCS系統的誕生,再到如今總線技術的應用。可以說,熱控技術在電廠的發展過程中起到了排頭兵的示範作用。如今,一些電廠開始使用無線傳感技術,很多設備廠家在此應用上煞費苦心。可以說,隨著時代的進步,電廠的熱控技術逐漸朝著智能化的方向在進步。

但是電廠熱控的理論基礎,還是沒有擺脫上世紀諾伯特.維納提出的控制論學,這個學科為今後的過程控制理論打下了堅實的理論基礎,更是涉及到了生命科學、數學、邏輯學等。如今我們在電廠所有用到的控制理論都是在此基礎上的眼神和轉化,沒有實質性的改變。雖然我們的機組規模越來越大,設備越來越多,控制神經元越來越複雜,但是基本理論的框架沒有變,只是在優化而已。

從這個角度講,熱控專業是靜止的,或者說整個電力技術的發展是靜止的,其實一點也不為過。

如果有什麼讓我覺得我們在能源有效利用方面得到了進步,我認為是核能和光能的開發。核能的開發存在爭議,畢竟核能的使用有日本福島的慘痛教訓,但是很能的確是目前人類可大力開發的重要的技術資源。在人類沒有找到更好的技術資源之前,核能的開發可能會在未來幾個世紀都像如今的煤炭和石油一樣普及,我們會用上核能汽車、核能廚房甚至是核能的手機。當然,那個時候核能的安全肯定已經不是問題,就像現在鋰電池的安全程度一樣。

光能的使用較為可惜,目前光能的使用方式就兩種,一種是光伏,一種是光熱,前者很普及,後者處在初始開發階段。但是,光伏的利用率較低,能量轉化率較低,可以作為火電的補充,但是不能取代。至於光熱發現成功的案例,國內就那麼幾家。倒是在我國的地步的確,光熱資源豐富,大力發展是可行的,但是需要配套特高壓等技術,否則一切都是空談。

所以,目前電廠的發展來看,其實還是要在眼前細節著手。火電廠優化控制領域,如今得到了各個電廠的青睞,降低煤耗、提高廠用電率、優化環保參數成為了當前火力發電廠核心的任務。而這一切,在沒有更好的設備開發出來之前,熱控優化的手段就成為了一種必然選擇。

所謂的火電廠優化控制,就是在現有設備和材料的基礎上,通過DCS內調整設備參數,使得火電廠煤耗降低、環保參數更優、廠用電率更低的方法,說到底就是通過參數修改達到節能降耗的目的。前段時間得到了一些數據,僅做參考,目前生物質電廠的廠用電率在10%左右,大型火電廠用電率可以達到5%~6%,而我見過一臺輔汽汽輪發電機組,廠用電率高達17%。

理論上,大型火電廠參數可以優化到什麼程度,這取決於很多方面,包括設備的老化程度、機組的設計參數以及煤質的情況。設備的老化程度是不可控的參數,機組的設計參數也初期形成,煤質倒是可以把控,但是需要綜合價格等方面的因素。但是,熱控技術作為一項工程控制理論,“他完全不用去考慮能量、質量和效率等因素”(《工程控制論》錢學森 譯)。是的,熱控技術可以最大程度上將其他客觀因素拋棄掉,利用自己的理論體系去解決實際問題。換言之,任何問題都可以在熱控技術中找到解決的方式,至於解決的結果需要通過優化控制理論去調整。

沒錯,在上一篇文章中,我給大家提出了PID控制、模糊控制、魯棒控制等理論,加上目前市場流行的控制理論,構建了熱工控制技術的宏偉大廈。如果把現場儀表、執行器等乘坐熱控技術這座大廈基礎的話,那麼這些優化控制的理論則是整個大廈的支柱、樑架和絢麗的外表。沒有了這些璀璨的理論,我們頂多建造一套低矮的平房,有了這些理論作為支持,整個控制技術才得到了貫通。

所以,當你還在認為更換個溫壓流元件就是熱控專業的工作的話,當你以為學會了執行機構接線就是熱控人才的話,當你認為熱控只是電廠的輔助專業的話,那麼今天給你展示的則是真正的的電廠熱控的核心技術。這項技術外表看古怪而晦澀,深入進去則是千奇百怪。雖然熱控技術所有的原理離不開三大定律,離不開電磁定律,離不開基礎數學原理,但是電廠熱控技術將所有的這些基礎學科做到了弘揚、放大和傳承。

或許,在我們這個三維的世界,基礎物理學科很難再做到大的突破,但是電廠熱控技術卻可以在這些基礎學科上變的更加友好、實用和絢麗多姿。就像PID控制理論的提出者很難追根溯源了,但是這項技術在經歷了初始的理論階段、單片機使用階段到如今在DCS系統和PLC系統中的大力應用,可以說熱工控制理論正在有一個靈魂逐漸有了血液和骨架,開始穿上華麗的外衣,開始講觸角深入到火電廠的方方面面。可以毫不客氣的說,火電廠生產過程中的問題,如果在其他專業找不到解決方法,那麼一定能在熱控專業找到一個途徑。就像前文中說的那樣,我們在找不到更合適的資源替代礦石資源的時候,完全可以通過熱控的優化控制來最大限度的提高火電廠的生產效率和經濟效益。而要做到這一切,需要耐心去鑽研熱控技術的核心層面,而不是簡單的去更換個測點元件。

這一切,其他人可以不懂,作為一名熱控工程師,必須努力向前進!


分享到:


相關文章: