電廠多臺發(fā)電機組負荷優(yōu)化分配的探索與實踐

朱昌厚

（馬鞍山鋼鐵股份公司熱電總廠，安徽馬鞍山 243000）

1 前言

馬鋼熱電總廠新區(qū)電廠現(xiàn)有3臺發(fā)電機組，其中11#機組為153MW燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)CCPP機組；12#機組為135MW煤粉機組，按熱值計算可摻燒60%的煤氣，根據(jù)煤氣品質(zhì)，全燒煤氣時負荷在80～95MW之間；13#機組為60MW全燒煤氣機組。3臺機組在生產(chǎn)的同時，會遇到高爐休風、熱軋待料等工況，煤氣量會在極度貧乏到極度富裕之間變化，要做到多燒煤氣多發(fā)電，就必須對各臺機組的負荷進行優(yōu)化分配。

表1列出了3臺機組的燃燒方式、滿負荷工況時煤氣最大消耗量和發(fā)電標煤耗量，其中13#機組的煤氣消耗量表示為在60MW負荷內(nèi)，煤氣種類和煤氣量的最大協(xié)調(diào)范圍。

表13臺機組的燃燒方式、滿負荷工況時煤氣最大消耗量和發(fā)電標煤耗量

2 全燒煤氣機組的負荷優(yōu)化分配

如表1所示，11#機組和13#機組的燃燒方式都是全燒煤氣，發(fā)電標煤耗量分別是286.57 g/kWh和358.75 g/kWh。不難看出，11#機組的效率遠高于13#機組，在煤氣貧乏時，在保證13#機組不停運的工況下，盡量增加11#機組的負荷是毋庸置疑的。

現(xiàn)通過具體例子來表述11#機組和13#機組的負荷分配。設(shè)有d個負荷單位（如每一個單位為10MW）分配給這2臺機組。其中11#機組每10MW的發(fā)電標煤耗量為2.87 t，13#機組每10MW的發(fā)電標煤耗量為3.59 t。表2給出了2臺機組承擔不同負荷時的能耗情況。

表2 承擔不同負荷時機組的能耗

在煤氣不富裕的情況下，把負荷只分配給11#機組是最經(jīng)濟的。但是煤氣不是均衡供應的，在保證11#機組最低允許負荷為40MW，13#機組最低經(jīng)濟負荷為30MW（不停高壓加熱器和備用供熱）的前提下，如何在總負荷70MW至213MW之間合理分配2臺機組的負荷，并始終保持總負荷時的能耗最小，我們通過表3來獲得最優(yōu)分配的結(jié)果。

表3的第一行表示13#機組承擔的負荷，第一列表示11#機組承擔的負荷；第二行表示11#機組未承擔負荷，僅靠13#機組承擔負荷時的能耗情況，同理第二列表示僅靠11#機組單獨承擔負荷時的能耗情況，而行與列的交叉處所填的數(shù)字為2臺機組共同承擔負荷所對應的能耗之和。如總負荷只有100MW，11#機組單獨承擔負荷是最經(jīng)濟的，但要維持13#機組的最低經(jīng)濟負荷，因此，第9行和第5列交叉時的能耗才是最小的（★所示），即是最優(yōu)的負荷分配方法。

再如，當總負荷180MW時，第17行和第5列交叉時的能耗是最小的（▲所示），同樣是最優(yōu)的負荷分配方法。

通過上述方法，2臺機組在各自保證不停運的前提下，若13#機組退出最低經(jīng)濟運行模式，負荷更是能在短時間內(nèi)維持10MW負荷運行，這樣就使2臺機組的總負荷可以在50MW至213MW之間任意增減分配，且總能耗仍然是保持最低的。如高爐故障，緊急休風，總負荷只有50MW，第6行和第3列交叉時的能耗無疑是最優(yōu)的負荷分配方法（●所示）。

表3 負荷在2臺機組中分配所產(chǎn)生的發(fā)電標煤耗量 t

3 全燒煤氣機組與摻燒煤氣機組間的負荷優(yōu)化分配

馬鋼新區(qū)電廠12#機組鍋爐的燃燒方式為煤粉摻燒煤氣，機組既可以煤粉＋煤氣混燒，也可以全燒煤粉或者全燒煤氣。在不影響自身滿負荷（135MW+供熱）的情況下，對新區(qū)煤氣管網(wǎng)的調(diào)峰能力亦是非常強的。當11#機組和13#機組已經(jīng)滿負荷后，剩余的煤氣由12#機組消耗，12#機組消耗煤氣的能力在表1中已有描述，受鍋爐排煙溫度的制約，12#機組全燒煤氣工況時根據(jù)煤氣熱值的高低，負荷一般在80～95MW 之間。

通過表4，我們可以更加直觀的看到12#機組在參與新區(qū)煤氣管網(wǎng)調(diào)峰時制粉系統(tǒng)的運行工況(■表示運行;○表示停運 )。

從表4中看到，在不摻燒煤氣的情況下，12#機組的制粉系統(tǒng)全部運行，而當煤氣負荷的不斷增加，制粉系統(tǒng)也逐漸停運，當煤氣負荷達到12#機組最大摻燒量時，機組受鍋爐排煙溫度的制約，負荷只能維持在80～95MW之間運行。

針對全燒煤氣機組和摻燒煤氣機組發(fā)電負荷的分配，我們同樣設(shè)定了d個負荷單位（每一個單位為20MW）分配給這3臺機組。其中11#機組和13#機組為全燒煤氣機組，應優(yōu)先分配負荷，這2臺機組每20MW的平均發(fā)電標煤耗量為6.46 t，12#機組每20MW的發(fā)電標煤耗量為6.70 t。表5給出了在煤氣富裕時3臺機組承擔不同負荷時的能耗情況。

表412#機組滿負荷時制粉系統(tǒng)啟停狀況與煤氣摻燒量之間的關(guān)系

從表5中可以看出，如果11#機組和13#機組的負荷之和達不到213MW時，12#機組在任何工況下?lián)綗簹舛际遣唤?jīng)濟的，如總負荷只有200MW，在第12行和第2列交匯處的能耗是最小的（*所示），也是最經(jīng)濟的，而這200MW的負荷在11#機組和13#機組之間如何分配，就要參閱表3中所對應的最小數(shù)值了。通過上述描述，馬鋼新區(qū)電廠3臺發(fā)電機組的負荷分配思路逐漸清晰了。在機組不停運的前提下，優(yōu)先將負荷分配給11#機組（CCPP），其次是全燒煤氣的13#機組，最后才是燃燒工況可以任意切換的12#機組。（從發(fā)電標煤耗量的角度，12#機組要優(yōu)于13#機組，煤氣似乎應優(yōu)先分配給12#機組，而從發(fā)電量的角度，始終保持12#機組滿負荷是降低公司噸鋼成本的不二選擇。）

4 實踐的效果

新區(qū)電廠每小時最大消耗煤氣量在表1中已經(jīng)標明，從2013年的實踐效果來看，3臺發(fā)電機組累計所消耗的煤氣量按熱值計算又提升了約10%，我們在表6中將2012年的煤氣消耗量和2013年進行了對比(單位:km3)：

表63臺發(fā)電機組2012～2013年度的煤氣量消耗對比表

通過表6的對比，2013年，新區(qū)電廠不僅在增加煤氣發(fā)電占比的同時，3臺機組的平均發(fā)電成本更是下降了約8.2%，這其中包括對機組的節(jié)能改造、減少非計劃成本開支等因素外，最重要的一點就是實行了負荷優(yōu)化分配方案，真正做到最大限度的消耗富裕煤氣，并保持3臺機組的最低能耗值。

表5 煤氣發(fā)電負荷在3臺機組中分配所產(chǎn)生的發(fā)電標煤耗量

5 結(jié)束語

鋼鐵企業(yè)的富裕煤氣除了用于發(fā)電之外，更要在如何提高發(fā)電效率，減少污染排放方面提高企業(yè)自身的競爭能力。本文對鋼鐵企業(yè)電廠如何實行負荷最優(yōu)分配運行進行了探討和實踐，降低發(fā)電成本同樣是鋼鐵行業(yè)降低噸鋼成本的有效措施，進一步挖掘企業(yè)內(nèi)部潛力，也是鋼鐵行業(yè)走出困境的必由之路。