熱電廠熱力改造與優(yōu)化調(diào)度

劉平

摘 要：我國現(xiàn)階段的熱電廠的改造與調(diào)度還停留在人憑經(jīng)驗決定各臺機爐熱電負(fù)荷的水平。其中汽輪機的負(fù)荷因涉及電功率的大小及各級壓力抽汽量大小的熱電負(fù)荷相互匹配的問題，對熱電廠熱力改造與優(yōu)化調(diào)度進行分析，通過采取優(yōu)化措施，克服調(diào)度人員無法定量分配機組熱電負(fù)荷的問題，使熱力系統(tǒng)能處在最佳的運行狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：熱電廠；運行機組；改造；優(yōu)化調(diào)度

1、概述

能源問題一直是全球研究的重點。我國煤炭資源總量相對較多，雖然近些年風(fēng)電、生物質(zhì)、核電和太陽能等新能源發(fā)電機組迅猛發(fā)展，但是熱電機組的基礎(chǔ)主導(dǎo)地位仍不變。現(xiàn)行燃煤機組的熱效率為 30% 左右，也就是說每份燃料三成轉(zhuǎn)化為電能，七成以鍋爐排煙、汽輪機排熱等形式釋放到環(huán)境中，在這些低品位熱能中，汽輪機排汽熱能所占比例較大。汽輪機排汽通過凝汽器進行熱量交換，將大量排汽余熱直接排往大氣，余熱回收利用難度大。熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)以其在能源利用上的優(yōu)勢，逐漸成為解決供熱需求、實現(xiàn)節(jié)能減排的有效途徑。它在利用燃料燃燒的高品位熱能用于發(fā)電的同時，將未被利用的低品位熱量用于供熱，實現(xiàn)能源的梯級利用。我國熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱仍處于快速發(fā)展階段，國家發(fā)改委和能源局共同努力，擬定相關(guān)文件：2020年熱電聯(lián)產(chǎn)全國總裝機容量將達到200GW，按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計算試產(chǎn)供熱和集中供熱的熱電聯(lián)產(chǎn)裝機容量將達到1/2左右。預(yù)計到2020年，全國總裝機容量將達到900GW，即到2020年熱電聯(lián)產(chǎn)將占全國總裝機容量的22%。目前，供暖系統(tǒng)改造的替代技術(shù)很多，不同的改造技術(shù)對系統(tǒng)性能和節(jié)能效益的影響也不同。詳細(xì)研究和分析當(dāng)前熱電機組供熱改造的主要技術(shù)特點，對熱電機組供熱改造方案的選擇具有重要意義。

2、熱電廠熱力節(jié)能環(huán)保機組技術(shù)改造策略

2.1鍋爐系統(tǒng)改造策略

本文主要從兩個方向提出對鍋爐系統(tǒng)的改造策略：首先對于大部分熱電機組配備的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器由于其結(jié)構(gòu)特性和運行特性所必然存在的漏風(fēng)，會一定程度上影響系統(tǒng)各主要風(fēng)機的運行能耗并且導(dǎo)致鍋爐排煙熱損失的增加進而影響鍋爐效率。這里提出一種電廠風(fēng)煙系統(tǒng)空預(yù)器的性能優(yōu)化改造策略，通過周期性統(tǒng)計空預(yù)器進出口過量空氣系數(shù)與排煙溫度、煤質(zhì)工業(yè)分析全水分與揮發(fā)分、SCR出口NOx濃度、脫硫系統(tǒng)進口SO2濃度、空預(yù)器風(fēng)煙側(cè)差壓等數(shù)據(jù)及其變化趨勢，挑選穩(wěn)定的運行工況進行數(shù)據(jù)對標(biāo)分析，利用大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理或針對空預(yù)器漏風(fēng)率做與其各影響因子的多元非線性回歸手段得出可能存在的關(guān)系模型，并且在接下來的生產(chǎn)運行中有針對性的進行設(shè)備性能試驗，以驗證模型的誤差率，進而在未來生產(chǎn)運行中為運行人員操作及熱工控制方面給出指導(dǎo)意見，提升機組運行安全、環(huán)保水平。其次針對鍋爐燃燒系統(tǒng)所存在的諸多問題中，循環(huán)流化床鍋爐的“四管”爆漏、變形問題尤為突出。由于其結(jié)構(gòu)和工藝方面的特殊性，必然會使高溫高速的飛灰煙氣對爐內(nèi)蒸汽管道受熱面帶來的磨損、腐蝕、熱應(yīng)力形變等問題。隨著國家大力推進“新舊動能轉(zhuǎn)換”，且特高壓輸電、新能源在各省不斷提升的發(fā)電份額，電網(wǎng)對熱電機組調(diào)峰能力的要求也在考驗著各發(fā)電企業(yè)的運行、改造、問題處理能力。受天氣影響，當(dāng)光照條件、風(fēng)速變化大等情況下，新能源上網(wǎng)功率的短期內(nèi)快速變化對電網(wǎng)產(chǎn)生極大沖擊，這就要求熱電機組承擔(dān)起電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓的責(zé)任。循環(huán)流化床鍋爐由于其蓄熱能力特性，實際運行情況對負(fù)荷變化響應(yīng)相對較慢，通常出現(xiàn)的午間調(diào)度負(fù)荷短時間下拉，蒸汽管道內(nèi)流量急速變化，鍋爐熱負(fù)荷不能很好跟蹤，壁溫變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力使管壁情況逐漸劣化，最終導(dǎo)致變形甚至爆管。這里提出一種循環(huán)流化床鍋爐機組負(fù)荷預(yù)測策略，有助于針對其蓄熱能力對負(fù)荷變動反應(yīng)慢這一特性提前制定機組的負(fù)荷曲線和調(diào)峰策略。利用機組長期的運行歷史數(shù)據(jù)、全省主要新能源機組的天氣數(shù)據(jù)以及電網(wǎng)調(diào)峰指令歷史數(shù)據(jù)，建立以時間、天氣、電網(wǎng)負(fù)荷需求、機組運行計劃為影響因素的樣本模型，通過大數(shù)據(jù)手段對已存在歷史數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理及挖掘，得出機組功率預(yù)測模型，并利用數(shù)據(jù)挖掘和機器學(xué)習(xí)對已有模型不斷優(yōu)化，提升功率預(yù)測準(zhǔn)確率，為機組提升電網(wǎng)需求響應(yīng)能力、機組節(jié)能安全運行水平提供數(shù)據(jù)支持。

2.2汽輪機系統(tǒng)改造策略

汽輪機作為熱電廠電力生產(chǎn)中的重要系統(tǒng)，其工作原理、結(jié)構(gòu)和熱力性能已經(jīng)非常成熟，電廠針對汽輪機本體的優(yōu)化改造空間已相對較小，但是在實際生產(chǎn)運行中，依舊存在諸多的細(xì)節(jié)和問題可以進行改造提升，從而達到機組節(jié)能優(yōu)化的目的。例如從運行操作角度，針對抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)，現(xiàn)在很多大容量機組已經(jīng)配備了廠級實時監(jiān)控（SIS）系統(tǒng)。根據(jù)長期生產(chǎn)運行所獲得的大量的機組歷史數(shù)據(jù)，結(jié)合等效焓降原理，對其各加熱器的抽汽量進行分析，計算其加熱器端差耗差，最終利用大數(shù)據(jù)分析訓(xùn)練出以加熱器溫升、水位、端差及抽汽量為影響因子的，適合于本機組抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)對熱耗、煤耗的關(guān)系模型，并逐步優(yōu)化運行人員的操作規(guī)程及判斷水平，達到提升機組效率、節(jié)能減耗的效果。

3、熱力系統(tǒng)自適應(yīng)優(yōu)化調(diào)度模型的建立

熱力系統(tǒng)由于所配備的汽輪機的類型和數(shù)量的不同導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的不同，建立的優(yōu)化調(diào)度計算模型也是不同的，設(shè)備之間的這種并聯(lián)特征簡化連接關(guān)系，在自適應(yīng)優(yōu)化調(diào)度中，應(yīng)優(yōu)化調(diào)度計算對熱力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性，根據(jù)用戶提供的信息建立合適的優(yōu)化調(diào)度計算模型。

3.1熱力系統(tǒng)規(guī)模的確定

熱力系統(tǒng)的規(guī)模包括各種壓力等級的母管數(shù)目，熱力系統(tǒng)中的汽輪機數(shù)目，過來的數(shù)目、減壓器的數(shù)目，實現(xiàn)熱力系統(tǒng)的自適應(yīng)優(yōu)化調(diào)度，采用母管制熱系統(tǒng)企業(yè)中，用汽條件十分復(fù)雜，需要很多壓力等級蒸汽。然后確定設(shè)備的數(shù)目，就可以建立優(yōu)化調(diào)度的標(biāo)準(zhǔn)模型和優(yōu)化計算。

3.2決策變量的設(shè)置

熱力系統(tǒng)最大規(guī)模確定以后，還應(yīng)將汽輪機的進氣量、向各個壓力等級母管的排汽量、發(fā)電機功率、表征設(shè)備啟停的整數(shù)變量作為決策變量。當(dāng)實際的熱力系統(tǒng)蒸汽母管和汽輪機數(shù)量小于最大標(biāo)準(zhǔn)的時候，對實際的熱力系統(tǒng)情況，將相應(yīng)的蒸汽管中沒有蒸汽流量設(shè)置為零，使用自適應(yīng)熱力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度有限的解決各種實際熱力系統(tǒng)單獨建立優(yōu)化調(diào)度用數(shù)學(xué)模型的難題。

3.3各種約束關(guān)系的建立

通過建立熱力系統(tǒng)自適應(yīng)優(yōu)化調(diào)度模型，在輔以汽輪機的各種約束條件，如最小流量約束、調(diào)節(jié)抽汽量的約束、最大進汽量約束、最大功率約束、等，尋找好的計算方法，以便于獲得此熱電負(fù)荷下的最優(yōu)解，實施運行調(diào)度，獲得汽輪機熱力系統(tǒng)的最佳節(jié)能效果。

4、節(jié)能效益分析

4.1經(jīng)濟效益

改造后的機器，應(yīng)保證工廠的供熱量與改造前的機組相比，節(jié)約大量的煤炭，可以減少能源的使用速度，避免能源的枯竭，并且對余熱利用率方面進行改進，每年回收大量的熱能，有效的節(jié)約能源。

4.2節(jié)水、節(jié)電分析

改造的冷卻水循環(huán)泵也可以節(jié)約大量的電能，使用氣功泵代替電動泵可以實現(xiàn)，所以熱電廠經(jīng)過熱力系統(tǒng)改造，節(jié)能的效果十分明顯。

結(jié)束語

熱電廠的節(jié)能改造和優(yōu)化調(diào)度，可以有效的節(jié)約能源，改造完成后從根本上改造熱電廠的節(jié)能效果，有效的提高節(jié)約能源，雖然改造會使用大量的人力、物力、財力，但是從長遠(yuǎn)利益考慮，可以提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，所以應(yīng)不斷的對技術(shù)進行改善，并不斷優(yōu)化調(diào)度方法，以滿足市場需求。

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（作者單位：南京揚子動力工程有限責(zé)任公司）