热电厂机组运行优化的方案

1 热电厂机组运行优化方案热电厂机组运行优化方案 一汽集团热电厂现有运行机组 9 台 总装机容量 91MW 其主要职责是满 足一汽集团生产用热 采暖供热和厂区电负荷的需求 在实际运行中 生产用 热 采暖供热 机组发电负荷三者之间相互偶合 互相制约 很难同时满足一 汽集团的需要 一般情况下是以牺牲机组发电量的方式满足生产 采暖的用热 需求 因而 如何更好的调控三者之间的关系 实现机组优化调整 创造更大 的经济效益 对一汽集团热电厂具有更好的实践意义 一 热电厂运行现状一 热电厂运行现状 1 1 生产用热 生产用热 一汽集团的生产用热包括东厂区 西厂区 锻造 铸造 高温水生产用热 随着一汽集团生产任务的变化 生产用热量也随之发生变化 一般而言 工作 日 周一至周五 的生产用热量要高于休息日 周六 周日 白天的生产用热 量要高于夜间的生产用热量 下图为 2006 年 11 月 1 日至 15 日的生产用热曲线 生产用热量 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 11 1 11 2 11 3 11 4 11 5 11 6 11 7 11 8 11 9 11 10 11 11 11 12 11 13 11 14 11 15 11 16 生产用热量 MW 2 2 采暖供热 采暖供热 一汽集团的采暖供热包括东宿舍 二宿舍 东厂区 西厂区 老厂区的采 暖供热 其中东宿舍 二宿舍为一汽集团生活区采暖 东厂区 西厂区 老厂 区为厂房采暖 一般而言 随着室外平均温度的降低 热电厂的采暖供热量随 之增加 下图为 2006 年 11 月 1 日至 15 日的采暖供热量曲线 2 采暖供热量 0 50 100 150 200 250 300 11 1 11 2 11 3 11 4 11 5 11 6 11 7 11 8 11 9 11 10 11 11 11 12 11 13 11 14 11 15 11 16 采暖供热量 MW 在热电厂采暖供热量中 生活区采暖供热量大约占 80 厂区采暖供热量 大约占 20 生活区 厂区采暖供热量所占比例 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 11 1 11 3 11 5 11 7 11 9 11 11 11 13 11 15 百分比 生活区 厂区 3 3 机组发电负荷 机组发电负荷 机组发电负荷中 部分用于热电厂自用 其余部分用于满足一汽集团的厂 区负荷 机组发电负荷也具有工作日高于休息日 白天高于夜间的特点 下图 为 2006 年 11 月 1 日至 15 日的机组发电负荷曲线 3 机组发电负荷 0 20 40 60 80 100 11 1 11 2 11 3 11 4 11 5 11 6 11 7 11 8 11 9 11 10 11 11 11 12 11 13 11 14 11 15 11 16 时间 发电负荷 MW 4 4 三者所占比例 三者所占比例 三者之间 生产用热大约占热电厂输出负荷的 35 采暖供热大约占 50 机组发电大约占 15 生产用热 采暖供热 机组发电负荷所占比重 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 11 1 11 3 11 5 11 7 11 9 11 11 11 13 11 15 百分比 采暖供热 生产用热 机组发电负荷 二 热电厂目前运行策略和控制方式二 热电厂目前运行策略和控制方式 1 热电厂控制的优先次序 热电厂控制的优先次序 热电厂首先需要保证一汽集团的生产用热 提供适宜的生产用汽和高温水 然后是保证一汽集团的采暖用热 提供适宜的一次网流量和供水温度 在保证 4 一汽集团生产用热和采暖用热的基础上 提供一汽集团厂区负荷的需要 在发 电负荷无法满足的情况下 还需上网购电 2 2 生产用热的控制方式 生产用热的控制方式 生产用热包括生产用汽和高温水部分 一般保证生产用汽的蒸汽母管压力 表压 在 0 8MPa 0 9Mpa 之间 当蒸汽母管压力高时 说明生产用汽的需求 量减少 此时需要减少 1 0Mpa 抽汽 对应机组为 1 2 8 9 机 或排汽 对应 5 机 而当蒸汽母管压力低时 说明生产用汽的需求量增加 此时需 要增加 1 0Mpa 抽汽或排汽 高温水的控制范围是 130 135 当水温高于 135 时 需要减少加热器的进汽量 当水温低于 130 时 需要减少加热器的 进汽量 3 3 采暖用热的控制方式 采暖用热的控制方式 采暖用热按供热区域可分为生活区采暖和厂区采暖两部分 按供热方式可 分为直供系统和间供系统 下图是直供系统的控制方式 根据不同的室外平均温度 确定相应的供水 温度 直供系统供水温度曲线 40 50 60 70 80 90 100 30 25 20 15 10 50510 室外平均温度 供水温度 下图是间供系统的控制方式 同样是根据不同的室外平均温度 确定相应 的供水温度 5 间供系统供水温度曲线 70 75 80 85 90 95 100 105 25 20 15 10 505 室外平均温度 供水温度 其操作方式是室外平均温度在 10 以上时 供水温度按 75 80 运行 10 15 时 供水温度按 80 85 运行 15 20 时 供水温度按 85 90 运行 20 23 时 供水温度按 90 95 运行 4 4 机组发电负荷的控制方式 机组发电负荷的控制方式 由于一汽集团热电厂执行 并网不上网 零上网 的电力政策 所以热 电厂的发电负荷必须按照一汽集团的厂区负荷运行 有多少厂区负荷 机组就 发出多少相应的电量 一汽集团厂区负荷也具有工作日高于休息日 白天高于 夜间的特点 而且在实际运行中 为防止厂区负荷突然变化 即使机组能满足 厂区负荷的需要 热电厂仍保持 4MW 的受电量 厂区负荷 机组供电量 最大供电量曲线 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 11 111 211 311 411 511 611 711 8 电负荷 MW 最大供电量 机组总的供电量 厂区负荷 上图是 2006 年 11 月 1 日至 7 日的机组发电曲线 其中机组供电量等于机 组发电量减去站用电量 从图中可以看出 在厂区负荷低谷期 机组能够满足 6 一汽集团的需要 即使还有很多发电空间 也必须限电运行 而在厂区负荷高 峰期 机组满发也不能满足一汽集团的需要 还需要上网买电 三 影响热电厂效益的因素三 影响热电厂效益的因素 从热电厂运行现状来看 改进采暖控制策略 提高机组发电空间 将有助 于热电厂进一步提高运行效益 1 1 改进采暖控制策略 改进采暖控制策略 目前 热电厂主要根据室外平均温度控制一次网供水温度 在实际操作上 一次网供水温度在一段时期内 基本保持在一定范围内运行 这种控制策略的 好处是 宜于运行调整 简便易行 同时在一定程度上 根据回水温度的变化 可以判断所提供采暖供热量的大小 其缺点是 不能事先判定每天应提供多少 供热量 这样容易出现在室外平均温度高时多供热 用户开窗散热 在室外平 均温度低时供热量不足 采暖供热量 室外平均温度曲线 0 5000 10000 15000 20000 25000 11月1日 11月2日 11月3日 11月4日 11月5日 11月6日 11月7日 11月8日 11月9日 11月10日 11月11日 11月12日 11月13日 11月14日 11月15日 该日供热总量 GJ 10 5 0 5 10 15 20 室外平均温度 供热量 室外平均温度 从图中可以看到 当室外平均温度降低时 采暖供热量升高的并不明显 而当室外平均温度升高时 采暖供热量也没有立即降低 提供采暖供热量的多 少 完全通过一次网回水温度变化起到的反馈作用来实现 而当用户室内温度 升高时 一些用户会通过开窗散热来维持室内温度 在初末寒期这种情况经常 发生 而此时一次网回水温度却不能很好的反映 由于热电厂采暖供热主要是按面积收费 在保证用户室内温度的情况下 过多供热必然造成采暖成本升高 从而影响热电厂的运行效益 按照后面列出 的供热量公式校核 2006 年 11 月 1 日至 15 日的采暖供热量 大约多供了 6 5 万 GJ 占应供总量的 33 按每 17 元 GJ 计算 相当于多投入 110 万 而根据室外平均温度确定采暖供热量的多少 会更为合理 目前也是可以 实现的 7 2 2 提高机组发电空间 提高机组发电空间 热电厂应尽可能的满足一汽集团厂区负荷的需要 减少买电量 下图是 2006 年 11 月 1 日至 7 日 热电厂买电和最小买电曲线 热电厂买电量 最小买电量曲线 0 5 10 15 20 25 30 35 40 11 111 211 311 411 511 611 711 8 电负荷 MW 其中 在最小买电情况下 即机组最大可能的发电情况下 热电厂多发电 创造的效益将增加 13 8 机组发电空间受到机组最大发电量和厂区负荷的制约 此外锅炉可以提供 的蒸汽量 汽轮机的运行功况等也影响机组发电量 这些制约条件都属于客观 因素 运行人员无法通过运行调整来改变 而在运行中 为了控制一次网供水温度在规定范围内 有时不得不减少机 组发电功率 在此情况下 采暖制约了机组发电量 这种情况 在采暖初末寒 时期 是时有发生的 若采用控制全天供热总量的方式 在厂区负荷高峰时机 组多发电 尽可能满足一汽集团的需要 多供的热量进行累计 而在厂区负荷 低谷期少供热 实现全天供热总量的均衡 采用这种运行方式 必将提高机组 发电空间 并且 通过对管网特性分析 采用动态供热方式 不会对用户室内 温度产生明显影响 可以保证热电厂供热质量 四 动态供热运行策略分析四 动态供热运行策略分析 1 1 采暖供热量关系式 采暖供热量关系式 根据历史数据 可以得到采暖热负荷与室外平均温度的关系曲线 下图为 2005 2006 采暖季 生活区采暖供热量与室外平均温度关系曲线 8 生活区采暖供热量与室外平均温度关系曲线 0 5000 10000 15000 20000 25000 25 20 15 10 5051015 室外平均温度 采暖供热量 GJ 可以得到热电厂采暖供热量与室外平均温度关系式为 为室外平均温度 ww t GJ t18 762Q 在实际运行中 可以根据运行状况 用户室内平均温度进行修正 有了采暖供热总量关系式 就可以根据室外平均温度确定该日的采暖供热 总量了和平均供热功率 2 2 机组热电负荷特性 机组热电负荷特性 实施动态供热的目的 是为了使机组更好的发挥其运行特性 通过对热电 厂历史数据的分析 得到了各台发电机组的数学模型 1 1 2 双抽机组 9587P 3 4438D 0 8363D 0 0908 7 D0 14P765D080D0 为新汽量 h tD0 为机组发电功率 抽汽量 为 抽汽量 为MWP h t0 118MpaDh t1 0MpaD 其中采暖供热量与机组发电量的关系为 1 2机采暖供热量 MW 相应采暖抽汽量 t h 机组发电量 MW 007 12 7 37185107 14 14 13385207 14 20 89585307 14 27 65785407 14 34 41985507 14 41 18185607 14 44 56285657 14 从上表中可以看出 1 2 机组供热量发生变化时 发电量可以保持不变 也可以增加或降低 1 2 双抽机组没有热电偶合关系 因此可以将 1 2 机 9 组作为采暖调峰机组 2 3 机组 低真空运行时相当于背压机组 12P49917 0 R956 2 6 7879PD 2 0 9856 0 R1144 1 2138P 4 Q 2 3机组采暖供热量 MW 机组发电量 MW 15 74084 19 95465 24 16846 28 38227 32 5968 36 80989 41 023610 45 237411 49 451212 从上表中可以看出 当 3 机组采暖供热量增加时 其发电量也随之增加 3 4 机组 低真空运行时相当于背压机组 20P49609 0 R7945 5 2249P 5 D 2 0 9663 0 R437 4 1474P 3 Q 2 4机组采暖供热量 MW 机组发电量 MW 17 02664 20 1745 23 32146 26 46887 29 61628 32 76369 35 91110 39 058411 42 205812 45 353213 48 500614 51 64815 54 795416 57 942817 64 237619 64 237619 67 38520 同样 增加 4 机组的采暖供热量 其发电量也随之增加 4 8 抽背机组 0243P 8 48305D 0 5483 8 D0 10 14P4100D0 其生产抽汽量的多少 直接影响了采暖供热量和发电量之间的关系 下表是生产抽汽量为 50t h 时 采暖供热量和发电量之间的关系 8机组供热量 MW 8机组排汽量 t h 8机组发电量 MW 10 6162614 7984 16 0422922 82235 21 4683230 84666 26 8943538 87097 32 3203846 89528 37 7464254 91959 43 1724562 943810 48 5984870 968111 54 0245178 992412 59 4505487 016713 64 8765795 04114 在确定的生产抽汽量下 增加 8 机组的供热量 其发电量也随之增加 5 9 抽背机组 9088P 6 65207D 0 424 13D0 14P4100D0 下表是生产抽汽量为 50t h 时 采暖供热量和发电量之间的关系 9机组供热量 MW 9机组排汽量 t h 9机组发电量 MW 16 6105723 66274 21 282330 57155 25 9540337 48036 30 6257644 38917 35 2974951 29798 39 9692258 20679 44 6409565 115510 49 3126872 024311 53 9844178 933112 58 6561485 841913 63 3278792 750714 在确定的生产抽汽量下 增加 9 机组的供热量 其发电量也随之增加 6 热电厂热电负荷特性 3 4 8 9 机组的热电偶合性非常大 下表是发电功率每增加 1MW 时 机组新汽量和供热量的变化情况 发电功率每增加 1MW相应增加新汽量 t h 相应增加的供热量 MW 36 78794 2138 45 22493 1474 11 88 02435 426 96 90884 6717 根据热电厂各台供热机组的热电负荷特性 可以得到热电厂综合的热电负 荷特性 热电厂采暖供热量与发电量关系曲线 0 50 100 150 200 250 300 350 400 020406080100 发电量 MW 采暖供热量 MW 从上图上可以看到 对应每个机组发电量 都有一个供热量区间相对应 如发电量在 30MW 时 最低供热量为 60MW 最高供热量为 149MW 发电量 在 50MW 时 最低供热量为 79MW 最高供热量为 250MW 发电量在 88MW 时 最低供热量为 245MW 最高供热量为 334MW 3 3 供热策略分析 供热策略分析 热电厂每时刻的供热量需要满足的条件 一是能够使机组发电量尽可能的 满足厂区负荷的需求 特别是分时电价高峰期的厂区负荷 同时全天的供热总 量满足该日供热需求 1 适合动态供热的运行工况 根据室外平均温度 可以得到该日的采暖供热总量和平均负荷 而该日能 否通过运行调整 对每时刻的供热量进行优化分配 还要通过该日的平均发电 负荷来判断 根据热电厂的热电特性 在某一采暖负荷下 有某一发电范围相 对应 机组可以在这一发电范围内运行 同样 对于某一发电量 机组也有某 一采暖负荷范围相对应 机组可以在这一范围内提供采暖负荷 当每日的采暖 平均负荷与平均发电负荷相匹配的情况下 才适合动态供热 下表是一汽集团热电厂各台机组全部处于完好情况下的发电量与供热量关 系 机组发电量 MW 供热量低值 MW 供热量高值 MW 3559 99423159 972 4059 99423187 1021 12 4559 99423212 7237 5059 99423236 0824 5575 73123258 5251 6091 46823279 5941 65107 2052296 3975 70127 2078312 1345 75148 7348327 8715 80172 0934334 1663 85196 2064334 1663 90223 3365334 1663 当每天的供热平均负荷低于每天的发电平均功率对应的供热范围时 说明 该日的供热量非常少 发电量无论怎样调整 都会使供热量超过需要值 表现 为多供了热量 当供热平均负荷处于发电平均功率对应的供热范围内时 说明此时可以通 过调整来满足供热总量的需要 可以实现运行优化 当供热平均负荷高于发电平均功率对应的供热范围时 说明此时的供热量 高于机组的供热能力 仅通过调整发电量已无法满足供热的需求 这时可以将 部分高压蒸汽 如 4 0Mpa 蒸汽 1 0Mpa 蒸汽 投入采暖 或者需要其他热源 来供热 2006 年 11 月 1 日至 15 日 热电厂工作日的发电平均功率为 58 1MW 在 全部机组完好的情况下 供热量区间为 63MW 240MW 这一时段的实际采暖 平均负荷为 202MW 处于发电平均功率对应的供热区间 因此 完全可以通过 运行调整 实现优化运行 2 各时刻的热量分配 当热电厂可以进行动态供热时 那么如何进行各时刻的热量分配 当采暖供热量较低 平均供热量低于高峰负荷对应最低的供热量时 说明 高峰时段的供热量较高 这需要在发电量低谷时期减少供热量 甚至必要时减 少平段供热量 使得全天的供热总量平衡 其具体运行方式为 高峰期在保证 多发电的情况下 采取最低供热量运行 即 1 2 机组停止采暖抽汽 8 9 机组多带生产抽汽 让增加相同电负荷而热负荷增加少的机组多带电负荷 对 于高峰期多供的热量 经过计算 在平段和低谷期进行平衡 减少供热量 当采暖供热量增加 平均供热量包含在高峰负荷和低谷负荷对应的供热区 间时 全天可以采取稳态供热方式 每时刻的供热量按照该日平均供热量运行 具体运行方式为 发电高峰期停止 1 2 机组的采暖抽汽 3 4 机组承担基 本采暖负荷 8 9 机组多带生产抽汽 在发电低谷期 1 2 机组提供适当 的采暖抽汽 当采暖供热量继续增加 低谷时期的供热区间低于采暖供热量平均负荷 也就是说低谷供热量已不足 这时需要在发电平段或发电高峰期补足这部分热 量 具体运行方式为 高峰期适当增加 1 2 机组的采暖抽汽 使高峰期的供 热负荷高于平均供热负荷运行 发电低谷期 1 2 机组的采暖抽汽量在最大 工况下运行 13 五 案例分析五 案例分析 以 2006 年 11 月 2 日热电厂运行为例 分析保证该日生产用热和采暖供热 总量情况下 动态供热给热电厂带来的经济效益 1 1 原来运行情况 原来运行情况 生产用热 采暖供热量曲线 0 40 80 120 160 200 0 00 4 48 9 36 14 24 19 12 0 00 热量 MW 生产用热 采暖供热 该日的采暖供热总量为 13377GJ 平均热负荷为 155MW 平均生产用热负荷为 124MW 厂区负荷 机组发电量 机组供电量 站用电量曲线 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 00 4 48 9 36 14 24 19 12 0 00 发电量 MW 厂区负荷 机组供电量 机组发电量 站用电量 该日的平均发电量为 59MW 平均站用电量为 10 7MW 平均厂区负荷为 60 8MW 平均购电量 12 4MW 由于该日 2 机组未投入运行 因此分析中仅考虑 6 台发电机组的运行情况 平均供热负荷为 155MW 时 其对应的机组平均发电负荷为 37 5MW 72 5MW 因而可以通过调整供热负荷 优化发电负荷 尽可能的满 足厂区负荷的需要 同时能够保证该日的供热总量不受影响 该日机组的最大发电量为 80MW 除去站用电量 机组的最大供电量为 14 69MW 而该日有 6 个时段的厂区负荷超过 69MW 分别是 10 时 14 18 时 其中 17 时的厂区负荷最大 为 76 8MW 此时 机组在最大发电量下运行时仍 不能满足厂区负荷的需要 而机组在最大发电量 80MW 时 对应的供热量是 196MW 240MW 超过了该日平均供热负荷 155MW 因而机组在高峰阶段需 在其最小供热量 196MW 下运行 此时 1 机组没有采暖抽汽 8 9 机组尽量 多提供生产抽汽 而在低谷期 4 8 9 机组的发电负荷向 1 3 机组转移 从而少供热 热电厂供热量与发电量关系曲线 0 50 100 150 200 250 300 0102030405060708090 发电量 MW 供热量 MW 2 2 动态供热方式 动态供热方式 经过计算 得到动态供热方式的运行曲线 采暖供热量曲线 0 50 100 150 200 250 0 00 4 48 9 36 14 24 19 12 0 00 供热量 M