热电厂机组运行优化方案.docx
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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
1、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。
2、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。
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％。
3、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。
4、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%.
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、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、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。
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。
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、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.
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
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、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。
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。
2、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。
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
1、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。
可以得到热电厂采暖供热量与室外平均温度关系式为：
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、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：
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）
0
0
7~12
7.37185
10
7～14
14.13385
20
7~14
20.89585
30
7~14
27.65785
40
7～14
34。
41985
50
7～14
41。
18185
60
7~14
44。
56285
65
7~14
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.
＃3机组采暖供热量（MW）
机组发电量（MW）
15.7408
4
19。
9546
5
24。
1684
6
28。
3822
7
32。
596
8
36.8098
9
41。
0236
10
45。
2374
11
49.4512
12
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
#4机组采暖供热量（MW）
机组发电量（MW）
17。
0266
4
20.174
5
23.3214
6
26。
4688
7
29。
6162
8
32。
7636
9
35。
911
10
39。
0584
11
42。
2058
12
45.3532
13
48。
5006
14
51.648
15
54。
7954
16
57.9428
17
64.2376
19
64。
2376
19
67.385
20
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
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。
61626
14.798
4
16.04229
22.8223
5
21.46832
30.8466
6
26。
89435
38.8709
7
32。
32038
46。
8952
8
37.74642
54。
9195
9
43。
17245
62。
9438
10
48。
59848
70.9681
11
54。
02451
78.9924
12
59.45054
87.0167
13
64.87657
95。
041
14
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
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）
16.61057
23.6627
4
21。
2823
30.5715
5
25。
95403
37.4803
6
30.62576
44.3891
7
35。
29749
51。
2979
8
39。
96922
58.2067
9
44.64095
65。
1155
10
49。
31268
72.0243
11
53。
98441
78。
9331
12
58。
65614
85。
8419
13
63。
32787
92.7507
14
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）
＃3
6。
7879
4.2138
＃4
5。
2249
3.1474
#8
8.0243
5.426
#9
6。
9088
4。
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。
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、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）
35
59.99423
159.972
40
59.99423
187。
1021
45
59.99423
212。
7237
50
59.99423
236。
0824
55
75。
73123
258.5251
60
91。
46823
279.5941
65
107.2052
296。
3975
70
127.2078
312。
1345
75
148.7348
327.8715
80
172。
0934
334.1663
85
196。
2064
334。
1663
90
223。
3365
334。
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。
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、原来运行情况。
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。
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.
2、动态供热方式
经过计算，得到动态供热方式的运行曲线。
优化后，采暖供热量与原供热量相比,有明显的动态调整.
优化后,机组发电空间有了明显提升。
优化后,蒸汽量比原蒸汽量总共增加396吨。
按每吨蒸汽80元计算,大约增加投入31680元。
此时锅炉最小负荷（456t/h）是最大负荷（665t/h）的68％,需要启停锅炉,费用大约增加0。
44万元.因此，总共增加费用3.6万元.
优化后，发电效益比原效益总共增加11.7万元,电效益比原来增收20。
6％。
净收益增加8。
1万元.
3、结果分析
本案例是在机组工作状态良好的情况下，对比原运行状况进行的分析。
通过控制采暖供热量,合理分配不同时刻的采暖负荷，会更好的实现热电调峰，从而为热电厂创造更大的经济效益。
六、实现动态供热,优化运行的几点建议
1、目前,热电厂采暖供热采取控制一次网供水温度的方式，而未能实施按供热总量运行。
控制供热总量，不仅有利于减少热量浪费，而且有利于实现动态供热，优化机组运行。
能够实现按供热量提供采暖，是实现热电调峰的关键。
2、热电厂的一次网供水温度,可以在一定范围内波动，在客观上起到了一定的动态供热的作用.但是由于供水温度波动幅度不大，热电厂规定在5℃内变化，所以也限制了机组的发电。
所以在发电高峰期（主要是白天）,能否扩大供水温度波动幅度，从5℃扩大到10℃。
根据热电厂的供热现状，供水温度每提高1℃，采暖供热量提高5.6MW,相应机组发电量可以提高1～1.5MW,当供水温度波动10℃时，机组发电量可以提高10~15MW，机组的发电空间得到很大的提高。
因此，在采暖供热采取控制温度的方式下,可以适当提高供水温度的波动范围。
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