朱昌厚
(馬鞍山鋼鐵股份公司熱電總廠,安徽馬鞍山 243000)
馬鋼熱電總廠新區(qū)電廠現(xiàn)有3臺(tái)發(fā)電機(jī)組,其中11#機(jī)組為153MW燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)CCPP機(jī)組;12#機(jī)組為135MW煤粉機(jī)組,按熱值計(jì)算可摻燒60%的煤氣,根據(jù)煤氣品質(zhì),全燒煤氣時(shí)負(fù)荷在80~95MW之間;13#機(jī)組為60MW全燒煤氣機(jī)組。3臺(tái)機(jī)組在生產(chǎn)的同時(shí),會(huì)遇到高爐休風(fēng)、熱軋待料等工況,煤氣量會(huì)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(duì)各臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化分配。
表1列出了3臺(tái)機(jī)組的燃燒方式、滿負(fù)荷工況時(shí)煤氣最大消耗量和發(fā)電標(biāo)煤耗量,其中13#機(jī)組的煤氣消耗量表示為在60MW負(fù)荷內(nèi),煤氣種類和煤氣量的最大協(xié)調(diào)范圍。
表13臺(tái)機(jī)組的燃燒方式、滿負(fù)荷工況時(shí)煤氣最大消耗量和發(fā)電標(biāo)煤耗量
如表1所示,11#機(jī)組和13#機(jī)組的燃燒方式都是全燒煤氣,發(fā)電標(biāo)煤耗量分別是286.57 g/kWh和358.75 g/kWh。不難看出,11#機(jī)組的效率遠(yuǎn)高于13#機(jī)組,在煤氣貧乏時(shí),在保證13#機(jī)組不停運(yùn)的工況下,盡量增加11#機(jī)組的負(fù)荷是毋庸置疑的。
現(xiàn)通過(guò)具體例子來(lái)表述11#機(jī)組和13#機(jī)組的負(fù)荷分配。設(shè)有d個(gè)負(fù)荷單位(如每一個(gè)單位為10MW)分配給這2臺(tái)機(jī)組。其中11#機(jī)組每10MW的發(fā)電標(biāo)煤耗量為2.87 t,13#機(jī)組每10MW的發(fā)電標(biāo)煤耗量為3.59 t。表2給出了2臺(tái)機(jī)組承擔(dān)不同負(fù)荷時(shí)的能耗情況。
表2 承擔(dān)不同負(fù)荷時(shí)機(jī)組的能耗
在煤氣不富裕的情況下,把負(fù)荷只分配給11#機(jī)組是最經(jīng)濟(jì)的。但是煤氣不是均衡供應(yīng)的,在保證11#機(jī)組最低允許負(fù)荷為40MW,13#機(jī)組最低經(jīng)濟(jì)負(fù)荷為30MW(不停高壓加熱器和備用供熱)的前提下,如何在總負(fù)荷70MW至213MW之間合理分配2臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷,并始終保持總負(fù)荷時(shí)的能耗最小,我們通過(guò)表3來(lái)獲得最優(yōu)分配的結(jié)果。
表3的第一行表示13#機(jī)組承擔(dān)的負(fù)荷,第一列表示11#機(jī)組承擔(dān)的負(fù)荷;第二行表示11#機(jī)組未承擔(dān)負(fù)荷,僅靠13#機(jī)組承擔(dān)負(fù)荷時(shí)的能耗情況,同理第二列表示僅靠11#機(jī)組單獨(dú)承擔(dān)負(fù)荷時(shí)的能耗情況,而行與列的交叉處所填的數(shù)字為2臺(tái)機(jī)組共同承擔(dān)負(fù)荷所對(duì)應(yīng)的能耗之和。如總負(fù)荷只有100MW,11#機(jī)組單獨(dú)承擔(dān)負(fù)荷是最經(jīng)濟(jì)的,但要維持13#機(jī)組的最低經(jīng)濟(jì)負(fù)荷,因此,第9行和第5列交叉時(shí)的能耗才是最小的(★所示),即是最優(yōu)的負(fù)荷分配方法。
再如,當(dāng)總負(fù)荷180MW時(shí),第17行和第5列交叉時(shí)的能耗是最小的(▲所示),同樣是最優(yōu)的負(fù)荷分配方法。
通過(guò)上述方法,2臺(tái)機(jī)組在各自保證不停運(yùn)的前提下,若13#機(jī)組退出最低經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式,負(fù)荷更是能在短時(shí)間內(nèi)維持10MW負(fù)荷運(yùn)行,這樣就使2臺(tái)機(jī)組的總負(fù)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(fēng),總負(fù)荷只有50MW,第6行和第3列交叉時(shí)的能耗無(wú)疑是最優(yōu)的負(fù)荷分配方法(●所示)。
表3 負(fù)荷在2臺(tái)機(jī)組中分配所產(chǎn)生的發(fā)電標(biāo)煤耗量 t
馬鋼新區(qū)電廠12#機(jī)組鍋爐的燃燒方式為煤粉摻燒煤氣,機(jī)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(fù)荷(135MW+供熱)的情況下,對(duì)新區(qū)煤氣管網(wǎng)的調(diào)峰能力亦是非常強(qiáng)的。當(dāng)11#機(jī)組和13#機(jī)組已經(jīng)滿負(fù)荷后,剩余的煤氣由12#機(jī)組消耗,12#機(jī)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(jī)組全燒煤氣工況時(shí)根據(jù)煤氣熱值的高低,負(fù)荷一般在80~95MW 之間。
通過(guò)表4,我們可以更加直觀的看到12#機(jī)組在參與新區(qū)煤氣管網(wǎng)調(diào)峰時(shí)制粉系統(tǒng)的運(yùn)行工況(■表示運(yùn)行;○表示停運(yùn) )。
從表4中看到,在不摻燒煤氣的情況下,12#機(jī)組的制粉系統(tǒng)全部運(yùn)行,而當(dāng)煤氣負(fù)荷的不斷增加,制粉系統(tǒng)也逐漸停運(yùn),當(dāng)煤氣負(fù)荷達(dá)到12#機(jī)組最大摻燒量時(shí),機(jī)組受鍋爐排煙溫度的制約,負(fù)荷只能維持在80~95MW之間運(yùn)行。
針對(duì)全燒煤氣機(jī)組和摻燒煤氣機(jī)組發(fā)電負(fù)荷的分配,我們同樣設(shè)定了d個(gè)負(fù)荷單位(每一個(gè)單位為20MW)分配給這3臺(tái)機(jī)組。其中11#機(jī)組和13#機(jī)組為全燒煤氣機(jī)組,應(yīng)優(yōu)先分配負(fù)荷,這2臺(tái)機(jī)組每20MW的平均發(fā)電標(biāo)煤耗量為6.46 t,12#機(jī)組每20MW的發(fā)電標(biāo)煤耗量為6.70 t。表5給出了在煤氣富裕時(shí)3臺(tái)機(jī)組承擔(dān)不同負(fù)荷時(shí)的能耗情況。
表412#機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)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(jī)組和13#機(jī)組的負(fù)荷之和達(dá)不到213MW時(shí),12#機(jī)組在任何工況下?lián)綗簹舛际遣唤?jīng)濟(jì)的,如總負(fù)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(jì)的,而這200MW的負(fù)荷在11#機(jī)組和13#機(jī)組之間如何分配,就要參閱表3中所對(duì)應(yīng)的最小數(shù)值了。通過(guò)上述描述,馬鋼新區(qū)電廠3臺(tái)發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷分配思路逐漸清晰了。在機(jī)組不停運(yùn)的前提下,優(yōu)先將負(fù)荷分配給11#機(jī)組(CCPP),其次是全燒煤氣的13#機(jī)組,最后才是燃燒工況可以任意切換的12#機(jī)組。(從發(fā)電標(biāo)煤耗量的角度,12#機(jī)組要優(yōu)于13#機(jī)組,煤氣似乎應(yīng)優(yōu)先分配給12#機(jī)組,而從發(fā)電量的角度,始終保持12#機(jī)組滿負(fù)荷是降低公司噸鋼成本的不二選擇。)
新區(qū)電廠每小時(shí)最大消耗煤氣量在表1中已經(jīng)標(biāo)明,從2013年的實(shí)踐效果來(lái)看,3臺(tái)發(fā)電機(jī)組累計(jì)所消耗的煤氣量按熱值計(jì)算又提升了約10%,我們?cè)诒?中將2012年的煤氣消耗量和2013年進(jìn)行了對(duì)比(單位:km3):
表63臺(tái)發(fā)電機(jī)組2012~2013年度的煤氣量消耗對(duì)比表
通過(guò)表6的對(duì)比,2013年,新區(qū)電廠不僅在增加煤氣發(fā)電占比的同時(shí),3臺(tái)機(jī)組的平均發(fā)電成本更是下降了約8.2%,這其中包括對(duì)機(jī)組的節(jié)能改造、減少非計(jì)劃成本開支等因素外,最重要的一點(diǎn)就是實(shí)行了負(fù)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(tái)機(jī)組的最低能耗值。
表5 煤氣發(fā)電負(fù)荷在3臺(tái)機(jī)組中分配所產(chǎn)生的發(fā)電標(biāo)煤耗量
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(jìng)爭(zhēng)能力。本文對(duì)鋼鐵企業(yè)電廠如何實(shí)行負(fù)荷最優(yōu)分配運(yùn)行進(jìn)行了探討和實(shí)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(jìn)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。