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(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

2 全燒煤氣機(jī)組的負(fù)荷優(yōu)化分配

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)通過具體例子來表述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，我們通過表3來獲得最優(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

3 全燒煤氣機(jī)組與摻燒煤氣機(jī)組間的負(fù)荷優(yōu)化分配

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。）

4 實(shí)踐的效果

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

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(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。