井 振

（中國石油撫順石化公司熱電廠，遼寧 撫順 113000）

某石化熱電廠熱力系統(tǒng)典型運行方式經(jīng)濟技術(shù)分析及優(yōu)化模型

井 振

（中國石油撫順石化公司熱電廠，遼寧 撫順 113000）

根據(jù)熱電廠熱負荷與當?shù)貧鉁刈兓酗@著相關(guān)性特點，對該熱電廠各季節(jié)熱力系統(tǒng)的3種典型運行方式進行經(jīng)濟技術(shù)分析，通過優(yōu)化運行調(diào)整，確定最佳運行方式，每年增效8 895萬元。

熱力系統(tǒng)；運行方式；經(jīng)濟技術(shù)分析；優(yōu)化模型

某石化熱電廠共有5爐7機8臺減溫減壓器，分成新老廠2個相對獨立的熱力系統(tǒng)，9.8 MPa壓力等級蒸汽雙母管，3.5 MPa及1.0 MPa壓力等級蒸汽分別通過聯(lián)絡(luò)管并網(wǎng)運行，向各化工煉油裝置提供蒸汽，冬季供汽660 t/h，春秋季供汽520 t/h，夏季供汽470 t/h。作為該石化的自備電廠，首先滿足企業(yè)的用熱需求，按照“發(fā)電供受平衡、并網(wǎng)不上網(wǎng)、效益最大化”的原則組織生產(chǎn)。全廠熱力系統(tǒng)設(shè)備配備見表1。

表1 全廠熱力系統(tǒng)設(shè)備Table 1 Whole plant thermal system equipments

該熱電廠位于遼寧省東部，境內(nèi)平均海拔80 m，地處中溫帶，屬大陸性季風氣候，年均氣溫6.6 ℃，歷年極端最高溫度37.7 ℃，極端最低溫度-37.3 ℃，一年中各月平均氣溫見表2。根據(jù)最近3年統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，熱電廠熱力系統(tǒng)的運行方式、供汽量與當?shù)貧鉁刈兓兄@著的相關(guān)性。為便于分析，將1、2、12月劃分為冬季，3、4、10、11月劃分為春秋季，5、6、7、8、9月劃分為夏季，下文嘗試對每個季節(jié)的熱力系統(tǒng)運行方式進行經(jīng)濟技術(shù)分析，并推薦優(yōu)化模型[1-4]。

表2 當?shù)馗髟缕骄鶜鉁豑able 2 Local months average temperature ℃

1 冬季“5爐5機”運行方式經(jīng)濟技術(shù)分析及優(yōu)化模型

1.1 冬季“5爐5機”運行方式

冬季“5爐5機”運行方式見表3。

表3 冬季5爐5機運行方式Table 3 5 Boliers 5 turbines operation mode in W inter

1.2 冬季“5爐5機”運行方式主要經(jīng)濟技術(shù)指標

(表4)

表4 冬季運行方式優(yōu)化前后主要經(jīng)濟技術(shù)指標比對Table 4 Main economic and technical indicators before and after the winter operation mode optimization

1.3 冬季“5爐5機”運行方式經(jīng)濟技術(shù)分析

1.3.1 供汽富裕量大，可靠性高

冗余技術(shù)，也稱容災(zāi)備份技術(shù)，它是利用系統(tǒng)的并聯(lián)模型來提高系統(tǒng)可靠性的一種手段。冗余技術(shù)分為工作冗余和后備冗余。工作冗余是指一種兩個或以上的單元并行工作的并聯(lián)。平均負擔工作，因此工作能力有冗余。后備冗余是指平時只需一個單元工作，另一個單元是冗余的，用做待機備用。冬季“5爐5機”運行時，鍋爐負荷工作冗余為485 t/h，超出任何1臺鍋爐額定負荷，在1臺鍋爐非計劃故障停爐時，仍然可以保證穩(wěn)定的生產(chǎn)運行狀態(tài)。

1.3.2 多開1臺鍋爐，負荷率低，經(jīng)濟性較差

從“5爐5機”運行方式主要經(jīng)濟技術(shù)指標分析，冬季“5爐5機”運行時外供蒸汽量與鍋爐產(chǎn)汽量之比為38.48%，與5爐額定負荷之比為30%，鍋爐負荷工作冗余為485 t/h，相當于多開1臺爐做工作容災(zāi)備份。在提高動力保障可靠性的同時，削弱了企業(yè)效益。由于鍋爐負荷率為77.95%，運行中鍋爐效率比額定狀態(tài)低0.174%。運行中多開1臺爐，每小時增加1臺爐的散熱損失0.37%(原煤價360.22元)，折合標煤165.6 kg；增加自耗電1萬kW（0.54元，折標系數(shù)0.123），折合標煤1 230 kg；自耗1.0 MPa蒸汽40 t（160元，折標系數(shù)0.108 571），折合標煤4 342 kg；自耗水30 t（1.93元，折標系數(shù)0.242 9），折合標煤7.287 kg，每小時合計增加標煤耗5.745 t，增加產(chǎn)汽煤耗3.35 kg/t。標煤耗每日增加137.88 t，12月、1月、2月增加12 410 t。按企業(yè)水電煤汽價格進行成本日核算，每日減少效益28.6萬元。

1.4 冬季機爐優(yōu)化運行模型

在綜合考慮可靠性和經(jīng)濟性的前提下，冬季推薦運行方式為：4爐5機（老廠1爐、新廠3爐）。

1.4.1 優(yōu)化運行模型及優(yōu)化后主要經(jīng)濟技術(shù)指標見表5、表4。

表5 老廠1爐、新廠3爐運行方式Table 5 Old factory 1 boiler，new factory 3 boilers operation mode

1.4.2 優(yōu)化運行增效分析

由表5、表4分析數(shù)據(jù)可見，熱電廠運行方式優(yōu)化為“4爐5機”模式后，老廠1臺爐由工作冗余調(diào)整為后備冗余，運行爐故障期間可以短期減少汽輪機凝汽量減少發(fā)電，從而保證對外平穩(wěn)供汽，備用爐啟動時間8 h。調(diào)整后主要經(jīng)濟技術(shù)指標得到了很大提升，在產(chǎn)汽量、發(fā)電量和供汽量不變的前提下，鍋爐負荷率由77.95%提高到 95.81%，減溫器停用2臺，減溫蒸汽量減少79 t/h。自耗電率降低4.28%、自耗汽率降低2.34%、自耗水下降30 t/h，產(chǎn)汽煤耗下降3.35 kg/t，日利潤增加28.6萬元，冬季3個月共計增效2 574萬元。

1.4.3 優(yōu)化運行保證措施

在減少1臺鍋爐運行后，大幅度提高經(jīng)濟性的同時，運行方式會變薄弱，對運行維護的要求相應(yīng)提高，相關(guān)各單位要制定針對性保運措施。

2 春秋季“4爐3機”運行方式經(jīng)濟技術(shù)分析及優(yōu)化模型

2.1 春秋季“4爐3機，新3爐、老1爐”運行方式見(表6)

表6 春秋季“4爐3機，新3爐、老1爐”運行方式Table 6 Spring and Autumn "4 boilers 3 turbines, the new factory 3 boilers, old factory 1 boiler" operation mode

2.2 春秋季“4爐3機，新3爐、老1爐”運行方式主要經(jīng)濟技術(shù)指標(表7)

表7 春秋季運行方式優(yōu)化前后主要經(jīng)濟技術(shù)指標比對Table 7 Main economic and technical indicators before and after the Spring&Autumn operation mode optimization

2.3 春秋季“4爐3機，新3爐、老1爐”運行方式經(jīng)濟技術(shù)分析

2.3.1 供汽富裕量大，可靠性高

春秋季“4爐3機，新3爐、老1爐”運行時，鍋爐負荷率為 80.45%，工作冗余為350 t/h，接近1臺鍋爐運行負荷，在1臺鍋爐非計劃故障停爐時，基本可以保持穩(wěn)定的生產(chǎn)運行狀態(tài)，保證外供各等級蒸汽供應(yīng)，防止壓力波動造成石化裝置停車。

2.3.2 多開1臺鍋爐，經(jīng)濟性較差

從 表7分析可見，運行中多開1臺爐，每小時增加散熱損失0.34%(原煤價360.22元)，折合標煤152.2 kg；增加自耗電1萬kW（0.54元，折標系數(shù)0.123），折合標煤1 230 kg；自耗1.0 MPa蒸汽36 t（160元，折標系數(shù)0.108 571），折合標煤3 908 kg；自耗水30 t（1.93元，折標系數(shù)0.242 9），折合標煤7.287 kg，每小時合計增加標煤耗5.297 t，增加產(chǎn)汽煤耗3.68 kg/t。標煤耗每日增加127.13 t，春秋季4個月增加1.53萬t。

2.4 春秋季機爐優(yōu)化運行模型

在綜合考慮可靠性和安全性的前提下，春秋季推薦運行方式為：3爐3機（新廠3爐）。

2.4.1 優(yōu)化運行模型及優(yōu)化后主要經(jīng)濟技術(shù)指標

(表8、表7)

表8 新廠3爐運行方式Table 8 New factory 3 boilers operation mode

2.4.2 優(yōu)化運行增效分析

由表8、表7分析可見，熱電廠春秋季運行方式優(yōu)化為3爐3機（新廠3爐）模式后，老廠2臺爐由工作冗余調(diào)整為后備冗余，運行爐故障期間通過減少汽輪機凝汽量減少發(fā)電，從而保證對外平穩(wěn)供汽，備用爐啟動時間8 h。調(diào)整后主要經(jīng)濟技術(shù)指標得到了很大提升，在外供汽量不變的前提下，調(diào)整鍋爐產(chǎn)汽量、汽輪機發(fā)電量和縮減減溫器供汽量，鍋爐負荷率提高到95.49%和94.93%，減溫器停用4臺，減溫蒸汽量減少145 t/h和158 t/h。自耗電率降低9.19%和5.07%、自耗汽率降低6.43%和1.96%、自耗水下降30 t/h，產(chǎn)汽煤耗下降3.68 kg/t，日利潤增加27.05萬元，春秋季4個月共計增效3 246萬元。

3 夏季“3爐3機”運行方式經(jīng)濟技術(shù)分析及優(yōu)化模型

3.1 夏季“3爐3機”運行方式

夏季“3爐3機”運行方式見表9。

表9 夏季3爐3機運行方式Table 9 Summer 3 boilers 3 turbines operation mode

3.2 夏季“3爐3機”運行方式主要經(jīng)濟技術(shù)指標(表10)

表10 夏季運行方式優(yōu)化前后主要經(jīng)濟技術(shù)指標比對Table 10 Main economic and technical indicators before and after the Summer operation mode optimization

3.3 夏季“3爐3機”運行方式經(jīng)濟技術(shù)分析

3.3.1 夏季3臺爐運行，不具備停爐優(yōu)化條件

夏季新廠“3爐3機”運行時，鍋爐負荷工作冗余70 t/h，遠小于任何1臺鍋爐額定負荷，因此不具備停爐進行優(yōu)化的條件。

3.3.2 提高汽機進汽量，提高能效

夏季優(yōu)化措施主要是提高汽輪機進汽量，減少減溫減壓進汽量，增加發(fā)電量。

3.4 夏季機爐優(yōu)化運行模型

在綜合考慮可靠性和安全性的前提下，夏季推薦運行方式為：3爐3機（新廠3爐）。優(yōu)化運行模型及主要經(jīng)濟技術(shù)指標見表11、表10。

表11 新廠3爐3機運行方式Table 11 New factory 3 boilers 3 turbines operation mode

3.4.2 優(yōu)化運行增效分析

由表11、表10分析可見，夏季優(yōu)化運行主要調(diào)整措施為：汽輪機進汽量由1 130 t/h提高到1 190 t/h，減溫器各熱備1臺，其余全部停用，直接減溫減壓蒸汽量由135 t/h減少到80 t/h，發(fā)電量增加1 MW，自耗汽減少16 t/h，產(chǎn)汽煤耗下降2.9 kg/t，日利潤增加20.5萬元，夏季5個月共增效3 075萬元。

4 結(jié) 論

通過以上對該電廠冬季、春秋季、夏季三種季節(jié)條件下3種熱力系統(tǒng)典型運行方式進行經(jīng)濟技術(shù)分析，可以看出該電廠在運行方式上仍然存在較大的優(yōu)化運行空間，優(yōu)化運行模型為：冬季4爐5機運行最優(yōu)；春秋季和夏季新廠3爐3機運行最優(yōu)。

通過對各季節(jié)優(yōu)化模型經(jīng)濟技術(shù)分析得出，在同樣滿足外供蒸汽量和外供電量的前提下，通過在冬季和春秋季減少1臺運行爐，提高鍋爐負荷率至93.59%和94.93%，提高汽機進汽量、減少減溫減壓器進汽量，各項技術(shù)指標得到了大幅度提升，自耗水電汽及產(chǎn)汽煤耗均有一定程度下降，經(jīng)濟效益大幅提高。與原有運行方式對比，冬季3個月可增效2 574萬元，春秋季4個月可增效3 246萬元，夏季5個月可增效3 075萬元，全年累計增效8 895萬元。

［1］ 于臨秸．鍋爐運行[M]. 北京：中國電力出版社，2006-04．

［2］ 中國華電集團公司安全生產(chǎn)部．發(fā)電廠對標管理[M]. 北京：中國水利水電出版社，2006-11月．

［3］ 蔣明昌．火電廠能耗指標分析手冊[M]. 北京：中國電力出版社，2011-01月．

［4］ 劉福國．電廠鍋爐運行監(jiān)測與優(yōu)化模型及應(yīng)用[M]. 北京：科學(xué)出版社，2014-12月．

Economic and Technical Analysis on Typical Operation Ways of Thermodynamic System in a Petrochemical Thermal Power Plant and Optimized Model

JING Zhen
（Liaoning Petroleum Chemical University，Thermal power plant, Liaoning Fushun 113000，China）

According to the significant correlation between thermal power plant heat load and local temperature change, economic and technical analysis on 3 kinds of typical operation modes of thermodynamic system in a thermal power plant in each season was carried out, the optimum operation mode was determined.

thermal system; operation mode; economic and technical analysis; optimization model

TM 621

A

1671-0460（2016）11-2653-04

2016-09-13

井振（1972-），男，遼寧省撫順市人，高級工程師，碩士學(xué)位，1994年畢業(yè)于浙江大學(xué)電廠熱能動力專業(yè)，研究方向：從事熱電廠工藝技術(shù)及生產(chǎn)運行工作。E-m ail：jingzhen @petrochina.com.cn。