劉平

摘 要：我國現(xiàn)階段的熱電廠的改造與調度還停留在人憑經驗決定各臺機爐熱電負荷的水平。其中汽輪機的負荷因涉及電功率的大小及各級壓力抽汽量大小的熱電負荷相互匹配的問題，對熱電廠熱力改造與優(yōu)化調度進行分析，通過采取優(yōu)化措施，克服調度人員無法定量分配機組熱電負荷的問題，使熱力系統(tǒng)能處在最佳的運行狀態(tài)。

關鍵詞：熱電廠；運行機組；改造；優(yōu)化調度

1、概述

能源問題一直是全球研究的重點。我國煤炭資源總量相對較多，雖然近些年風電、生物質、核電和太陽能等新能源發(fā)電機組迅猛發(fā)展，但是熱電機組的基礎主導地位仍不變。現(xiàn)行燃煤機組的熱效率為 30% 左右，也就是說每份燃料三成轉化為電能，七成以鍋爐排煙、汽輪機排熱等形式釋放到環(huán)境中，在這些低品位熱能中，汽輪機排汽熱能所占比例較大。汽輪機排汽通過凝汽器進行熱量交換，將大量排汽余熱直接排往大氣，余熱回收利用難度大。熱電聯(lián)產技術以其在能源利用上的優(yōu)勢，逐漸成為解決供熱需求、實現(xiàn)節(jié)能減排的有效途徑。它在利用燃料燃燒的高品位熱能用于發(fā)電的同時，將未被利用的低品位熱量用于供熱，實現(xiàn)能源的梯級利用。我國熱電聯(lián)產集中供熱仍處于快速發(fā)展階段，國家發(fā)改委和能源局共同努力，擬定相關文件：2020年熱電聯(lián)產全國總裝機容量將達到200GW，按工業(yè)標準計算試產供熱和集中供熱的熱電聯(lián)產裝機容量將達到1/2左右。預計到2020年，全國總裝機容量將達到900GW，即到2020年熱電聯(lián)產將占全國總裝機容量的22%。目前，供暖系統(tǒng)改造的替代技術很多，不同的改造技術對系統(tǒng)性能和節(jié)能效益的影響也不同。詳細研究和分析當前熱電機組供熱改造的主要技術特點，對熱電機組供熱改造方案的選擇具有重要意義。

2、熱電廠熱力節(jié)能環(huán)保機組技術改造策略

2.1鍋爐系統(tǒng)改造策略

本文主要從兩個方向提出對鍋爐系統(tǒng)的改造策略：首先對于大部分熱電機組配備的回轉式空氣預熱器由于其結構特性和運行特性所必然存在的漏風，會一定程度上影響系統(tǒng)各主要風機的運行能耗并且導致鍋爐排煙熱損失的增加進而影響鍋爐效率。這里提出一種電廠風煙系統(tǒng)空預器的性能優(yōu)化改造策略，通過周期性統(tǒng)計空預器進出口過量空氣系數(shù)與排煙溫度、煤質工業(yè)分析全水分與揮發(fā)分、SCR出口NOx濃度、脫硫系統(tǒng)進口SO2濃度、空預器風煙側差壓等數(shù)據及其變化趨勢，挑選穩(wěn)定的運行工況進行數(shù)據對標分析，利用大數(shù)據數(shù)據處理或針對空預器漏風率做與其各影響因子的多元非線性回歸手段得出可能存在的關系模型，并且在接下來的生產運行中有針對性的進行設備性能試驗，以驗證模型的誤差率，進而在未來生產運行中為運行人員操作及熱工控制方面給出指導意見，提升機組運行安全、環(huán)保水平。其次針對鍋爐燃燒系統(tǒng)所存在的諸多問題中，循環(huán)流化床鍋爐的“四管”爆漏、變形問題尤為突出。由于其結構和工藝方面的特殊性，必然會使高溫高速的飛灰煙氣對爐內蒸汽管道受熱面帶來的磨損、腐蝕、熱應力形變等問題。隨著國家大力推進“新舊動能轉換”，且特高壓輸電、新能源在各省不斷提升的發(fā)電份額，電網對熱電機組調峰能力的要求也在考驗著各發(fā)電企業(yè)的運行、改造、問題處理能力。受天氣影響，當光照條件、風速變化大等情況下，新能源上網功率的短期內快速變化對電網產生極大沖擊，這就要求熱電機組承擔起電網調峰、調頻、調壓的責任。循環(huán)流化床鍋爐由于其蓄熱能力特性，實際運行情況對負荷變化響應相對較慢，通常出現(xiàn)的午間調度負荷短時間下拉，蒸汽管道內流量急速變化，鍋爐熱負荷不能很好跟蹤，壁溫變化產生的熱應力使管壁情況逐漸劣化，最終導致變形甚至爆管。這里提出一種循環(huán)流化床鍋爐機組負荷預測策略，有助于針對其蓄熱能力對負荷變動反應慢這一特性提前制定機組的負荷曲線和調峰策略。利用機組長期的運行歷史數(shù)據、全省主要新能源機組的天氣數(shù)據以及電網調峰指令歷史數(shù)據，建立以時間、天氣、電網負荷需求、機組運行計劃為影響因素的樣本模型，通過大數(shù)據手段對已存在歷史數(shù)據進行數(shù)據處理及挖掘，得出機組功率預測模型，并利用數(shù)據挖掘和機器學習對已有模型不斷優(yōu)化，提升功率預測準確率，為機組提升電網需求響應能力、機組節(jié)能安全運行水平提供數(shù)據支持。

2.2汽輪機系統(tǒng)改造策略

汽輪機作為熱電廠電力生產中的重要系統(tǒng)，其工作原理、結構和熱力性能已經非常成熟，電廠針對汽輪機本體的優(yōu)化改造空間已相對較小，但是在實際生產運行中，依舊存在諸多的細節(jié)和問題可以進行改造提升，從而達到機組節(jié)能優(yōu)化的目的。例如從運行操作角度，針對抽汽回熱系統(tǒng)，現(xiàn)在很多大容量機組已經配備了廠級實時監(jiān)控（SIS）系統(tǒng)。根據長期生產運行所獲得的大量的機組歷史數(shù)據，結合等效焓降原理，對其各加熱器的抽汽量進行分析，計算其加熱器端差耗差，最終利用大數(shù)據分析訓練出以加熱器溫升、水位、端差及抽汽量為影響因子的，適合于本機組抽汽回熱系統(tǒng)對熱耗、煤耗的關系模型，并逐步優(yōu)化運行人員的操作規(guī)程及判斷水平，達到提升機組效率、節(jié)能減耗的效果。

3、熱力系統(tǒng)自適應優(yōu)化調度模型的建立

熱力系統(tǒng)由于所配備的汽輪機的類型和數(shù)量的不同導致結構的不同，建立的優(yōu)化調度計算模型也是不同的，設備之間的這種并聯(lián)特征簡化連接關系，在自適應優(yōu)化調度中，應優(yōu)化調度計算對熱力系統(tǒng)結構的適應性，根據用戶提供的信息建立合適的優(yōu)化調度計算模型。

3.1熱力系統(tǒng)規(guī)模的確定

熱力系統(tǒng)的規(guī)模包括各種壓力等級的母管數(shù)目，熱力系統(tǒng)中的汽輪機數(shù)目，過來的數(shù)目、減壓器的數(shù)目，實現(xiàn)熱力系統(tǒng)的自適應優(yōu)化調度，采用母管制熱系統(tǒng)企業(yè)中，用汽條件十分復雜，需要很多壓力等級蒸汽。然后確定設備的數(shù)目，就可以建立優(yōu)化調度的標準模型和優(yōu)化計算。

3.2決策變量的設置

熱力系統(tǒng)最大規(guī)模確定以后，還應將汽輪機的進氣量、向各個壓力等級母管的排汽量、發(fā)電機功率、表征設備啟停的整數(shù)變量作為決策變量。當實際的熱力系統(tǒng)蒸汽母管和汽輪機數(shù)量小于最大標準的時候，對實際的熱力系統(tǒng)情況，將相應的蒸汽管中沒有蒸汽流量設置為零，使用自適應熱力系統(tǒng)優(yōu)化調度有限的解決各種實際熱力系統(tǒng)單獨建立優(yōu)化調度用數(shù)學模型的難題。

3.3各種約束關系的建立

通過建立熱力系統(tǒng)自適應優(yōu)化調度模型，在輔以汽輪機的各種約束條件，如最小流量約束、調節(jié)抽汽量的約束、最大進汽量約束、最大功率約束、等，尋找好的計算方法，以便于獲得此熱電負荷下的最優(yōu)解，實施運行調度，獲得汽輪機熱力系統(tǒng)的最佳節(jié)能效果。

4、節(jié)能效益分析

4.1經濟效益

改造后的機器，應保證工廠的供熱量與改造前的機組相比，節(jié)約大量的煤炭，可以減少能源的使用速度，避免能源的枯竭，并且對余熱利用率方面進行改進，每年回收大量的熱能，有效的節(jié)約能源。

4.2節(jié)水、節(jié)電分析

改造的冷卻水循環(huán)泵也可以節(jié)約大量的電能，使用氣功泵代替電動泵可以實現(xiàn)，所以熱電廠經過熱力系統(tǒng)改造，節(jié)能的效果十分明顯。

結束語

熱電廠的節(jié)能改造和優(yōu)化調度，可以有效的節(jié)約能源，改造完成后從根本上改造熱電廠的節(jié)能效果，有效的提高節(jié)約能源，雖然改造會使用大量的人力、物力、財力，但是從長遠利益考慮，可以提高企業(yè)的經濟效益，所以應不斷的對技術進行改善，并不斷優(yōu)化調度方法，以滿足市場需求。

參考文獻

[1]謝錫革.燃煤電站節(jié)能減排升級改造技術研探[J].民營科技，2016（07）：16+210.

[2]何勇智.熱力電廠機組繼電保護技術改造工作的要點分析[J].科技與企業(yè)，2016（24）：235.

[3]高楓.熱力電廠機組節(jié)能改造技術研究[J].貴州電力技術，2013，18（07）：23-24.

（作者單位：南京揚子動力工程有限責任公司）