热电厂热力改造与优化调度

刘平

摘 要：我国现阶段的热电厂的改造与调度还停留在人凭经验决定各台机炉热电负荷的水平。其中汽轮机的负荷因涉及电功率的大小及各级压力抽汽量大小的热电负荷相互匹配的问题，对热电厂热力改造与优化调度进行分析，通过采取优化措施，克服调度人员无法定量分配机组热电负荷的问题，使热力系统能处在最佳的运行状态。

关键词：热电厂；运行机组；改造；优化调度

1、概述

能源问题一直是全球研究的重点。我国煤炭资源总量相对较多，虽然近些年风电、生物质、核电和太阳能等新能源发电机组迅猛发展，但是热电机组的基础主导地位仍不变。现行燃煤机组的热效率为 30% 左右，也就是说每份燃料三成转化为电能，七成以锅炉排烟、汽轮机排热等形式释放到环境中，在这些低品位热能中，汽轮机排汽热能所占比例较大。汽轮机排汽通过凝汽器进行热量交换，将大量排汽余热直接排往大气，余热回收利用难度大。热电联产技术以其在能源利用上的优势，逐渐成为解决供热需求、实现节能减排的有效途径。它在利用燃料燃烧的高品位热能用于发电的同时，将未被利用的低品位热量用于供热，实现能源的梯级利用。我国热电联产集中供热仍处于快速发展阶段，国家发改委和能源局共同努力，拟定相关文件：2020年热电联产全国总装机容量将达到200GW，按工业标准计算试产供热和集中供热的热电联产装机容量将达到1/2左右。预计到2020年，全国总装机容量将达到900GW，即到2020年热电联产将占全国总装机容量的22%。目前，供暖系统改造的替代技术很多，不同的改造技术对系统性能和节能效益的影响也不同。详细研究和分析当前热电机组供热改造的主要技术特点，对热电机组供热改造方案的选择具有重要意义。

2、热电厂热力节能环保机组技术改造策略

2.1锅炉系统改造策略

本文主要从两个方向提出对锅炉系统的改造策略：首先对于大部分热电机组配备的回转式空气预热器由于其结构特性和运行特性所必然存在的漏风，会一定程度上影响系统各主要风机的运行能耗并且导致锅炉排烟热损失的增加进而影响锅炉效率。这里提出一种电厂风烟系统空预器的性能优化改造策略，通过周期性统计空预器进出口过量空气系数与排烟温度、煤质工业分析全水分与挥发分、SCR出口NOx浓度、脱硫系统进口SO2浓度、空预器风烟侧差压等数据及其变化趋势，挑选稳定的运行工况进行数据对标分析，利用大数据数据处理或针对空预器漏风率做与其各影响因子的多元非线性回归手段得出可能存在的关系模型，并且在接下来的生产运行中有针对性的进行设备性能试验，以验证模型的误差率，进而在未来生产运行中为运行人员操作及热工控制方面给出指导意见，提升机组运行安全、环保水平。其次针对锅炉燃烧系统所存在的诸多问题中，循环流化床锅炉的“四管”爆漏、变形问题尤为突出。由于其结构和工艺方面的特殊性，必然会使高温高速的飞灰烟气对炉内蒸汽管道受热面带来的磨损、腐蚀、热应力形变等问题。随着国家大力推进“新旧动能转换”，且特高压输电、新能源在各省不断提升的发电份额，电网对热电机组调峰能力的要求也在考验着各发电企业的运行、改造、问题处理能力。受天气影响，当光照条件、风速变化大等情况下，新能源上网功率的短期内快速变化对电网产生极大冲击，这就要求热电机组承担起电网调峰、调频、调压的责任。循环流化床锅炉由于其蓄热能力特性，实际运行情况对负荷变化响应相对较慢，通常出现的午间调度负荷短时间下拉，蒸汽管道内流量急速变化，锅炉热负荷不能很好跟踪，壁温变化产生的热应力使管壁情况逐渐劣化，最终导致变形甚至爆管。这里提出一种循环流化床锅炉机组负荷预测策略，有助于针对其蓄热能力对负荷变动反应慢这一特性提前制定机组的负荷曲线和调峰策略。利用机组长期的运行历史数据、全省主要新能源机组的天气数据以及电网调峰指令历史数据，建立以时间、天气、电网负荷需求、机组运行计划为影响因素的样本模型，通过大数据手段对已存在历史数据进行数据处理及挖掘，得出机组功率预测模型，并利用数据挖掘和机器学习对已有模型不断优化，提升功率预测准确率，为机组提升电网需求响应能力、机组节能安全运行水平提供数据支持。

2.2汽轮机系统改造策略

汽轮机作为热电厂电力生产中的重要系统，其工作原理、结构和热力性能已经非常成熟，电厂针对汽轮机本体的优化改造空间已相对较小，但是在实际生产运行中，依旧存在诸多的细节和问题可以进行改造提升，从而达到机组节能优化的目的。例如从运行操作角度，针对抽汽回热系统，现在很多大容量机组已经配备了厂级实时监控（SIS）系统。根据长期生产运行所获得的大量的机组历史数据，结合等效焓降原理，对其各加热器的抽汽量进行分析，计算其加热器端差耗差，最终利用大数据分析训练出以加热器温升、水位、端差及抽汽量为影响因子的，适合于本机组抽汽回热系统对热耗、煤耗的关系模型，并逐步优化运行人员的操作规程及判断水平，达到提升机组效率、节能减耗的效果。

3、热力系统自适应优化调度模型的建立

热力系统由于所配备的汽轮机的类型和数量的不同导致结构的不同，建立的优化调度计算模型也是不同的，设备之间的这种并联特征简化连接关系，在自适应优化调度中，应优化调度计算对热力系统结构的适应性，根据用户提供的信息建立合适的优化调度计算模型。

3.1热力系统规模的确定

热力系统的规模包括各种压力等级的母管数目，热力系统中的汽輪机数目，过来的数目、减压器的数目，实现热力系统的自适应优化调度，采用母管制热系统企业中，用汽条件十分复杂，需要很多压力等级蒸汽。然后确定设备的数目，就可以建立优化调度的标准模型和优化计算。

3.2决策变量的设置

热力系统最大规模确定以后，还应将汽轮机的进气量、向各个压力等级母管的排汽量、发电机功率、表征设备启停的整数变量作为决策变量。当实际的热力系统蒸汽母管和汽轮机数量小于最大标准的时候，对实际的热力系统情况，将相应的蒸汽管中没有蒸汽流量设置为零，使用自适应热力系统优化调度有限的解决各种实际热力系统单独建立优化调度用数学模型的难题。

3.3各种约束关系的建立

通过建立热力系统自适应优化调度模型，在辅以汽轮机的各种约束条件，如最小流量约束、调节抽汽量的约束、最大进汽量约束、最大功率约束、等，寻找好的计算方法，以便于获得此热电负荷下的最优解，实施运行调度，获得汽轮机热力系统的最佳节能效果。

4、节能效益分析

4.1经济效益

改造后的机器，应保证工厂的供热量与改造前的机组相比，节约大量的煤炭，可以减少能源的使用速度，避免能源的枯竭，并且对余热利用率方面进行改进，每年回收大量的热能，有效的节约能源。

4.2节水、节电分析

改造的冷却水循环泵也可以节约大量的电能，使用气功泵代替电动泵可以实现，所以热电厂经过热力系统改造，节能的效果十分明显。

结束语

热电厂的节能改造和优化调度，可以有效的节约能源，改造完成后从根本上改造热电厂的节能效果，有效的提高节约能源，虽然改造会使用大量的人力、物力、财力，但是从长远利益考虑，可以提高企业的经济效益，所以应不断的对技术进行改善，并不断优化调度方法，以满足市场需求。

参考文献

[1]谢锡革.燃煤电站节能减排升级改造技术研探[J].民营科技，2016（07）：16+210.

[2]何勇智.热力电厂机组继电保护技术改造工作的要点分析[J].科技与企业，2016（24）：235.

[3]高枫.热力电厂机组节能改造技术研究[J].贵州电力技术，2013，18（07）：23-24.

（作者单位：南京扬子动力工程有限责任公司）