電廠多臺發電機組負荷優化分配的探索與實踐

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

馬鋼熱電總廠新區電廠現有3臺發電機組，其中11#機組為153MW燃氣-蒸汽聯合循環CCPP機組；12#機組為135MW煤粉機組，按熱值計算可摻燒60%的煤氣，根據煤氣品質，全燒煤氣時負荷在80～95MW之間；13#機組為60MW全燒煤氣機組。3臺機組在生產的同時，會遇到高爐休風、熱軋待料等工況，煤氣量會在極度貧乏到極度富裕之間變化，要做到多燒煤氣多發電，就必須對各臺機組的負荷進行優化分配。

表1列出了3臺機組的燃燒方式、滿負荷工況時煤氣最大消耗量和發電標煤耗量，其中13#機組的煤氣消耗量表示為在60MW負荷內，煤氣種類和煤氣量的最大協調范圍。

表13臺機組的燃燒方式、滿負荷工況時煤氣最大消耗量和發電標煤耗量

2 全燒煤氣機組的負荷優化分配

如表1所示，11#機組和13#機組的燃燒方式都是全燒煤氣，發電標煤耗量分別是286.57 g/kWh和358.75 g/kWh。不難看出，11#機組的效率遠高于13#機組，在煤氣貧乏時，在保證13#機組不停運的工況下，盡量增加11#機組的負荷是毋庸置疑的。

現通過具體例子來表述11#機組和13#機組的負荷分配。設有d個負荷單位（如每一個單位為10MW）分配給這2臺機組。其中11#機組每10MW的發電標煤耗量為2.87 t，13#機組每10MW的發電標煤耗量為3.59 t。表2給出了2臺機組承擔不同負荷時的能耗情況。

表2 承擔不同負荷時機組的能耗

在煤氣不富裕的情況下，把負荷只分配給11#機組是最經濟的。但是煤氣不是均衡供應的，在保證11#機組最低允許負荷為40MW，13#機組最低經濟負荷為30MW（不停高壓加熱器和備用供熱）的前提下，如何在總負荷70MW至213MW之間合理分配2臺機組的負荷，并始終保持總負荷時的能耗最小，我們通過表3來獲得最優分配的結果。

表3的第一行表示13#機組承擔的負荷，第一列表示11#機組承擔的負荷；第二行表示11#機組未承擔負荷，僅靠13#機組承擔負荷時的能耗情況，同理第二列表示僅靠11#機組單獨承擔負荷時的能耗情況，而行與列的交叉處所填的數字為2臺機組共同承擔負荷所對應的能耗之和。如總負荷只有100MW，11#機組單獨承擔負荷是最經濟的，但要維持13#機組的最低經濟負荷，因此，第9行和第5列交叉時的能耗才是最小的（★所示），即是最優的負荷分配方法。

再如，當總負荷180MW時，第17行和第5列交叉時的能耗是最小的（▲所示），同樣是最優的負荷分配方法。

通過上述方法，2臺機組在各自保證不停運的前提下，若13#機組退出最低經濟運行模式，負荷更是能在短時間內維持10MW負荷運行，這樣就使2臺機組的總負荷可以在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，總負荷只有50MW，第6行和第3列交叉時的能耗無疑是最優的負荷分配方法（●所示）。

表3 負荷在2臺機組中分配所產生的發電標煤耗量 t

3 全燒煤氣機組與摻燒煤氣機組間的負荷優化分配

馬鋼新區電廠12#機組鍋爐的燃燒方式為煤粉摻燒煤氣，機組既可以煤粉＋煤氣混燒，也可以全燒煤粉或者全燒煤氣。在不影響自身滿負荷（135MW+供熱）的情況下，對新區煤氣管網的調峰能力亦是非常強的。當11#機組和13#機組已經滿負荷后，剩余的煤氣由12#機組消耗，12#機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#機組全燒煤氣工況時根據煤氣熱值的高低，負荷一般在80～95MW 之間。

通過表4，我們可以更加直觀的看到12#機組在參與新區煤氣管網調峰時制粉系統的運行工況(■表示運行;○表示停運 )。

從表4中看到，在不摻燒煤氣的情況下，12#機組的制粉系統全部運行，而當煤氣負荷的不斷增加，制粉系統也逐漸停運，當煤氣負荷達到12#機組最大摻燒量時，機組受鍋爐排煙溫度的制約，負荷只能維持在80～95MW之間運行。

針對全燒煤氣機組和摻燒煤氣機組發電負荷的分配，我們同樣設定了d個負荷單位（每一個單位為20MW）分配給這3臺機組。其中11#機組和13#機組為全燒煤氣機組，應優先分配負荷，這2臺機組每20MW的平均發電標煤耗量為6.46 t，12#機組每20MW的發電標煤耗量為6.70 t。表5給出了在煤氣富裕時3臺機組承擔不同負荷時的能耗情況。

表412#機組滿負荷時制粉系統啟停狀況與煤氣摻燒量之間的關系

從表5中可以看出，如果11#機組和13#機組的負荷之和達不到213MW時，12#機組在任何工況下摻燒煤氣都是不經濟的，如總負荷只有200MW，在第12行和第2列交匯處的能耗是最小的（*所示），也是最經濟的，而這200MW的負荷在11#機組和13#機組之間如何分配，就要參閱表3中所對應的最小數值了。通過上述描述，馬鋼新區電廠3臺發電機組的負荷分配思路逐漸清晰了。在機組不停運的前提下，優先將負荷分配給11#機組（CCPP），其次是全燒煤氣的13#機組，最后才是燃燒工況可以任意切換的12#機組。（從發電標煤耗量的角度，12#機組要優于13#機組，煤氣似乎應優先分配給12#機組，而從發電量的角度，始終保持12#機組滿負荷是降低公司噸鋼成本的不二選擇。）

4 實踐的效果

新區電廠每小時最大消耗煤氣量在表1中已經標明，從2013年的實踐效果來看，3臺發電機組累計所消耗的煤氣量按熱值計算又提升了約10%，我們在表6中將2012年的煤氣消耗量和2013年進行了對比(單位:km3)：

表63臺發電機組2012～2013年度的煤氣量消耗對比表

通過表6的對比，2013年，新區電廠不僅在增加煤氣發電占比的同時，3臺機組的平均發電成本更是下降了約8.2%，這其中包括對機組的節能改造、減少非計劃成本開支等因素外，最重要的一點就是實行了負荷優化分配方案，真正做到最大限度的消耗富裕煤氣，并保持3臺機組的最低能耗值。

表5 煤氣發電負荷在3臺機組中分配所產生的發電標煤耗量

5 結束語

鋼鐵企業的富裕煤氣除了用于發電之外，更要在如何提高發電效率，減少污染排放方面提高企業自身的競爭能力。本文對鋼鐵企業電廠如何實行負荷最優分配運行進行了探討和實踐，降低發電成本同樣是鋼鐵行業降低噸鋼成本的有效措施，進一步挖掘企業內部潛力，也是鋼鐵行業走出困境的必由之路。