某石化熱電廠熱力系統典型運行方式經濟技術分析及優化模型

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典型運行方式經濟技術分析及優化模型

井 振

（中國石油撫順石化公司熱電廠，遼寧 撫順 113000）

根據熱電廠熱負荷與當地氣溫變化有顯著相關性特點，對該熱電廠各季節熱力系統的3種典型運行方式進行經濟技術分析，通過優化運行調整，確定最佳運行方式，每年增效8 895萬元。

熱力系統；運行方式；經濟技術分析；優化模型

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，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絡管并網運行，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，首先滿足企業的用熱需求，按照“發電供受平衡、并網不上網、效益最大化”的原則組織生產。全廠熱力系統設備配備見表1。

表1 全廠熱力系統設備Table 1 Whole plant thermal system equipments

該熱電廠位于遼寧省東部，境內平均海拔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。根據最近3年統計數據分析，熱電廠熱力系統的運行方式、供汽量與當地氣溫變化有著顯著的相關性。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的熱力系統運行方式進行經濟技術分析，并推薦優化模型[1-4]。

表2 當地各月平均氣溫Table 2 Local months average temperature ℃

1 冬季“5爐5機”運行方式經濟技術分析及優化模型

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”運行方式主要經濟技術指標

(表4)

表4 冬季運行方式優化前后主要經濟技術指標比對Table 4 Main economic and technical indicators before and after the winter operation mode optimization

1.3 冬季“5爐5機”運行方式經濟技術分析

1.3.1 供汽富裕量大，可靠性高

冗余技術，也稱容災備份技術，它是利用系統的并聯模型來提高系統可靠性的一種手段。冗余技術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。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，仍然可以保證穩定的生產運行狀態。

1.3.2 多開1臺鍋爐，負荷率低，經濟性較差

從“5爐5機”運行方式主要經濟技術指標分析，冬季“5爐5機”運行時外供蒸汽量與鍋爐產汽量之比為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臺爐做工作容災備份。在提高動力保障可靠性的同時，削弱了企業效益。由于鍋爐負荷率為77.95%，運行中鍋爐效率比額定狀態低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0.123），折合標煤1 230 kg；自耗1.0 MPa蒸汽40 t（160元，折標系數0.108 571），折合標煤4 342 kg；自耗水30 t（1.93元，折標系數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 冬季機爐優化運行模型

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

1.4.1 優化運行模型及優化后主要經濟技術指標見表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 優化運行增效分析

由表5、表4分析數據可見，熱電廠運行方式優化為“4爐5機”模式后，老廠1臺爐由工作冗余調整為后備冗余，運行爐故障期間可以短期減少汽輪機凝汽量減少發電，從而保證對外平穩供汽，備用爐啟動時間8 h。調整后主要經濟技術指標得到了很大提升，在產汽量、發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 優化運行保證措施

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

2 春秋季“4爐3機”運行方式經濟技術分析及優化模型

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”運行方式主要經濟技術指標(表7)

表7 春秋季運行方式優化前后主要經濟技術指標比對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”運行方式經濟技術分析

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，基本可以保持穩定的生產運行狀態，保證外供各等級蒸汽供應，防止壓力波動造成石化裝置停車。

2.3.2 多開1臺鍋爐，經濟性較差

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0.123），折合標煤1 230 kg；自耗1.0 MPa蒸汽36 t（160元，折標系數0.108 571），折合標煤3 908 kg；自耗水30 t（1.93元，折標系數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 優化運行模型及優化后主要經濟技術指標

(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化為3爐3機（新廠3爐）模式后，老廠2臺爐由工作冗余調整為后備冗余，運行爐故障期間通過減少汽輪機凝汽量減少發電，從而保證對外平穩供汽，備用爐啟動時間8 h。調整后主要經濟技術指標得到了很大提升，在外供汽量不變的前提下，調整鍋爐產汽量、汽輪機發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”運行方式經濟技術分析及優化模型

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”運行方式主要經濟技術指標(表10)

表10 夏季運行方式優化前后主要經濟技術指標比對Table 10 Main economic and technical indicators before and after the Summer operation mode optimization

3.3 夏季“3爐3機”運行方式經濟技術分析

3.3.1 夏季3臺爐運行，不具備停爐優化條件

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化的條件。

3.3.2 提高汽機進汽量，提高能效

夏季優化措施主要是提高汽輪機進汽量，減少減溫減壓進汽量，增加發電量。

3.4 夏季機爐優化運行模型

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）。優化運行模型及主要經濟技術指標見表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 優化運行增效分析

由表11、表10分析可見，夏季優化運行主要調整措施為：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，發電量增加1 MW，自耗汽減少16 t/h，產汽煤耗下降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 論

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

通過對各季節優化模型經濟技術分析得出，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，各項技術指標得到了大幅度提升，自耗水電汽及產汽煤耗均有一定程度下降，經濟效益大幅提高。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部．發電廠對標管理[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．電廠鍋爐運行監測與優化模型及應用[M]. 北京：科學出版社，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，碩士學位，1994年畢業于浙江大學電廠熱能動力專業，研究方向：從事熱電廠工藝技術及生產運行工作。E-m ail：jingzhen @petrochina.com.cn。