11++负荷分配在发电厂优化运行中的应用

优化节能全国发电机组优化运行与节能技术交流研讨会论文集928负荷分配在发电厂优化运行中的应用诸佩敏（上海电力股份有限公司杨树浦发电厂200090）摘要：降低能耗不仅是国家节能中长期发展的要求，也是发电企业自身的需要。负荷分配、运行优化作为一项行之有效的节能技术已经在发电企业中得到了广泛应用。文章介绍了杨树浦发电厂在负荷分配、运行优化方面的具体应用，以及经济效益预测。关键字：负荷分配优化运行1引言国家“十一五”发展规划纲要提出了到2010年我国万元生产总值（单位GDP）能耗下降20%的要求。作为生产二次能源、消耗一次能源的大户---发电企业，降低发电企业生产过程中的能耗，对于节约社会资源，提高经济效益，促进电力与经济、社会和环境的协调发展，有着非常重要的意义。上海电力股份有限公司杨树浦发电厂(以下简称杨厂)共装有四炉七机，装机容量359MW，可调出力为330MW，其中1、2号机组为九十年代末引进德国西门子的100MW等级抽凝式机组（以下简称新机组），设计供热量150t/h。炉34/机21和炉35/机22为七十年代末国产50MW等级背压高压机组（以下简称老机组），单机容量25MW，最大供热量220t/h。9、0、11号机为低压后置机（以下简称低压机），0、9号机为30MW凝汽式机组、11号机为25MW凝汽式机组。全厂供热蒸汽系统为母管制，分东、西、北三路对外供热，供热能力最大可达650t/h。受杨浦区工业结构调整的影响，杨厂对外供热负荷呈逐年下降的趋势。（见表1）表1近年来杨厂供热量变化情况2001年2002年2003年2004年2005年供热量（万百万千焦）527.2544.7509.4427.2328.3同比增减百分比↑3.3%↓6.5%↓16.1%↓23.1%2006年1-3月供热负荷同比继续下降20%以上，随着供热量的下降，机组负荷率下降，造成全厂供电煤耗上升较快，给电厂的生产经营带来较大的影响，如不采取积极措施预计全厂年供电煤耗将上升3g/kWh以上。同时由于机、炉容量在满足热、电负荷的情况下均有一定富余，也使杨厂具备了开展负荷分配、优化运行的条件。2运行优化方法全国发电机组优化运行与节能技术交流研讨会论文集优化节能929在机组运行中对机组在各个出力段的参数采样，利用合理的机组性能计算模型对机组性能进行分析，然后采用统计学中曲线拟合的方法建立各机组在不同电、热负荷下的热耗性能函数关系曲线，并以此为基础，确定各机组的经济出力和最佳组合，为实际生产中合理安排开机方式并适当调整各机组的出力曲线，达到降低全厂平均供电煤耗，提高机组运行的经济性的目的。全厂负荷分配是在给定的全厂总电负荷和总供热蒸汽量合理分配全厂机组电热负荷的工作。主要工作内容包括：性能摸底试验：建立各机组在不同电、热负荷下的热耗性能函数关系曲线。根据实际情况确定电、热负荷优化分配的边界条件。根据性能试验曲线、边界条件、全厂汽、水系统平衡及数学优化原理建立全厂电、热负荷分配模型。研制全厂电、热负荷分配系统，优化运行负荷分配方式。负荷分配技术关键：由于外界系统负荷的变化，电厂主要热力设备不可能都在设计工况（经济负荷）下工作，而是经常在变工况下工作，电厂经济运行的一个基本出发点是：在一定负荷下，对于给定的能量输出下要使消耗的能量最小。在热力设备的动力特性一定的情况下能量消耗主要取决于所采用的负荷分配方法。设某电厂共有n台机组，对于任意一台机组，总有：Bi=fi(Pi,Qi),i=1,2,…,n其中：Bi—第i台机组的燃料耗率；Pi—第i台机组的电功率；Qi—第i台机组的供热蒸汽流量；对于全厂机组，有：其中：B0—全厂燃料耗率；P0—全厂电功率；Q0—全厂供热蒸汽流量；负荷优化分配问题可以归结为在Q0、P0为已知的情况下求每一台机组的Pi和Qi，得到的解应使B0为最小值。此解即为最佳的电、热负荷分配方案。该问题在数学上称为限制极值问题，其求解方法称为Lagrange不定乘子法。3经济运行分析为全面掌握机组的性能特性，由上海电力试验研究所对杨厂机组进行了性能摸底和全面优化调整试验，探寻各机组在不同出力情况下的效率、煤耗，据此确定各机组的经济出力和最佳组合，为实际生产中合理安排开机方式并适当调整各机组的出力曲线，达到降低全厂平均供电煤耗，提高机组运行的经济性提供了依据。根据《杨树浦发电厂机组运行经济性评估报告》数据表明，2台100MW等级抽凝机组的供电煤耗比2台50MW机组供电煤耗平均低约60g/kWh以上，节能潜力很大。nininiiiiQQPPBB111000,,,优化节能全国发电机组优化运行与节能技术交流研讨会论文集930以下二例具体说明机组不同负荷分配方式和开机方式对全厂供电煤耗的影响。表2不同热、电负荷分配方式下的全厂平均供电煤耗名称电负荷（MW）供热流量（t/h）机组供电煤耗（g/kWh）全厂平均供电煤耗（g/kWh）给定全厂发电负荷310MW、供热流量180t/h1.改进前的热、电负荷分配方式：#1机组10080358.1394.8#2机组110100345.7#34炉+#21、#0机组500456.7#35炉+#22、#9机组500466.52.改进后的热、电负荷分配方式（增加新机组电负荷，即降低老机组电负荷）#1机组11050364.7388.3#2机组12050361.5#34炉+#21、#0机组4040429.1#35炉+#22、#9机组4040433.5由上表可知，在一定的全厂热、电负荷，通过适当增加新机组发电份额、降低供热份额，即使新机组的发电量权重由68%上升到74%，可降低全厂平均供电煤耗6.5g/kWh。这是由于新机组的供电煤耗远低于老机组的供电煤耗，因此提高新机组的发电量权重，有助于降低全厂平均供电煤耗。表3不同开机方式下的全厂平均供电煤耗名称电负荷（MW）供热流量（t/h）机组供电煤耗（g/kWh）全厂平均供电煤耗（g/kWh）给定全厂发电负荷270MW、供热流量110t/h1.改进前的热、电负荷分配方式：#1机组9530380.7410.0#2机组10530376.5#34炉+#21、#0机组3025473.6#35炉+#22、#9机组3025486.72.改进后的热、电负荷分配方式（增加新机组电负荷，即降低老机组电负荷）#1机组11035372.0387.5#2机组12050361.5#34炉+#21、#0机组3025473.6#35炉+#22、#9机组停运000由上表可知，在负荷率较低的情况下停运一台老机组，使老机组的发电量权重由23.0%全国发电机组优化运行与节能技术交流研讨会论文集优化节能931降低到11.5%，可降低煤耗23.5g/kWh。通过试验和计算，全厂热、电负荷一定的情况下可以得到一个全厂供电煤耗基准参考值，这个参考值是经济运行优化和负荷分配后的最佳值。它和机组的负荷率、机组的启停方式相关。以供热量100t/h，电负荷220—330MW为区间用数值模拟的方式计算不同运行方式下全厂供电煤耗（热、电负荷按最佳方式分配，仅开机方式不同），得到图1所示结果。图1不同开机方式下电负荷-煤耗曲线图（供热100t/h）340350360370380390400410420220230240250260270280290300310320330电负荷（MW）煤耗（g/kWh）经济负荷分配两新一老运行两新两老运行由上图分析可以看出，在电网负荷较轻的情况下，电厂负荷率降低，从而导致机组效率下降，供电煤耗率上升。在这种情况下，如能够在系统负荷调节有充分裕量时，适时安排机组效率相对较差的机组退出旋转备用的话，一方面可以提高运行机组的负荷率，另一方面也提高了效率较高的机组的发电量权重，使全厂供电煤耗下降。考虑到机组启停时有一定损失，按照启停一次损失50t/h标煤来考虑对全厂经济性的影响，当老机组停机时间大于10小时，对全厂的总体经济运行是有益的。根据以上两例热、电负荷分配和开机方式对全厂平均供电煤耗影响的分析结果，可以确定：在满足给定的全厂热、电负荷前提下，提高新机组的发电量权重，降低老机组的发电量权重，可以有效降低全厂供电煤耗。4结语综上所述，综合考虑杨厂新、老两种类型机组在发电量、供热量和供电煤耗的差异以及不同运行方式组合对全厂经济性的影响，可以通过合理安排机组的发电计划、负荷分配、优化运行方式，降低启停损失，从而达到降低全厂供电煤耗的目的。在满足电网对杨厂电负荷及安全可靠性要求的前提条件下，按给定的热、电负荷的基础上，提高高效率机组的发电权重，降低低效率机组的发电权重，是经济调度、降低煤耗的关键。方案实施后，预计全年厂供电煤耗可下降3g/kWh左右，节约标煤5500吨以上，企业达到“降耗增效”目的的同时也创造了较好的社会效益和环境效益。