电厂多台发电机组负荷优化分配的探索与实践

朱昌厚

（马鞍山钢铁股份公司热电总厂，安徽马鞍山 243000）

1 前言

马钢热电总厂新区电厂现有3台发电机组，其中11#机组为153MW燃气-蒸汽联合循环CCPP机组；12#机组为135MW煤粉机组，按热值计算可掺烧60%的煤气，根据煤气品质，全烧煤气时负荷在80～95MW之间；13#机组为60MW全烧煤气机组。3台机组在生产的同时，会遇到高炉休风、热轧待料等工况，煤气量会在极度贫乏到极度富裕之间变化，要做到多烧煤气多发电，就必须对各台机组的负荷进行优化分配。

表1列出了3台机组的燃烧方式、满负荷工况时煤气最大消耗量和发电标煤耗量，其中13#机组的煤气消耗量表示为在60MW负荷内，煤气种类和煤气量的最大协调范围。

表13台机组的燃烧方式、满负荷工况时煤气最大消耗量和发电标煤耗量

2 全烧煤气机组的负荷优化分配

如表1所示，11#机组和13#机组的燃烧方式都是全烧煤气，发电标煤耗量分别是286.57 g/kWh和358.75 g/kWh。不难看出，11#机组的效率远高于13#机组，在煤气贫乏时，在保证13#机组不停运的工况下，尽量增加11#机组的负荷是毋庸置疑的。

现通过具体例子来表述11#机组和13#机组的负荷分配。设有d个负荷单位（如每一个单位为10MW）分配给这2台机组。其中11#机组每10MW的发电标煤耗量为2.87 t，13#机组每10MW的发电标煤耗量为3.59 t。表2给出了2台机组承担不同负荷时的能耗情况。

表2 承担不同负荷时机组的能耗

在煤气不富裕的情况下，把负荷只分配给11#机组是最经济的。但是煤气不是均衡供应的，在保证11#机组最低允许负荷为40MW，13#机组最低经济负荷为30MW（不停高压加热器和备用供热）的前提下，如何在总负荷70MW至213MW之间合理分配2台机组的负荷，并始终保持总负荷时的能耗最小，我们通过表3来获得最优分配的结果。

表3的第一行表示13#机组承担的负荷，第一列表示11#机组承担的负荷；第二行表示11#机组未承担负荷，仅靠13#机组承担负荷时的能耗情况，同理第二列表示仅靠11#机组单独承担负荷时的能耗情况，而行与列的交叉处所填的数字为2台机组共同承担负荷所对应的能耗之和。如总负荷只有100MW，11#机组单独承担负荷是最经济的，但要维持13#机组的最低经济负荷，因此，第9行和第5列交叉时的能耗才是最小的（★所示），即是最优的负荷分配方法。

再如，当总负荷180MW时，第17行和第5列交叉时的能耗是最小的（▲所示），同样是最优的负荷分配方法。

通过上述方法，2台机组在各自保证不停运的前提下，若13#机组退出最低经济运行模式，负荷更是能在短时间内维持10MW负荷运行，这样就使2台机组的总负荷可以在50MW至213MW之间任意增减分配，且总能耗仍然是保持最低的。如高炉故障，紧急休风，总负荷只有50MW，第6行和第3列交叉时的能耗无疑是最优的负荷分配方法（●所示）。

表3 负荷在2台机组中分配所产生的发电标煤耗量 t

3 全烧煤气机组与掺烧煤气机组间的负荷优化分配

马钢新区电厂12#机组锅炉的燃烧方式为煤粉掺烧煤气，机组既可以煤粉＋煤气混烧，也可以全烧煤粉或者全烧煤气。在不影响自身满负荷（135MW+供热）的情况下，对新区煤气管网的调峰能力亦是非常强的。当11#机组和13#机组已经满负荷后，剩余的煤气由12#机组消耗，12#机组消耗煤气的能力在表1中已有描述，受锅炉排烟温度的制约，12#机组全烧煤气工况时根据煤气热值的高低，负荷一般在80～95MW 之间。

通过表4，我们可以更加直观的看到12#机组在参与新区煤气管网调峰时制粉系统的运行工况(■表示运行;○表示停运 )。

从表4中看到，在不掺烧煤气的情况下，12#机组的制粉系统全部运行，而当煤气负荷的不断增加，制粉系统也逐渐停运，当煤气负荷达到12#机组最大掺烧量时，机组受锅炉排烟温度的制约，负荷只能维持在80～95MW之间运行。

针对全烧煤气机组和掺烧煤气机组发电负荷的分配，我们同样设定了d个负荷单位（每一个单位为20MW）分配给这3台机组。其中11#机组和13#机组为全烧煤气机组，应优先分配负荷，这2台机组每20MW的平均发电标煤耗量为6.46 t，12#机组每20MW的发电标煤耗量为6.70 t。表5给出了在煤气富裕时3台机组承担不同负荷时的能耗情况。

表412#机组满负荷时制粉系统启停状况与煤气掺烧量之间的关系

从表5中可以看出，如果11#机组和13#机组的负荷之和达不到213MW时，12#机组在任何工况下掺烧煤气都是不经济的，如总负荷只有200MW，在第12行和第2列交汇处的能耗是最小的（*所示），也是最经济的，而这200MW的负荷在11#机组和13#机组之间如何分配，就要参阅表3中所对应的最小数值了。通过上述描述，马钢新区电厂3台发电机组的负荷分配思路逐渐清晰了。在机组不停运的前提下，优先将负荷分配给11#机组（CCPP），其次是全烧煤气的13#机组，最后才是燃烧工况可以任意切换的12#机组。（从发电标煤耗量的角度，12#机组要优于13#机组，煤气似乎应优先分配给12#机组，而从发电量的角度，始终保持12#机组满负荷是降低公司吨钢成本的不二选择。）

4 实践的效果

新区电厂每小时最大消耗煤气量在表1中已经标明，从2013年的实践效果来看，3台发电机组累计所消耗的煤气量按热值计算又提升了约10%，我们在表6中将2012年的煤气消耗量和2013年进行了对比(单位:km3)：

表63台发电机组2012～2013年度的煤气量消耗对比表

通过表6的对比，2013年，新区电厂不仅在增加煤气发电占比的同时，3台机组的平均发电成本更是下降了约8.2%，这其中包括对机组的节能改造、减少非计划成本开支等因素外，最重要的一点就是实行了负荷优化分配方案，真正做到最大限度的消耗富裕煤气，并保持3台机组的最低能耗值。

表5 煤气发电负荷在3台机组中分配所产生的发电标煤耗量

5 结束语

钢铁企业的富裕煤气除了用于发电之外，更要在如何提高发电效率，减少污染排放方面提高企业自身的竞争能力。本文对钢铁企业电厂如何实行负荷最优分配运行进行了探讨和实践，降低发电成本同样是钢铁行业降低吨钢成本的有效措施，进一步挖掘企业内部潜力，也是钢铁行业走出困境的必由之路。