某石化热电厂热力系统典型运行方式经济技术分析及优化模型

井 振

（中国石油抚顺石化公司热电厂，辽宁 抚顺 113000）

某石化热电厂热力系统典型运行方式经济技术分析及优化模型

井 振

（中国石油抚顺石化公司热电厂，辽宁 抚顺 113000）

根据热电厂热负荷与当地气温变化有显著相关性特点，对该热电厂各季节热力系统的3种典型运行方式进行经济技术分析，通过优化运行调整，确定最佳运行方式，每年增效8 895万元。

热力系统；运行方式；经济技术分析；优化模型

某石化热电厂共有5炉7机8台减温减压器，分成新老厂2个相对独立的热力系统，9.8 MPa压力等级蒸汽双母管，3.5 MPa及1.0 MPa压力等级蒸汽分别通过联络管并网运行，向各化工炼油装置提供蒸汽，冬季供汽660 t/h，春秋季供汽520 t/h，夏季供汽470 t/h。作为该石化的自备电厂，首先满足企业的用热需求，按照“发电供受平衡、并网不上网、效益最大化”的原则组织生产。全厂热力系统设备配备见表1。

表1 全厂热力系统设备Table 1 Whole plant thermal system equipments

该热电厂位于辽宁省东部，境内平均海拔80 m，地处中温带，属大陆性季风气候，年均气温6.6 ℃，历年极端最高温度37.7 ℃，极端最低温度-37.3 ℃，一年中各月平均气温见表2。根据最近3年统计数据分析，热电厂热力系统的运行方式、供汽量与当地气温变化有着显著的相关性。为便于分析，将1、2、12月划分为冬季，3、4、10、11月划分为春秋季，5、6、7、8、9月划分为夏季，下文尝试对每个季节的热力系统运行方式进行经济技术分析，并推荐优化模型[1-4]。

表2 当地各月平均气温Table 2 Local months average temperature ℃

1 冬季“5炉5机”运行方式经济技术分析及优化模型

1.1 冬季“5炉5机”运行方式

冬季“5炉5机”运行方式见表3。

表3 冬季5炉5机运行方式Table 3 5 Boliers 5 turbines operation mode in W inter

1.2 冬季“5炉5机”运行方式主要经济技术指标

(表4)

表4 冬季运行方式优化前后主要经济技术指标比对Table 4 Main economic and technical indicators before and after the winter operation mode optimization

1.3 冬季“5炉5机”运行方式经济技术分析

1.3.1 供汽富裕量大，可靠性高

冗余技术，也称容灾备份技术，它是利用系统的并联模型来提高系统可靠性的一种手段。冗余技术分为工作冗余和后备冗余。工作冗余是指一种两个或以上的单元并行工作的并联。平均负担工作，因此工作能力有冗余。后备冗余是指平时只需一个单元工作，另一个单元是冗余的，用做待机备用。冬季“5炉5机”运行时，锅炉负荷工作冗余为485 t/h，超出任何1台锅炉额定负荷，在1台锅炉非计划故障停炉时，仍然可以保证稳定的生产运行状态。

1.3.2 多开1台锅炉，负荷率低，经济性较差

从“5炉5机”运行方式主要经济技术指标分析，冬季“5炉5机”运行时外供蒸汽量与锅炉产汽量之比为38.48%，与5炉额定负荷之比为30%，锅炉负荷工作冗余为485 t/h，相当于多开1台炉做工作容灾备份。在提高动力保障可靠性的同时，削弱了企业效益。由于锅炉负荷率为77.95%，运行中锅炉效率比额定状态低0.174%。运行中多开1台炉，每小时增加1台炉的散热损失0.37%(原煤价360.22元)，折合标煤165.6 kg；增加自耗电1万kW（0.54元，折标系数0.123），折合标煤1 230 kg；自耗1.0 MPa蒸汽40 t（160元，折标系数0.108 571），折合标煤4 342 kg；自耗水30 t（1.93元，折标系数0.242 9），折合标煤7.287 kg，每小时合计增加标煤耗5.745 t，增加产汽煤耗3.35 kg/t。标煤耗每日增加137.88 t，12月、1月、2月增加12 410 t。按企业水电煤汽价格进行成本日核算，每日减少效益28.6万元。

1.4 冬季机炉优化运行模型

在综合考虑可靠性和经济性的前提下，冬季推荐运行方式为：4炉5机（老厂1炉、新厂3炉）。

1.4.1 优化运行模型及优化后主要经济技术指标见表5、表4。

表5 老厂1炉、新厂3炉运行方式Table 5 Old factory 1 boiler，new factory 3 boilers operation mode

1.4.2 优化运行增效分析

由表5、表4分析数据可见，热电厂运行方式优化为“4炉5机”模式后，老厂1台炉由工作冗余调整为后备冗余，运行炉故障期间可以短期减少汽轮机凝汽量减少发电，从而保证对外平稳供汽，备用炉启动时间8 h。调整后主要经济技术指标得到了很大提升，在产汽量、发电量和供汽量不变的前提下，锅炉负荷率由77.95%提高到 95.81%，减温器停用2台，减温蒸汽量减少79 t/h。自耗电率降低4.28%、自耗汽率降低2.34%、自耗水下降30 t/h，产汽煤耗下降3.35 kg/t，日利润增加28.6万元，冬季3个月共计增效2 574万元。

1.4.3 优化运行保证措施

在减少1台锅炉运行后，大幅度提高经济性的同时，运行方式会变薄弱，对运行维护的要求相应提高，相关各单位要制定针对性保运措施。

2 春秋季“4炉3机”运行方式经济技术分析及优化模型

2.1 春秋季“4炉3机，新3炉、老1炉”运行方式见(表6)

表6 春秋季“4炉3机，新3炉、老1炉”运行方式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炉3机，新3炉、老1炉”运行方式主要经济技术指标(表7)

表7 春秋季运行方式优化前后主要经济技术指标比对Table 7 Main economic and technical indicators before and after the Spring&Autumn operation mode optimization

2.3 春秋季“4炉3机，新3炉、老1炉”运行方式经济技术分析

2.3.1 供汽富裕量大，可靠性高

春秋季“4炉3机，新3炉、老1炉”运行时，锅炉负荷率为 80.45%，工作冗余为350 t/h，接近1台锅炉运行负荷，在1台锅炉非计划故障停炉时，基本可以保持稳定的生产运行状态，保证外供各等级蒸汽供应，防止压力波动造成石化装置停车。

2.3.2 多开1台锅炉，经济性较差

从 表7分析可见，运行中多开1台炉，每小时增加散热损失0.34%(原煤价360.22元)，折合标煤152.2 kg；增加自耗电1万kW（0.54元，折标系数0.123），折合标煤1 230 kg；自耗1.0 MPa蒸汽36 t（160元，折标系数0.108 571），折合标煤3 908 kg；自耗水30 t（1.93元，折标系数0.242 9），折合标煤7.287 kg，每小时合计增加标煤耗5.297 t，增加产汽煤耗3.68 kg/t。标煤耗每日增加127.13 t，春秋季4个月增加1.53万t。

2.4 春秋季机炉优化运行模型

在综合考虑可靠性和安全性的前提下，春秋季推荐运行方式为：3炉3机（新厂3炉）。

2.4.1 优化运行模型及优化后主要经济技术指标

(表8、表7)

表8 新厂3炉运行方式Table 8 New factory 3 boilers operation mode

2.4.2 优化运行增效分析

由表8、表7分析可见，热电厂春秋季运行方式优化为3炉3机（新厂3炉）模式后，老厂2台炉由工作冗余调整为后备冗余，运行炉故障期间通过减少汽轮机凝汽量减少发电，从而保证对外平稳供汽，备用炉启动时间8 h。调整后主要经济技术指标得到了很大提升，在外供汽量不变的前提下，调整锅炉产汽量、汽轮机发电量和缩减减温器供汽量，锅炉负荷率提高到95.49%和94.93%，减温器停用4台，减温蒸汽量减少145 t/h和158 t/h。自耗电率降低9.19%和5.07%、自耗汽率降低6.43%和1.96%、自耗水下降30 t/h，产汽煤耗下降3.68 kg/t，日利润增加27.05万元，春秋季4个月共计增效3 246万元。

3 夏季“3炉3机”运行方式经济技术分析及优化模型

3.1 夏季“3炉3机”运行方式

夏季“3炉3机”运行方式见表9。

表9 夏季3炉3机运行方式Table 9 Summer 3 boilers 3 turbines operation mode

3.2 夏季“3炉3机”运行方式主要经济技术指标(表10)

表10 夏季运行方式优化前后主要经济技术指标比对Table 10 Main economic and technical indicators before and after the Summer operation mode optimization

3.3 夏季“3炉3机”运行方式经济技术分析

3.3.1 夏季3台炉运行，不具备停炉优化条件

夏季新厂“3炉3机”运行时，锅炉负荷工作冗余70 t/h，远小于任何1台锅炉额定负荷，因此不具备停炉进行优化的条件。

3.3.2 提高汽机进汽量，提高能效

夏季优化措施主要是提高汽轮机进汽量，减少减温减压进汽量，增加发电量。

3.4 夏季机炉优化运行模型

在综合考虑可靠性和安全性的前提下，夏季推荐运行方式为：3炉3机（新厂3炉）。优化运行模型及主要经济技术指标见表11、表10。

表11 新厂3炉3机运行方式Table 11 New factory 3 boilers 3 turbines operation mode

3.4.2 优化运行增效分析

由表11、表10分析可见，夏季优化运行主要调整措施为：汽轮机进汽量由1 130 t/h提高到1 190 t/h，减温器各热备1台，其余全部停用，直接减温减压蒸汽量由135 t/h减少到80 t/h，发电量增加1 MW，自耗汽减少16 t/h，产汽煤耗下降2.9 kg/t，日利润增加20.5万元，夏季5个月共增效3 075万元。

4 结 论

通过以上对该电厂冬季、春秋季、夏季三种季节条件下3种热力系统典型运行方式进行经济技术分析，可以看出该电厂在运行方式上仍然存在较大的优化运行空间，优化运行模型为：冬季4炉5机运行最优；春秋季和夏季新厂3炉3机运行最优。

通过对各季节优化模型经济技术分析得出，在同样满足外供蒸汽量和外供电量的前提下，通过在冬季和春秋季减少1台运行炉，提高锅炉负荷率至93.59%和94.93%，提高汽机进汽量、减少减温减压器进汽量，各项技术指标得到了大幅度提升，自耗水电汽及产汽煤耗均有一定程度下降，经济效益大幅提高。与原有运行方式对比，冬季3个月可增效2 574万元，春秋季4个月可增效3 246万元，夏季5个月可增效3 075万元，全年累计增效8 895万元。

［1］ 于临秸．锅炉运行[M]. 北京：中国电力出版社，2006-04．

［2］ 中国华电集团公司安全生产部．发电厂对标管理[M]. 北京：中国水利水电出版社，2006-11月．

［3］ 蒋明昌．火电厂能耗指标分析手册[M]. 北京：中国电力出版社，2011-01月．

［4］ 刘福国．电厂锅炉运行监测与优化模型及应用[M]. 北京：科学出版社，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，辽宁省抚顺市人，高级工程师，硕士学位，1994年毕业于浙江大学电厂热能动力专业，研究方向：从事热电厂工艺技术及生产运行工作。E-m ail：jingzhen @petrochina.com.cn。