CN104102209B - 一种供电系统的运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种供电系统的运行方法，其包括基于热电系统各个部件的参数计算热电系统的能量费用，基于热电系统的尾气排放计算热电系统的环境费用，利用所述能量费用和环境费用计算出热电系统的实际运行费用，把热电系统的实际运行费用与设计运行费用相比较，如果实际运行费用比设计运行费用高出5％，或者更多，例如10％，15％的时候，检查热电系统各个部件的参数，把所述各个部件的参数与相应的设计参数相比较，如果各个部件的参数没有超过相应的设计参数的5％，保持热电系统继续运行，如果各个部件的参数中有至少一个超过相应的设计参数的5％，那么中央控制器向警报器传送报警信号，并把相应部件和异常参数显示在显示单元上，以提醒工作人员对该部件进行检修。

Description

一种供电系统的运行方法

技术领域

发明涉及一种供电系统的运行方法，尤其设计一种基于经济性评价的热电系统运行方法。

背景技术

众所周知，环境污染问题已经成为制约我国经济发展的重要问题，我国的能源消费中，煤炭消费占比很高，特别是，我国是以煤炭发电为主的国家，每年发电用煤约占我国每年煤炭总量的一半。燃煤电厂在生产电能的同时，也造成烟尘、二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物以及废水等污染物的大量排放。目前，燃煤电厂常以供电煤耗率作为考核电厂运行经济性的最终指标，而供电煤耗率并没有考虑电厂运行对环境所造成的污染，也没有考虑水资源的使用价值等问题。随着我国电厂节能减排措施的实行以及电力系统厂网分开，竞价上网措施的逐步实施，若仍以传统的供电煤耗率作为考核指标，或将其作为电厂优化运行及上网电价的报价依据，不但不符合实际，而且也不利于环境的改善和污染物的治理，所以应该寻求一种新的综合评价指标和新的运行方法，来评价热电系统的运行经济性，并以此来动态调整其运行，从而做到节能降耗减排减少污染。

发明内容

把热电系统电能生产的费用划分为能量费用、非能量费用和环境危害费用三部分。热电系统生产电能要消耗燃料及水资源，这就是热电能生产中的能量费用部分；为了使热电系统正常运行，必须有厂房及设备的折旧、维修、管理及人员的工资、奖金、福利等，这就是所谓的非能量费用；热电能生产中有废水、废气和废渣排出，构成了环境污染费用。

在本发明中主要考虑热电系统的能量费用部分和环境污染费用部分，并对这两项费用从热电系统的运行参数中分析得出，加以评价。发明主要方案如下：

方案一：

一种供电系统的运行方法，包括：

第一步：基于汽轮机内功率W_i、汽轮机的绝对内效率η_i、锅炉热效率η_b、管道效率η_p、汽轮机机械效率η_m和发电机效率η_g，算出全厂热效率η_cp，其中：

式中：W_i为汽轮机内功率，KJ/h；D_j、D_c分别为各级回热抽汽流量、排气凝汽器的凝气流量，kg/h；Δh_j、Δh_c分别为各级抽汽流、凝汽流在汽轮机中的实际焓降，Kj/kg；Z为回热抽汽级数；

式中：Q₀为汽轮机的热耗量，KJ/h；

η_cp＝η_bη_pη_iη_mη_g

式中：η_b为锅炉热效率、η_p为管道效率、η_m为汽轮机机械效率、η_g为发电机效率；

第二步：基于全厂热效率算出全厂煤耗量B，并根据现货煤价计算出燃料的能量费用C₁：

式中：P_e为汽轮发电机组的电功率，kW；Q_net，ar为热电系统用煤的低位发热量，kJ/kg；

第三步：在线实时监测排烟尾气的烟尘、二氧化硫和氮氧化物的排放情况，确定排烟尾气的主要污染物含量，并根据这些主要污染物的含量以及排污费用征收标准计算排污费用C₂；

第四步：用下式确定热电系统的综合环境评价指标D：

第五步：判断热电系统运行的环境经济性情况，当D值大于第一预定值时，判定此时热电系统运行在超出设计运行费用期间，处于不经济和不环保的状态；

第六步：逐项检查锅炉、管网及泵、过热器或再热器、汽轮机、发电机、冷凝器或换热器、省煤器、尾气处理设备及尾气等项目的运行参数，通过查表与对应参数的设计值或历史参考值进行比较，如果这些运行参数中没有存在超出设计值或历史参考值的预设百分比值以上，保持热电系统正常运行；如果这些参数中存在至少一个的运行参数值超出了设计值或历史参考值的预设百分比值以上，那么把相应参数显示于显示单元中并向报警器发送报警信号，提醒工作人员注意相关部件的状态，并在线或停机检修或更换异常或损坏部件。

第七步：当在线或停机检修或更换异常或损坏部件后，重新从第一步开始进入下一个循环。

方案二：

根据方案1的供电系统的运行方法，所述的综合环境评价指标D和各参数的设计值或历史参考值的预设百分比值可以根据对环境要求不同的地区进行调整设置，如果对环境要求严格可以把上述数值设置的低些，如果对环境要求宽松可以把上述数值设置的高些以降低系统的灵敏度。

方案三：

根据方案1的供电系统的运行方法，在进入下一个循环之前，在中央控制存储器中记录检修部件和检修记录计数器中累计检修次数加1。

方案四

根据方案1的供电系统的运行方法，其中的检修包括在线检修和大修期间的检修。

方案五

根据方案1的供电系统的运行方法，其中可以对环境评价指标D和各参数的设计值或历史值的预设百分比值的偏差范围进行人工设置，例如设置为10％，15％等。

此外，目前，火电厂废气污染主要征收二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)和烟尘3项排污费。冲灰水污染主要征收悬浮物(SS)、化学需氧量(COD)和总砷3项排污费。排污费用按照排放污染物的种类、数量以污染当量计算征收，根据中华人民共和国财政部和国家环境保护总局制定的《排污费征收标准及计算方法》进行污染物费用计算，并且各种污染物的每当量数收费标准可以依据当地法律法规的规定在系统启动前通过参数设置的方式输入中央控制器。

某污染物的污染费用＝该污染物的当量数×每当量数收费标准。

在本发明中主要考虑大气污染排放物的当量数，如果有必要或可能的话也可以将水污染的主要污染物纳入考虑范围。

附图说明

图1是典型的热电系统机组配置图；

图2是热电系统系统费用平衡图；

图3是热电系统实际运行费用评价控制系统图；

图4是热电系统实际运行费用评价及运行方框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本实施例是一种热电厂的运行方法，需要指出的是，本实施例是把热电厂作为本发明中热电系统的一种具体实施方式。

图1表示包括一些汽轮机段的热电厂1，它们针对不同的压力设计。这些汽轮机段串联地安装在共同的轴5上。

为了运行，水在蒸汽锅炉7内加热并通过新汽过热器9产生蒸汽。过热蒸汽作为工作蒸汽通过管路引入高压汽轮机段13，蒸汽在那里膨胀。在高压汽轮机段13中膨胀后，部分蒸汽通过第一联通管14引入再热器15，在那里重新加热，然后引入双流程中压汽轮机段17中。蒸汽在这里再次膨胀，直至规定的、现在较低的压力水平。

接着，在中压汽轮机段17中膨胀到较低压力水平的蒸汽，通过连接的第二联通管21引入同样是双流程低压汽轮机段25中。

通过公共的轴5驱动产生电流的发电机29。膨胀和冷却后离开低压汽轮机段25的蒸汽流入冷凝器31中，它在那里通过将热量传给周围环境而凝结，并作为液态的水收集起来。通过凝结水泵33和预热器35，将水中间储存在给水箱37内，然后通过给水泵39重新供给蒸汽锅炉7。其中预热器35可以是省煤器，经锅炉流出的排气废气再利用和废气处理设备后从烟囱71排出。

在膨胀级后，抽汽管41在高压汽轮机段13膨胀级后，确切地说按流动技术在再热器15前，与高压汽轮机段13连接。通过此抽汽管41为消耗器49从系统抽取所需要的在高压汽轮机段13中膨胀后的蒸汽。

抽汽管41汇入膨胀器43内，膨胀器因而与高压汽轮机段13连接。膨胀器43设计为单独的膨胀汽轮机44，第二发电机45与之连接。抽取的蒸汽在膨胀汽轮机44内部为总系统做功，理想状态膨胀到消耗器49期望的水平(压力，温度)。取代发电机，也可以设置或连接适用的机械能消耗器。

从膨胀汽轮机44将膨胀后的工业用汽经工业用汽管47进一步直接引入消耗器49。它例如设计为燃料处理装置或设计为烟气处理装置。单独的膨胀汽轮机44使用于背压运行。在这种情况下，在膨胀的最后状态点尽可能直接相应于所需要的工业用汽压力，因此膨胀汽轮机44理想地为连接的消耗器49提供需要的压力和温度水平。

此外，可选的是热电厂的供热不仅仅来自于汽轮机乏汽的冷凝回收热，还有可能来自于汽轮机中间级抽汽或直接从锅炉引出的蒸汽进入换热器以向热网供热。在图1所示的示例中仅仅由乏汽冷凝来向热网供热。

图2是热电厂系统费用平衡图。从图中可以看出燃煤热电厂的费用输入主要为用于燃料成本的燃料输入201费用和用于热电厂日常运行的运行费用202，输出的主要费用可以分为热量输出204费用、电能输出205费用和排污输出206费用。当然在此，所说的输入和输出是从能量流的角度来考虑，而实质上，燃料输入费用、运行费用、排污输出费用都需要向外支付费用实现，这些项目是负收入，是成本性支出；而热量输出费用和电能输出费用是热电厂向电网供电和热网供热所得的产品上市回报性收入，应计为正收入。

图3是热电厂实际运行费用评价控制系统示意图。中央控制器303接收来自锅炉7、管网及泵、过热器9、汽轮机13，17，25、发电机29、冷凝器31、省煤器35、尾气处理设备49、尾气等的传感器对这些部件检测所得的参数，中央控制器对这些参数进行处理，并计算出热电厂的实际运行费用，然后用实际运行费用和设计运行费用进行比较，当实际运行费用的数值高于设计运行费用的5％时，对各个部件的参数进行逐个比对和判断，找出低效率或损坏部件，并将相应部件和所对应的参数显示在显示单元205上，向警报器304发送报警信号，警报器报警，提醒工作人员进行检修和维护。

此外，中央控制器接受外部固定参数的输入，例如设计数据参数录入301和例如煤质参数等的数据设置的其它设置302。

图4是热电厂实际运行费用评价及运行方框图，首先在中央控制器上输入设计参数和对系统进行初始化设置401，然后在中央控制器的控制下，从各部件上采集读取远端传感器测量参数402：包括给煤量、排渣量、排渣温度、锅炉给水温度、主蒸汽焓、再热蒸汽焓、抽汽温度、抽汽压力、汽轮机排汽焓、换热器换热量、冷凝器换热量、各管道压力及压损、发电机转速、发电机功率、尾气温度、尾气湿度、尾气含二氧化硫量、尾气含氮氧化物量、尾气烟尘量等；在采集完上述数据后，中央控制器基于数据计算出热电厂能量费用和热电厂环境费用403；再计算出热电厂实际运行费用404，并根据热电厂的实际运行费用计算出热电厂的综合环境评价指标；利用实际的综合环境评价指标来比较热电厂实际运行费用与设计运行费用405；在第406步中判断实际运行费用与设计运行费用的偏离程度，看实际运行费用是否大于设计运行费用的5％；如果实际运行费用是大于设计运行费用的5％，进行运行异常状况判断；在第407步中检查热电厂各个部件的参数，把所述各个部件的参数与相应的设计参数相比较，看实际参数是否偏离出设计参数5％以上；在第408步中，找出异常参数，把相应参数显示于显示单元中并向报警器发送报警信号；在第409步中，在线或停机检修或更换异常或损坏部件；否则保持热电厂运行。

可以理解的是，本领域技术人员可以对上述的指标的偏离程度进行更改设置，例如可以是5％，也可以是10％，15％等，这些设置可以在步骤401中的初始化设置中完成。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (3)

1.一种供电系统的运行方法，包括：

第一步：基于汽轮机内功率W_i、汽轮机的绝对内效率η_i、锅炉热效率η_b、管道效率η_p、汽轮机机械效率η_m和发电机效率η_g，算出全厂热效率η_cp，其中：

$W_i=\underset{j=1}{\overset{z}{\mathrm{\Σ}}}{D}_j{\mathrm{\Δh}}_j+D_c{\mathrm{\Δh}}_c$

式中：W_i为汽轮机内功率，KJ/h；D_j、D_c分别为各级回热抽汽流量、排气凝汽器的凝气流量，kg/h；Δh_j、Δh_c分别为各级抽汽流、凝汽流在汽轮机中的实际焓降，Kj/kg；Z为回热抽汽级数；

${\mathrm{\η}}_i=\frac{W_i}{Q_0}$

式中：Q₀为汽轮机的热耗量，KJ/h；

η_cp＝η_bη_pη_iη_mη_g

式中：η_b为锅炉热效率、η_p为管道效率、η_m为汽轮机机械效率、η_g为发电机效率；

第二步：基于全厂热效率算出全厂煤耗量B，并根据现货煤价计算出燃料的能量费用C₁：

$B=\frac{3600P_e}{{\mathrm{\η}}_{cp}{Q}_{net,ar}}$

式中：P_e为汽轮发电机组的电功率，kW；Q_net，ar为热电系统用煤的低位发热量，kJ/kg；

第三步：在线实时监测排烟尾气的烟尘、二氧化硫和氮氧化物的排放情况，确定排烟尾气的主要污染物含量，并根据这些主要污染物的含量以及排污费用征收标准计算排污费用C₂；

第四步：用下式确定热电系统的综合环境评价指标D：

$D=\frac{C_1+C_2}{P_e}$

第五步：判断热电系统运行的环境经济性情况，当D值大于第一预定值时，判定此时热电系统运行在超出设计运行费用期间，处于不经济和不环保的状态；

第六步：逐项检查锅炉、管网及泵、过热器或再热器、汽轮机、发电机、冷凝器或换热器、省煤器、尾气处理设备及尾气的运行参数，通过查表与对应参数的设计值或历史参考值进行比较，如果这些运行参数中没有存在超出设计值或历史参考值的预设百分比值以上，保持热电系统正常运行；如果这些参数中存在至少一个的运行参数值超出了设计值或历史参考值的预设百分比值以上，那么把相应参数显示于显示单元中并向报警器发送报警信号，提醒工作人员注意相关部件的状态，并对异常部件进行检修；

第七步：当检修后，重新从第一步开始进入下一个循环。

2.根据权利要求1的供电系统的运行方法，在进入下一个循环之前，在中央控制存储器中记录检修部件和检修记录计数器中累计检修次数加1。

3.根据权利要求1的供电系统的运行方法，其中的检修包括在线检修和大修期间的检修。