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汽電共生系統在 石化廠的操作與調度

經濟部九十二年節約能源 績優廠商觀摩會. 汽電共生系統在 石化廠的操作與調度. 林園石化廠公用組 黃建輝 經理 92 年 03 月 21 日. 69. 報告內容. 本廠合格汽電共生系統簡介 石化廠的汽電系統特性 汽電系統調度最適化 能源使用效率提昇操作 本組重大節約能源改善案 結論. 70. 本廠合格汽電共生系統簡介. 五座高壓蒸汽鍋爐生產蒸汽供應煉製工場及發電機發電（先發電式汽電共生）。 背壓式發電機配合煉製工場蒸汽需求，全載發電。 冷凝式發電機組，視發電成本機動調整。 配合廠內解聯機制，穩定工場電量需求為主。

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汽電共生系統在 石化廠的操作與調度

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  1. 經濟部九十二年節約能源 績優廠商觀摩會 汽電共生系統在 石化廠的操作與調度 林園石化廠公用組 黃建輝 經理 92年03月21日 69

  2. 報告內容 • 本廠合格汽電共生系統簡介 • 石化廠的汽電系統特性 • 汽電系統調度最適化 • 能源使用效率提昇操作 • 本組重大節約能源改善案 • 結論 70

  3. 本廠合格汽電共生系統簡介 • 五座高壓蒸汽鍋爐生產蒸汽供應煉製工場及發電機發電（先發電式汽電共生）。 • 背壓式發電機配合煉製工場蒸汽需求，全載發電。 • 冷凝式發電機組，視發電成本機動調整。 • 配合廠內解聯機制，穩定工場電量需求為主。 • 發電量除自給自足外，依時間電價躉售台電餘電，必要時調整冷凝式發電機發電量，作尖、離峰調度，使燒燃油及LNG汽電機組仍有利潤。 71

  4. 林園石化廠汽電共生系統 蒸汽總產量 695 T/H 總發電 70 MW 外購電 0 MW 外售電 12 MW 四輕組 15 T/H 熱電比：475:70=6.8 MT/Hr/MW 蒸汽備載量 120 T/H 三輕組(22) 15 T/H 110 Kg/cm2 三輕組 70 T/H F-401 #22鍋爐 #12鍋爐 #15鍋爐 #16鍋爐 #19鍋爐 60 T/H 110 T/H 120 T/H 120 T/H 120 T/H 250 T/H 30MW 8MW 8 MW 6.0MW 6.0MW 冷凝量： 85 T/H 中壓集汽槽 20 Kg/cm2 12MW 芳一組 芳二組 芳三組 三輕組 四輕組 四輕 丁二烯 北區 燃燒塔 自用 李長榮 東聯 含四芳 10 T/H 5 T/H 製程中壓蒸汽耗用量： 400 T/H 冷凝量： 60 T/H 72

  5. 蒸汽、冷凝水系統與使用場合 73

  6. 發電系統 • 本廠為合格汽電共生廠 • 保證躉售電量12,000KW ，備用電力22,000KW ，離峰契約22,000KW • 有效熱能：80%~84.7% 總效率：66~75 % • 裝置容量：共95 MW： (背壓式40 MW ，抽汽冷凝式40 MW ，全冷凝式15 MW) • 尖離峰調度量 • 尖、半尖峰發電外售(多發電、不買電) • 離峰時段購電(電價便宜，少發電、多買電) 74

  7. 石化廠內汽電共生系統的特性 • 蒸汽系統： • 開、停爐期間蒸汽用量比正常操作時期差異很大。(相差約 220 T/Hr) • 蒸汽的穩定供應比發電量多寡更重要；蒸汽供應有不足之虞時，必須犧牲發電量。 • 公用系統的不穩定會使石化廠製程不穩定造成公用系統加速惡化,尤其在單獨運轉時。 • 製程蒸汽需求較多，有效熱能產出多，總效率較高。 • 各級能源盡量充分利用，供需平衡需兼顧。 • 運轉需兼顧燃燒效率與污染控制 75

  8. 電力系統 • 電力負載曲線幾成直線。 • 解聯系統成功與否端視台電供電故障嚴重程度與蒸汽平衡情形而定 • 煉製工場以工安與操作穩定為主，電力負載管理和卸載策略功能不大。 • 在蒸汽穩定供應下，買、賣電依時間電價作經濟調度，爭取最大利益。 • 電力系統有崩潰疑慮時，自發電系統仍需盡量供應公用系統供電，讓工場安全停爐。 • 需有周全、有效的解聯自保策略 76

  9. 本廠解聯自保策略 • 制訂解聯策略 • 依照低頻、低電壓、頻率變動率( df/dt)、方向性過電流(67)等條件組合成解聯邏輯。 • 選擇解聯點與自保範圍 • 設置內部、外部解聯範圍以提高可靠度 • 設定解聯條件並取得協調 • 卸載回路與條件之設定 • 依工場停爐對工安環保之衝擊性，制訂6段卸載回路。 • 獨立運轉期間依照蒸汽、發電平衡關係所反應到系統頻率作為卸載條件。 77

  10. 本廠解聯自保策略(續) • 定期分析暫態穩定度與保護協調檢討 • 委託中山大學電機所：陳朝順博士研究暫 態穩定度分析與保護協調。 • 90.07.03林園工業區電力故障，本廠解聯 • 成功。 • MCC保護設定與多電源回路配置 • 委託中山大學電機所：劉承宗博士針對四 輕 MCC保護設定研究 78

  11. 油園一線 油園二線 外部解聯點 CB600 CB620 CB610 69/11.4 KV CB750 CB760 CB770 內部解聯點 #1變壓器 #2變壓器 D BUS C BUS 變壓器 …… …… NO 煉製負載 煉製負載 HV-TIE H1 A BUS B BUS …… …… HA3 NO HB3 煉製負載 煉製負載 G #22鍋爐 #12 #16 G #15 #19 G G G #22 H201 H101 #16鍋爐 #12鍋爐 #19鍋爐 #15鍋爐 B BUS A BUS …… …… NO 公用負載 公用負載 79

  12. #22發電機 供應全廠 電力需求 林園石化廠電力系統 解聯後獨立運轉 單線圖 CB610 Bus 1 69 KV CB600 NC CB620 CB750 CB760 CB770 黃色為分段卸載點 2 3 4 5 A C B D Bus 6 11.4 KV HA2 HC2 Bus 7 11.4 KV Bus 8 11.4 KV HB2 HD2 Bus 9 11.4 KV HB5 HB3 HB4 HB8 HB7 HB6 HB9 HA9 HA4 HA6 HA8 HA7 HA5 HA3 HC4 HC5 HC7 HC8 HC9 HC3 HD4 HD5 HD7 HD8   3500KW 3500KW 備用配電 8HB 3H10 4H8 3H8 4H6 1H9 2H7 10HB 6H8 8H2 備用配電 2H5 10HA 11H4 1H1    Air Center C-653/654  1700KW 3000KW 1200KW 3000KW H101 Bus24 11.4 KV H401 H201 H301 Bus25 11.4 KV H1 H1 H1 H1 H4 H5 H2 H3 H2 H3 H2 H3 H2 6H7 9H4 5H1 6H4 7H1 9H8 11H7 7H10 5H12 #12 Boiler #15 Boiler #22 Boiler #19 Boiler #16 Boiler 11H01 G19 G15 G16 G12 G22 80

  13. 汽電系統調度最適化 • 曾與工研院能資所朱耀東博士等合作研究：蒸汽調度及發電負載調度最適化系統 • 馬達與Turbine驅動設備依操作成本、低壓蒸汽過剩排放與否機動調整運轉模式 • Fuel Oil與NG使用量依最低成本切換 • 工研院更擴充功能為能源管理監控技術示範， 在網路可以運用。網址為http://emcs.erl.itri.org.tw/content/system1.htm# 81

  14. 汽電系統調度最適化(續) • 正與本公司煉研所與英國曼特斯徹大學製程整 合研究所研究汽電系統操作最佳化 • 依鍋爐、汽機效率曲線調度負載量 • 鍋爐煙囪排放溫度管制，改善燃燒效率 • 低壓蒸汽回收 • 利用Deaerator回收過剩排放的低壓蒸汽 • 設置吸收式冰水機，充分利用低壓蒸汽能源。 • 與工研院化工所盧贊生博士合作研究 • 冷凝水回收效率提升 82

  15. 能源使用效率提昇操作 • 結合PI系統管理使用效率： • 分享資訊給煉製工場、及時追蹤異常狀況 • 過剩空氣(Ex. O2) 、鍋爐效率追蹤管制。 • 各公用物料質量平衡率追蹤。 • APH使用與管理。 • 以紅外線儀器檢測追蹤蒸汽管線保溫狀況，減少熱能損失。 • 蒸汽袪水器檢修管理追蹤。 83

  16. 能源使用效率提昇操作(續) • 維持能源使用效率下作經濟效益操作 • 降低成本，增加收入 • 調整燃料種類(NO.6 OIL、NG、PFO) • 蒸汽收入：外售李長榮、東聯 • 售電收入：依時間電價調整餘電躉售量 • 汰換老舊、效率低之設備 • 汰換汽電共生計劃執行中 84

  17. 鍋爐效率-出入熱法 85

  18. 鍋爐效率-熱損法 86

  19. 蒸汽最適化分析系統 87

  20. 蒸汽最適化調度後 88

  21. 蒸汽最適化調度前 89

  22. 實例介紹 鍋爐負載調度 本例共有四座鍋爐，輸入項目為鍋爐之蒸汽量，按最適化鍵即可算出各鍋爐在最適化後之蒸汽量。例如所需蒸汽量為400 T/Hr，若以平均分配方式，則每座鍋爐為100 T/Hr，成本為180 KNT$/Hr，若經由最適化計算則各鍋爐之蒸汽量分別為100, 90, 119及91，此時所需之成本降為177 KNT$/Hr，所節省之成本為3 KNT$/Hr，相當於節省成本 1.67%。 (中油林園廠鍋爐最適化調度系統) 90

  23. 單獨運轉-系統頻率及#22G發電量變化圖 與台電系 統並聯 與台電系 統解聯 蒸汽量不足，執行5段卸載 91

  24. Dpiumist主畫面 92

  25. Dpiumist系統條件 93

  26. Dpiumist輸出結果 94

  27. http://emcs.erl.itri.org.tw/content/system1.htm# 能源管理監控技術示範 95

  28. 96

  29. 離峰購電、半尖峰、尖峰售電 97

  30. 本組重大節約能源改善案 98

  31. 蒸汽管線紅外線熱影像保溫測試 99

  32. 低壓蒸汽回收 100

  33. 結 論 • 石化廠對電力品質要求甚高，一有電壓降，可能使煉製工廠跳車，製程品排放Flare，不但造成金錢損失，環境重大污染，甚至居民圍廠抗爭要求遷廠、關廠的事件。汽電共生系統適合解決此一問題。 • 石化製程蒸汽使用量多，熱電比率高，較適合整場效率高的背壓式機組。 • 如何最適化運轉，及提高能源使用效率是業界最關切的課題。 101

  34. 結 論 (續) • 燒油、氣的汽電廠要有運轉績效，除 盡量減少冷凝量外，尖、離峰經濟調度 發電量的執行要確實。 • 各級蒸汽供需的平衡，影響整場效率， 建立監控系統，適時調整馬達、 Turbine及減少過剩低壓蒸汽排放，邁 向最適化運轉。 • 適時尋求工研院、汽電共生協會專家的 協助，解決問題。 102

  35. 敬 請 批 評 指 教 石化事業部 103

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