武 宇

（國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京100095）

1 前言

燃煤電站采用空冷系統(tǒng)是解決富煤貧水矛盾的有效措施，要大力發(fā)展直接空冷機(jī)組、提高其經(jīng)濟(jì)性，就要在節(jié)水的同時(shí)，盡可能地降低煤耗。宋之平教授以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，提出單耗分析理論［1，2］。所謂單耗是指生產(chǎn)單位產(chǎn)品所消耗的燃料和資金費(fèi)用，前者稱為燃料單耗，以b表示，后者稱為產(chǎn)品的費(fèi)用單耗，簡(jiǎn)稱“成本”，以c表示。本文將燃煤電廠直接空冷機(jī)組作為研究對(duì)象，分析其能耗分布和成本單耗，并與相同類型濕冷機(jī)組進(jìn)行比較，對(duì)于指導(dǎo)燃煤電廠直接空冷機(jī)組節(jié)能降耗具有重要意義。

2 直接空冷機(jī)組單耗分析數(shù)學(xué)模型

任何能量系統(tǒng)，其產(chǎn)品的單耗都包括兩部分：一是理論最低單耗；一是為生產(chǎn)此產(chǎn)品而需付出的設(shè)備的附加單耗［3］。

式中，bmin＝ep/ef為產(chǎn)品的理論最低燃料單耗；∑bi為附加單耗之和。ef，ep分別為燃料和產(chǎn)品的比；P為產(chǎn)品產(chǎn)量；BS為標(biāo)準(zhǔn)煤耗量；∑Bi為系統(tǒng)各環(huán)節(jié)耗損對(duì)應(yīng)的附加燃料消耗之和。

3 直接空冷機(jī)組與濕冷機(jī)組煤耗計(jì)算結(jié)果及對(duì)比分析

本文分別對(duì)600MW直接空冷凝汽式汽輪機(jī)組和沖動(dòng)凝汽式濕冷汽輪機(jī)組進(jìn)行了單耗計(jì)算。其中，直接空冷機(jī)組共有7段非調(diào)整抽汽，分別供給三臺(tái)高壓加熱器，一臺(tái)除氧器和三臺(tái)低壓加熱器，各級(jí)加熱器疏水逐級(jí)自流。濕冷機(jī)組共有8段非調(diào)整抽汽，分別供給三臺(tái)高壓加熱器，一臺(tái)除氧器和四臺(tái)低壓加熱器，各級(jí)加熱器疏水逐級(jí)自流。直接空冷機(jī)組和濕冷機(jī)組主要參數(shù)對(duì)比表如表1。

根據(jù)單耗分析數(shù)學(xué)模型，求得600MW亞臨界直接空冷機(jī)組和濕冷機(jī)組設(shè)計(jì)工況的能耗分布，結(jié)果如表2所示。

表1 額定工況直接空冷機(jī)組和濕冷機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比

表2 600MW亞臨界直接空冷機(jī)組和濕冷機(jī)組設(shè)計(jì)工況的能耗分布對(duì)比

由表2可知：

3.1 能耗分布：與濕冷機(jī)組相比，直接空冷機(jī)組發(fā)電煤耗高出10.59g/kWh；其中凝汽器的附加單耗較濕冷機(jī)組多7.34g/kWh，主要原因是空冷汽輪機(jī)的排汽壓力高，排汽溫度升高，凝汽器換熱溫差增加，火用損增大，附加單耗增加，導(dǎo)致煤耗增多。鍋爐附加單耗比濕冷機(jī)組高4.47g/kWh，主要原因是直接空冷機(jī)組主蒸汽流量大，燃料消耗量大，不可逆燃燒和不等溫傳熱增加，火用損增大，附加單耗增大。低壓缸附加單耗比濕冷機(jī)組低1.63g/kWh，主要原因是空冷機(jī)組汽輪機(jī)排汽壓力高，排汽焓升高，排汽干度大，火用損減小，附加單耗減小。

3.2 直接空冷機(jī)組采用電動(dòng)給水泵，濕冷機(jī)組采用汽動(dòng)給水泵，直接空冷機(jī)組廠用電率較濕冷機(jī)組高2.5%，因此，直接空冷機(jī)組的供電煤耗較濕冷機(jī)組高19.8g/kWh。

4 直接空冷機(jī)組成本單耗模型［4］

設(shè)Cf為在一個(gè)時(shí)間段τ內(nèi)煤耗的總費(fèi)用，Cw為在一個(gè)時(shí)間段τ內(nèi)水耗的總費(fèi)用，不考慮折合到同一時(shí)間段內(nèi)的固定費(fèi)用（包括設(shè)備的費(fèi)用、債務(wù)的利息支付和長(zhǎng)期工作人員的工資等），若在該時(shí)間段所生產(chǎn)的產(chǎn)品為W，則為生產(chǎn)W消耗的成本單耗為C＝Cf＋Cw。

4.1 理論最低成本

4.2 附加成本

在實(shí)際能量系統(tǒng)中，每個(gè)子系統(tǒng)I的存在和運(yùn)行都在成本中體現(xiàn)著一定的附加費(fèi)用，構(gòu)成理論最低成本以外的附加成本。燃煤電廠直接空冷機(jī)組的附加成本，包括附加煤耗成本和附加水耗成本。子系統(tǒng)的煤耗附加成本用cFI表示，水耗附加成本用cWI。

綜上所述：產(chǎn)品的成本單耗模型為：c＝cmin＋cFI＋cWI

5 案例分析

本文將結(jié)合600MW亞臨界直接空冷凝汽式汽輪機(jī)組和沖動(dòng)凝汽式濕冷汽輪機(jī)組試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行成本單耗計(jì)算，得出煤耗和水耗的定量關(guān)系，發(fā)展以全新的定量指標(biāo)為準(zhǔn)則的計(jì)算方法，為分析燃煤電廠直接空冷機(jī)組單耗奠定了基礎(chǔ)。由前面計(jì)算結(jié)果可知：空冷供電煤耗率約為324.85g/kWh，濕冷煤耗率約為305.05g/kWh，根據(jù)文獻(xiàn)可知：一般600MW亞臨界直接空冷機(jī)組水耗率為0.52 kg/kWh，水冷機(jī)組水耗率為 1.91 kg/kWh，北方富煤貧水地區(qū)商業(yè)用水單價(jià)為 6.8 RMB/t，標(biāo)準(zhǔn)煤?jiǎn)蝺r(jià)為 500～700 RMB/t，因此，成本單耗模型，得出直接空冷機(jī)組和水冷機(jī)組除固定成本以外，每度電所需煤耗和水耗的成本。結(jié)果如表3所示。

表3 直接空冷機(jī)組和濕冷機(jī)組成本對(duì)比分析

由表3可知：

（1）直接空冷機(jī)組由于以環(huán)境空氣作為汽輪機(jī)排汽的冷卻介質(zhì)，與濕冷機(jī)組相比，沒有冷卻塔蒸發(fā)、風(fēng)吹及排污損失，比水冷機(jī)組節(jié)約了大量循環(huán)系統(tǒng)耗水量，600MW直接空冷機(jī)組比同容量濕冷機(jī)組節(jié)水75%。由于排汽壓力很高，發(fā)電煤耗率較濕冷機(jī)組高，以高煤耗為代價(jià)獲得低水耗。600MW亞臨界直接空冷機(jī)組與相同類型的濕冷機(jī)組相比，供電煤耗高出約20g/kWh。

（2）成本比較：不考慮設(shè)備的費(fèi)用、債務(wù)的利息支付和長(zhǎng)期工作人員的工資等固定費(fèi)用，僅考慮煤耗和水耗的成本。由于貧煤富水地區(qū)煤價(jià)較低，水價(jià)較高，按照成本單耗分析模型，取水價(jià)為 6.8RMB/t，煤價(jià)在 700～500RMB/t，直接空冷機(jī)組成本較濕冷機(jī)組成本稍高，且隨標(biāo)煤價(jià)格降低成本降低。

6 結(jié)束語

本文將燃煤電廠直接空冷機(jī)組作為研究對(duì)象，建立燃料單耗模型和成本單耗模型，利用該模型進(jìn)行案例計(jì)算，并與相同類型濕冷機(jī)組對(duì)比，分析其能耗分布和成本單耗。得到結(jié)論如下：（1）能耗分布：與濕冷機(jī)組相比，直接空冷機(jī)組供電煤耗高 19.8g/kWh，發(fā)電煤耗高出 10.59g/kWh。其中凝汽器的附加單耗較濕冷機(jī)組多7.34g/kWh；鍋爐附加單耗比濕冷機(jī)組高4.47g/kWh；低壓缸附加單耗比濕冷機(jī)組低1.63g/kWh；（2）成本比較：不考慮設(shè)備的費(fèi)用、債務(wù)的利息支付和長(zhǎng)期工作人員的工資等固定費(fèi)用，僅考慮煤耗和水耗的成本。由于貧煤富水地區(qū)煤價(jià)較低，水價(jià)較高，按照成本單耗分析模型，直接空冷機(jī)組成本較濕冷機(jī)組成本稍高，且隨標(biāo)煤價(jià)格降低成本降低。