直接空冷與濕冷機組能耗分布與成本分析比較

武 宇

（國核電力規(guī)劃設計研究院，北京100095）

1 前言

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

2 直接空冷機組單耗分析數學模型

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

式中，bmin＝ep/ef為產品的理論最低燃料單耗；∑bi為附加單耗之和。ef，ep分別為燃料和產品的比；P為產品產量；BS為標準煤耗量；∑Bi為系統各環(huán)節(jié)耗損對應的附加燃料消耗之和。

3 直接空冷機組與濕冷機組煤耗計算結果及對比分析

本文分別對600MW直接空冷凝汽式汽輪機組和沖動凝汽式濕冷汽輪機組進行了單耗計算。其中，直接空冷機組共有7段非調整抽汽，分別供給三臺高壓加熱器，一臺除氧器和三臺低壓加熱器，各級加熱器疏水逐級自流。濕冷機組共有8段非調整抽汽，分別供給三臺高壓加熱器，一臺除氧器和四臺低壓加熱器，各級加熱器疏水逐級自流。直接空冷機組和濕冷機組主要參數對比表如表1。

根據單耗分析數學模型，求得600MW亞臨界直接空冷機組和濕冷機組設計工況的能耗分布，結果如表2所示。

表1 額定工況直接空冷機組和濕冷機組設計參數對比

表2 600MW亞臨界直接空冷機組和濕冷機組設計工況的能耗分布對比

由表2可知：

3.1 能耗分布：與濕冷機組相比，直接空冷機組發(fā)電煤耗高出10.59g/kWh；其中凝汽器的附加單耗較濕冷機組多7.34g/kWh，主要原因是空冷汽輪機的排汽壓力高，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，導致煤耗增多。鍋爐附加單耗比濕冷機組高4.47g/kWh，主要原因是直接空冷機組主蒸汽流量大，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組低1.63g/kWh，主要原因是空冷機組汽輪機排汽壓力高，排汽焓升高，排汽干度大，火用損減小，附加單耗減小。

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

4 直接空冷機組成本單耗模型［4］

設Cf為在一個時間段τ內煤耗的總費用，Cw為在一個時間段τ內水耗的總費用，不考慮折合到同一時間段內的固定費用（包括設備的費用、債務的利息支付和長期工作人員的工資等），若在該時間段所生產的產品為W，則為生產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

在實際能量系統中，每個子系統I的存在和運行都在成本中體現著一定的附加費用，構成理論最低成本以外的附加成本。燃煤電廠直接空冷機組的附加成本，包括附加煤耗成本和附加水耗成本。子系統的煤耗附加成本用cFI表示，水耗附加成本用cWI。

綜上所述：產品的成本單耗模型為：c＝cmin＋cFI＋cWI

5 案例分析

本文將結合600MW亞臨界直接空冷凝汽式汽輪機組和沖動凝汽式濕冷汽輪機組試驗數據進行成本單耗計算，得出煤耗和水耗的定量關系，發(fā)展以全新的定量指標為準則的計算方法，為分析燃煤電廠直接空冷機組單耗奠定了基礎。由前面計算結果可知：空冷供電煤耗率約為324.85g/kWh，濕冷煤耗率約為305.05g/kWh，根據文獻可知：一般600MW亞臨界直接空冷機組水耗率為0.52 kg/kWh，水冷機組水耗率為 1.91 kg/kWh，北方富煤貧水地區(qū)商業(yè)用水單價為 6.8 RMB/t，標準煤單價為 500～700 RMB/t，因此，成本單耗模型，得出直接空冷機組和水冷機組除固定成本以外，每度電所需煤耗和水耗的成本。結果如表3所示。

表3 直接空冷機組和濕冷機組成本對比分析

由表3可知：

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

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

6 結束語

本文將燃煤電廠直接空冷機組作為研究對象，建立燃料單耗模型和成本單耗模型，利用該模型進行案例計算，并與相同類型濕冷機組對比，分析其能耗分布和成本單耗。得到結論如下：（1）能耗分布：與濕冷機組相比，直接空冷機組供電煤耗高 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組多7.34g/kWh；鍋爐附加單耗比濕冷機組高4.47g/kWh；低壓缸附加單耗比濕冷機組低1.63g/kWh；（2）成本比較：不考慮設備的費用、債務的利息支付和長期工作人員的工資等固定費用，僅考慮煤耗和水耗的成本。由于貧煤富水地區(qū)煤價較低，水價較高，按照成本單耗分析模型，直接空冷機組成本較濕冷機組成本稍高，且隨標煤價格降低成本降低。