火電機組中基于反平衡法下日均供電煤耗的計算模型
2015-04-29 00:00:00李志剛
【摘 要】目前國家規(guī)定的火力發(fā)電企業(yè)供電煤耗標準為正平衡法，但由于煤質(zhì)不穩(wěn)定、皮帶秤計量誤差大等因素影響，測試結(jié)果往往和實際值偏差較大。本文以反平衡法為基礎，結(jié)合數(shù)學函數(shù)分析法，推導出日均供電煤耗計算模型。為驗證該計算模型的準確性，以某電廠600MW空冷機組為例，借助于性能試驗測試手段，計算出統(tǒng)計期內(nèi)的日均修正后供電煤耗值。該計算模型解決了當前火力發(fā)電廠普遍存在的難點問題，為財務統(tǒng)計、成本統(tǒng)計和審核審計等工作提供可靠前提。
【關鍵詞】供電煤耗；反平衡法；計算模型；正平衡法；日均供電煤耗
0.引言
火力發(fā)電廠經(jīng)濟效益的一個重要經(jīng)濟指標是供電煤耗，它是指火力發(fā)電廠每向外提供1kwh電能平均耗用的標準煤量，它是按照電廠最終產(chǎn)品供電量計算的消耗指示，是國家對火電廠的重要考核指標之一。
根據(jù)計算方法的不同供電煤耗分為正平衡供電煤耗和反平衡供電煤耗兩種方法[1]。國家規(guī)定火力發(fā)電企業(yè)供電煤耗標準，應為采用正平衡供電煤耗方法計算的數(shù)值；反平衡供電煤耗僅作為正平衡供電煤耗的參比修正和機組真實能耗水平的參考。
實際上，正平衡供電煤耗方法最大受限于統(tǒng)計期內(nèi)發(fā)電用總煤量無法準確計量，主要有兩個因素制約：（1）統(tǒng)計期內(nèi)煤質(zhì)無法保持穩(wěn)定不變，對折算標煤量的計算帶來誤差；（2）皮帶秤的測量誤差較大。因此，往往出現(xiàn)電廠上報供電標準煤耗和實際偏差很大，甚至達到10g/kwh以上，對于反平衡供電煤耗方法，由于其前提條件是穩(wěn)定工況，因此能反映供電煤耗以及其它小指標的真實水平。而電廠實際運行中，往往存在負荷波動、煤質(zhì)變化、環(huán)境溫度變化等因素，日均供電煤耗無法運用反平衡法準確定量分析。簡言之，反平衡供電煤耗法只適用于靜態(tài)過程，不適用于動態(tài)過程。
因此，如何準確定量日均供電煤耗，是當前火力發(fā)電廠普遍存在的難點問題。筆者借用性能試驗測試手段，結(jié)合反平衡法以及數(shù)學分析給出日均供電煤耗計算的通用方法。
1.試驗計算模型
1.1正平衡供電煤耗計算公式
正平衡供電煤耗計算公式：
b=∑B/∑N （1）
其中：b為供電煤耗，單位g/kwh，∑B為統(tǒng)計期內(nèi)發(fā)電用總煤量（折算標煤后），∑N為統(tǒng)計期內(nèi)總供電量。
從公式（1）中可以看出，無論是統(tǒng)計日均、月均甚至年均供電煤耗，理論上只要煤量和供電量計量準確、煤質(zhì)穩(wěn)定，正平衡法都很容易實現(xiàn)。
但是，正如前文所言，實際上統(tǒng)計期內(nèi)煤質(zhì)不穩(wěn)定和煤量計量誤差很大，因此（1）式計算的統(tǒng)計期內(nèi)供電煤耗和實際值有較大的偏差。
1.2反平衡供電煤耗計算公式
反平衡供電煤耗計算公式：
b=HR/（29308×η×η）×10 （2）
其中：HR為汽輪機熱耗率，單位kJ/kwh；η為鍋爐效率，單位%； η為管道效率，單位%。
標煤發(fā)熱量通常按照下面公式計算：
29308（kJ/kg）=7000（kca1/kg）×4.1868（kJ/kca1） （3）
我國定義的標煤熱值為7000kcal/kg，因此將卡換算成焦耳時，行標和國標的換算公式有所不同，電力企業(yè)行標：
7000（kca1/kg）=7000×4.1816（kJ/kca1）=2927（kJ/kg）
現(xiàn)行國標：
7000（kca1/kg）=7000×4.1868（kJ/kca1）=29308（kJ/kg）
本文中，所有標煤發(fā)熱量的計算采用國標方法。性能試驗標準中要求運用反平衡法計算供電煤耗，由于邊界條件嚴格界定，公式（2）計算出的結(jié)果精度滿足試驗要求。
1.3日均供電煤耗計算模型
公式（2）中，管道效率按新舊機組分別取99%和98.5%，汽輪機熱耗率和鍋爐效率的計算需要穩(wěn)定的負荷、熱力系統(tǒng)邊界條件和單一煤種的前提，而正常運行機組一天內(nèi)要滿足這些條件基本不可能。
上文敘述了國家規(guī)定的正平衡計算供電煤耗方法往往誤差很大。反平衡在試驗邊界條件下精度能夠滿足，但計算出的是穩(wěn)定負荷下對應的供電煤耗，而實際機組運行負荷一天內(nèi)波動很大，因此反平衡法下日均供電煤耗無法簡單地計算。
機組跟AGC運行負荷曲線主要分成兩部分：定負荷運行時間段和變負荷運行時間段。對定負荷運行時間段，其平均供電煤耗即為對應負荷點 的供電煤耗，這里記為 。
而對變負荷運行時間段，由于變負荷速率δ一定，其負荷斜線上的斜率的絕對值是不變的，這里記斜率k=60δ，因此變負荷運行時的負荷Nj和時間有以下關系：
N（t）=（±60δ）t+b （4）
其中，b為變負荷斜線方程的截距。再得出負荷和時間的關系式后，下面給出變負荷運行時間段的平均煤耗率bj計算公式：
b=（b（N（t））d）/（t-t） （5）
其中，t1為變負荷運行時間段結(jié)束時間，t2為變負荷運行時間段起始時間。
供電煤耗隨負荷變化曲線由性能試驗得出，并結(jié)合上述推導結(jié)果，得出日均供電煤耗be計算模型如下式（6）：
b=b+（b（N（t））d）
（t
-t） （6）
其中，△t為某一定負荷時間段時長，單位h；△t為某一變負荷時間段時長，單位h；n和m分別定負荷時間段和變負荷時間段個數(shù)。
2.實例計算
為了驗證日平均供電煤耗計算模型的精度，本文借助于某發(fā)電廠600MW空冷機組性能試驗[2]，通過試驗結(jié)果擬合機組供電煤耗隨負荷變化曲線，并結(jié)合計算模型（6）式求出統(tǒng)計期內(nèi)的日均供電煤耗率。最后，和正平衡計算的日均供電煤耗作對比。
某發(fā)電廠#7、#8機組主要有兩種上網(wǎng)方式：AGC和AEC，跟AGC運行負荷較為平穩(wěn)，而跟AEC運行負荷波動較大。下文以AGC運行方式為例，考慮升/降負荷速率6MW/min，介紹日平均供電煤耗的計算。
2.1供電煤耗隨負荷變化關系式
本文目的是驗證日平均供電煤耗計算模型的精度，因此只計算某電廠#8機組的日均供電煤耗。下面按性能試驗[3]得出的供電煤耗率隨負荷變化曲線給出#8機組修正供電煤耗隨負荷變化的關系式：
b（N）=-0.00000000588N+0.00000872216N
-0.0045725655N+0.895N+293.05 （7）
2.2日平均供電煤耗的計算
為了便于分析，本文中只考慮機組設備、系統(tǒng)運行正常，負荷變化較為平緩[4]。下圖1為#8機組某一天在AGC指令下的運行負荷曲線：
通過上面的公式計算出#8機組負荷率72%時對應的日均供電煤耗（修正后）為324.80g/kWh。
按同樣地方法計算統(tǒng)計期內(nèi)的另外四天的日均供電煤耗：負荷率分別為77%、74%、68%、81%，修正后供電煤耗為323.47g/kWh、323.82g/kWh、325.75g/kWh、322.60g/kWh。
2.3機組實際供電煤耗換算
上節(jié)按計算模型給出了統(tǒng)計期內(nèi)的修正后日均供電煤耗，若要知道機組實際供電煤耗，并按照下表計算各指標（參數(shù)）偏離設計值影響的供電煤耗，計算其總和并和修正后供電煤耗相加即為機組實際供電煤耗。
考慮#8機組實際運行狀況，并結(jié)合表1[5]所提供的分析方法，計算出統(tǒng)計期內(nèi)實際供電煤耗為：327.12g/kWh、326.06g/kWh、325.71g/kWh、327.90g/kWh、324.52g/kWh。
2.4和正平衡測試結(jié)果進行對比
某發(fā)電廠在統(tǒng)計期內(nèi)正平衡測試的供電煤耗分別為：332.56g/kWh、320.11g/kWh、316.28g/kWh、335.45g/kWh、327.35g/kWh。上文敘述統(tǒng)計期內(nèi)五天的負荷率相差不大，但正平衡計算的供電煤耗最大竟相差19.18g/kWh，而且負荷率最大的一天供電煤耗并非最低?？梢?，國家規(guī)定火力發(fā)電企業(yè)供電煤耗標準并非合適的方法，除非統(tǒng)計期內(nèi)煤質(zhì)非常穩(wěn)定、皮帶秤測量精度嚴格達到計量要求。
3.結(jié)論
本文給出了基于反平衡法下日均供電煤耗的計算模型，并借助于性能試驗手段測試的火電機組供電煤耗隨負荷變化曲線，計算出某電廠#8機組統(tǒng)計期內(nèi)實際供電煤耗。通過和國家規(guī)定的正平衡測試結(jié)果進行比對，準確度得到很大程度的提升。同時，本文還提出將計算模型得到的修正后供電煤耗轉(zhuǎn)換為實際供電煤耗的方法，最大限度地實現(xiàn)了理論聯(lián)系實際，有更廣泛的實用性。最后，該計算模型解決了當前當前火力發(fā)電廠普遍存在的難點問題，為財務統(tǒng)計、成本統(tǒng)計和審核審計等工作提供可靠前提。
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