1000MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組燃煤熱值變化對(duì)發(fā)電成本的影響

肖國軍 金樹林

摘 要：火力發(fā)電是電力能源運(yùn)用的重要方式，也是我國高速發(fā)展的國民經(jīng)濟(jì)背景下重要的事業(yè)?；鹆Πl(fā)電主要通過火力到電力的轉(zhuǎn)換，在其工作過程中，火電機(jī)組是最重要的組成部分。在可持續(xù)發(fā)展的要求下，推進(jìn)火力發(fā)電機(jī)組的優(yōu)化運(yùn)行，成為廣大火力發(fā)電廠必須關(guān)注的問題。本文立足于當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的1000MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組，以其燃煤熱值為切入點(diǎn)，分析了1000MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組燃煤熱值對(duì)于發(fā)電成本所產(chǎn)生的影響，以期為火力發(fā)電廠優(yōu)化能源應(yīng)用、提高綜合效益提出參考。

關(guān)鍵詞：超超臨界;火力發(fā)電機(jī)組;燃煤熱值;發(fā)電成本

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）14-0149-02

0 引言

火力發(fā)電歷來是我國一種重要的發(fā)電方式，是保障充足穩(wěn)定電力供應(yīng)的基礎(chǔ)，尤其是其中一些高參數(shù)、大容量的發(fā)電設(shè)備更是發(fā)揮著重要的作用，在國家的現(xiàn)代化進(jìn)程中占據(jù)著極其重要的地位。但是在新時(shí)期，隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的落實(shí)，火力發(fā)電機(jī)組的能耗過大問題也亟待解決。我國火力發(fā)電的燃料主要為煤炭，因此發(fā)電機(jī)組的燃煤熱值與發(fā)電成本具有十分緊密的關(guān)系。對(duì)于1000MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組來說，如果發(fā)電量的總目標(biāo)相對(duì)固定，那么其在消耗成本的控制方面具有不可替代的優(yōu)勢，但是在新時(shí)期如何更加深入地提高煤炭資源的利用效率仍然值得深入探索，這不僅對(duì)于企業(yè)優(yōu)化成本控制具有重要意義，也有利于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展背景下的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境等綜合效益。

1 研究背景

在現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程持續(xù)深入的背景下，電力資源已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)中的核心資源，對(duì)于保障社會(huì)化生產(chǎn)的穩(wěn)步推進(jìn)及人民生活的平穩(wěn)運(yùn)行具有重要作用，從某種程度上來說，穩(wěn)定的電力資源供應(yīng)是國家戰(zhàn)略發(fā)展的需要。結(jié)合我國的發(fā)展實(shí)際可以看出，火力發(fā)電始終在電力事業(yè)中占據(jù)著重要地位，因此火力發(fā)電的產(chǎn)量、安全性與成本控制也與國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展息息相關(guān)。火力發(fā)電機(jī)組的燃煤熱值是一項(xiàng)核心數(shù)據(jù)，對(duì)于火力發(fā)電廠的成本控制、決策規(guī)劃、結(jié)構(gòu)治理等方面均具有重要的參考意義，尤其是在新時(shí)期可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)的新要求下，針對(duì)于燃煤熱值與發(fā)電成本的研究十分必要[1]。

在經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整的背景下，火力發(fā)電事業(yè)的科學(xué)化生產(chǎn)也迎來了新的發(fā)展，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略在對(duì)火力發(fā)電的優(yōu)化升級(jí)注入活力的同時(shí)，也對(duì)火力發(fā)電廠為主導(dǎo)的火電企業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)，改革創(chuàng)新成為火力發(fā)電行業(yè)的新主題。1000MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組作為高參數(shù)、大容量的發(fā)電機(jī)組更是改革優(yōu)化的重點(diǎn)，其當(dāng)前的運(yùn)行特點(diǎn)決定了其具有其他發(fā)電機(jī)組難以比擬的優(yōu)勢，也要求其必須響應(yīng)生態(tài)文明的發(fā)展要求，實(shí)現(xiàn)能源集約化的創(chuàng)新發(fā)展。在科學(xué)化的管理模式下，火力發(fā)電企業(yè)要在成本控制上推進(jìn)精細(xì)化管理策略，尤其是要把握好煤炭資源的投入與產(chǎn)出控制，以實(shí)現(xiàn)更高的綜合效益。在新時(shí)期，把握1000MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組燃煤熱值對(duì)于發(fā)電成本的影響，是火電企業(yè)提高核心競爭能力、落實(shí)可持續(xù)發(fā)展要求的必由之路。

2 火電企業(yè)廠情設(shè)定

本文的重點(diǎn)在于探尋1000MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組煤炭熱值對(duì)于發(fā)電成本的影響，為了實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的研究效果，需要采用直觀化的情景研究方法，因此筆者基于自身工作實(shí)際，設(shè)定了特定的火電企業(yè)廠情背景，聚焦于火力發(fā)電機(jī)組鍋爐設(shè)計(jì)使用方案的研究，以得出值得參考的研究經(jīng)驗(yàn)，接下來對(duì)設(shè)定廠情進(jìn)行簡單介紹[2]：

2.1 機(jī)組設(shè)備情況

火力發(fā)電廠的設(shè)備情況設(shè)置：該廠為現(xiàn)代化的火力發(fā)電廠，其3號(hào)與4號(hào)燃煤發(fā)電機(jī)組的鍋爐均使用了東方廠制造的符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的DG3100 /26.15-|| 1型超超臨界煤爐，符合1000MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組的情景設(shè)定，且該品類鍋爐被廣泛應(yīng)用到我國的大型火力發(fā)電企業(yè)中去，因此具有較高的代表價(jià)值。該鍋爐采用了前后墻相結(jié)合的對(duì)沖直流燃燒方式，火電機(jī)組中的所有煤爐的燃燒器均達(dá)到6層，前后墻則符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的3層，每層各配備8支燃燒器，總體上來看，該機(jī)組的燃燒器數(shù)量達(dá)到了48個(gè)，以保證鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，所有鍋爐均配備有6臺(tái)中速磨煤機(jī)，其中1臺(tái)設(shè)備處于備用狀態(tài)，以在意外狀況發(fā)生時(shí)第一時(shí)間形成補(bǔ)充作用，剩余的5臺(tái)則為保障機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)的常規(guī)性設(shè)備。除此之外，每臺(tái)鍋爐均配備有6臺(tái)與其機(jī)械特點(diǎn)完全契合的自動(dòng)稱重給煤機(jī)，以方面日常作業(yè)。整體機(jī)組的汽輪機(jī)采用了東方廠自主制造的C100/908-26.25 /600/600式超超臨界汽輪機(jī)。該火電企業(yè)的1000MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組采用的煤種狀況假定：設(shè)計(jì)煤種為來源于神華煤的羊場灣礦與磁二煤礦，校核煤種為清水營礦與梅花井礦，這些煤炭資源均具有灰質(zhì)含、含硫量偏低、發(fā)熱量中等的特點(diǎn)。

2.2 1000MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)

為了方便分析1000MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組燃煤熱值對(duì)于發(fā)電成本的影響作用，需要把握1000MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組的基本特點(diǎn)，在實(shí)踐中可以發(fā)現(xiàn)，1000MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組具有幾點(diǎn)共性特點(diǎn)：

（1）1000MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組直流鍋爐加熱區(qū)、過熱區(qū)及蒸發(fā)區(qū)之間的界線并不是一成不變的，而是隨著具體情況的變動(dòng)進(jìn)行差異化變動(dòng)。為了保障火電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，需要始終將鍋爐汽水行程中各點(diǎn)的溫濕度及汽水各個(gè)區(qū)段的位置控制在合理的范圍之內(nèi)，同時(shí)要最大程度保證燃水比與燃風(fēng)比的穩(wěn)定平衡。（2）1000MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組中通常鍋爐的蓄能不高，且其呈現(xiàn)出明顯的分布特征，這就決定了其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，如果出現(xiàn)外界負(fù)荷變動(dòng)的狀況，氣壓的反應(yīng)程度往往較大，此時(shí)需要投入更多的力度對(duì)氣壓進(jìn)行有效控制。（3）控制參數(shù)要求較高，必須配套反應(yīng)及時(shí)、處理迅速的控制操作。（4）1000MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組在不通過的工作狀況下，其各區(qū)段的比熱、比容、熱焓與其溫度、壓力呈現(xiàn)出非線性關(guān)系。（5）燃燒控制是1000MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組的一大控制難點(diǎn)，由于其機(jī)組的特性，其燃燒控制存在著明顯的滯后性與延遲性，這不利于機(jī)組操作人員對(duì)于氣壓、氣溫及符合進(jìn)行精準(zhǔn)控制，造成了較大的作業(yè)困難。

3 研究結(jié)果

在對(duì)1000MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組燃煤熱值進(jìn)行分析的過程中可以發(fā)現(xiàn)，煤炭熱值對(duì)于發(fā)電成本的影響主要體現(xiàn)在對(duì)鍋爐工作、電廠用電率及制粉裝備的影響之上，進(jìn)而簡介影響火電企業(yè)的成本控制，具體表現(xiàn)在如下方面[3，4]：

3.1 燃煤熱值變化對(duì)于鍋爐工作的影響

在實(shí)踐中可以發(fā)現(xiàn)，如果降低1000MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組的燃煤熱值，則整體機(jī)組的熱效率也會(huì)受到相應(yīng)的影響，這主要是由于幾點(diǎn)原因決定的：（1）如果煤炭質(zhì)量相應(yīng)較低，甚至混入大量的雜質(zhì)，則在燃燒過程中灰包碳的情況就難以避免，進(jìn)而影響煤炭的燃燒效率，導(dǎo)致燃燒過程熱量損失較為突出;（2）如果煤炭質(zhì)量下降，那么火焰在燃燒過程中的產(chǎn)生時(shí)間也將相應(yīng)提高，從而提高了1000MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組排煙過程中所產(chǎn)生的損害量，這兩種量的變化均會(huì)對(duì)鍋爐工作產(chǎn)生一定影響。具體來說，依照對(duì)廠情設(shè)定中煤種質(zhì)量的校驗(yàn)，如果整體機(jī)組的負(fù)荷率為72%，則會(huì)出現(xiàn)：如果爐煤地位發(fā)熱量為18.42MJ/kg時(shí)，排演過程的熱損失率會(huì)達(dá)到0.05%，不完全燃燒造成的熱損失率也達(dá)到了0.04%，將其相加可以得出這種情形對(duì)于機(jī)組整體的影響率達(dá)到了0.09%，在供電煤耗方面將直觀地表現(xiàn)為0.28g/kWh，也會(huì)使得每小時(shí)需要多消耗標(biāo)煤-0.2t，折合對(duì)應(yīng)煤種的單價(jià)可以得出成本0.67元/t。

3.2 燃煤熱值變化對(duì)于電廠電率的影響

當(dāng)1000MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組燃煤熱值降低時(shí)，會(huì)導(dǎo)致火電廠用電率的提高，進(jìn)而增加發(fā)電成本，主要原因如：（1）煤質(zhì)下降，磨煤機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)需要投入更多的乏力因素，制粉過程的單次消耗量也相應(yīng)提高;（2）煤質(zhì)下降，磨煤機(jī)所受阻力變大，這會(huì)引發(fā)風(fēng)機(jī)壓頭的增加，進(jìn)而需要消耗更多的電量;（3）煤質(zhì)下降，鍋爐的燃燒會(huì)產(chǎn)生更多的灰量，這就需要發(fā)電企業(yè)使用更多的電量去解決灰塵清掃問題。具體來說，以煤種低位發(fā)電量為17.42MJ/kg的情形分析，將機(jī)組負(fù)荷率同樣設(shè)置為72%，當(dāng)入爐煤地位發(fā)熱量為18.42MJ時(shí)，煙氣量的增加會(huì)使得整體機(jī)組的用電率為-0.06%，制粉過程則為-0.04%，灰塵清掃對(duì)于火電企業(yè)的用電率影響為-0.035%，總影響達(dá)到-0.135%，則在1000MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組每正常運(yùn)轉(zhuǎn)1小時(shí)的過程中，用電率提高0.194萬/kWh，折合為標(biāo)煤單價(jià)則為4.089元/t。

3.3 燃煤熱值的變化對(duì)于制粉設(shè)備的影響

如上所述，燃煤熱值的下降代表著煤炭質(zhì)量的下降，這會(huì)使得制粉設(shè)備在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中受熱面磨損、吹灰頻次的程度均有所提高，也會(huì)使得磨煤機(jī)設(shè)備及各類輔助設(shè)施的磨損程度提高，這都需要火電企業(yè)投入更多的維護(hù)成本，也會(huì)直接導(dǎo)致各類設(shè)備的使用年限下降，需要花費(fèi)更多的成本進(jìn)行設(shè)備的更新。

3.4 燃煤熱值的變化對(duì)于發(fā)電成本的影響

綜上，可以得出燃煤熱值的變化對(duì)于發(fā)電成本的影響如：如果燃煤熱值下降，則煤炭質(zhì)量相應(yīng)下降，標(biāo)煤的單價(jià)也會(huì)隨之降低，因此為了達(dá)到成本控制的目標(biāo)，應(yīng)當(dāng)在火力發(fā)電的過程中將燃煤熱值控制在該種煤的校核煤種熱值之上。進(jìn)一步來說，在把握燃煤熱值的過程中，如果入爐煤為校核煤種，燃煤熱值對(duì)于發(fā)電成本的影響程度不高;如果實(shí)際燃煤熱值高于校核煤種，則可以更好地完成成本控制的目標(biāo)，有效提高火電企業(yè)生產(chǎn)中的邊際利潤，實(shí)現(xiàn)更高的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

火力發(fā)電是我國電力供應(yīng)的主流形式，尤其是在新時(shí)期社會(huì)生產(chǎn)不斷擴(kuò)大的背景下，火力發(fā)電的戰(zhàn)略地位更加突出。新時(shí)期，粗放式的生產(chǎn)模式遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，且對(duì)于企業(yè)來說，市場機(jī)制的日益活躍也標(biāo)志著其市場競爭的激烈化，因此，火力發(fā)電企業(yè)必須謀求內(nèi)外部控制的有效升級(jí)。針對(duì)于對(duì)成本控制產(chǎn)生重要影響的1000MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組燃煤熱值問題，火電企業(yè)要在實(shí)踐中把握其對(duì)于發(fā)電成本的影響作用，設(shè)置科學(xué)合理的應(yīng)用方案并加以應(yīng)用摸索，從源頭上起到優(yōu)化成本控制、提高綜合效益的作用，為火電企業(yè)謀求可持續(xù)發(fā)展、創(chuàng)造更高的綜合效益提供基礎(chǔ)，也為我國的社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)注入源源不斷的活力。

參考文獻(xiàn)

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