600MW燃煤机组单耗分析
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摘 要： 随着电力事业的不断发展，我国电厂的热经济学需要不断进行深入研究。目前我国电网中关停了很多小火电机组，300MW的机组居多，600mw及其以上的机组相继建成并陆续投入使用。过去针对300MW机组的研究成果很多，但无法对应到600MW机组的应用中去，本文作者以国产600MW机组为研究对象，结合单耗分析理论，对其热力系统的节能状况进行分析，研究机组的能耗分布和节能潜力。
关键词：单耗分析 能耗 热力系统 节能
中图分类号：TK123 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2015）09-0272-01
电力工业为工业和国民经济其他部门提供基本动力，尽管新能源及其利用技术在不断研究和开发中，但现阶段我国的电力工业仍以燃煤发电为主。火力发电厂既是产能大户，又是耗能大户，作为生产电能的主要场所，同时也是消耗煤炭资源的主要场所，热力系统分析是对火力发电厂经济性的考核，研究热力系统计算能耗的方法意义重大，对电力工业中减少能耗有很强的指导意义。
一、单耗分析理论概述
从能源的可转化性来看，由两部分组成――[烟] [用]和火寂。其中[烟] [用]是在给定的环境下具有无限可转化性的能，火寂则是不具有任何可转化性的能。在一切实际的不可逆过程中，不可避免的发生能的贬值变质。分析方法综合考虑能量的数量和质量两个方面，利用能量平衡定律计算[烟] [用]损失和[烟] [用]效率。这种分析方法可以明确能量损失率，是衡量能量利用率的重要的方法。
在[烟] [用]分析方法的基础之上进行改进，建立了更为完善的单耗分析理论。单耗分析理论运用了热力学第二定律，借助产品的单耗来显示生产过程中能耗的多少。生产过程中消耗燃烧，产出产品，产品单耗由两部分组成――理论最低单耗和设备附加单耗。这一理论解释了单耗的本质，能量的生产过程中存在不可逆转的[烟] [用]损失[1]。因此要节约能源，这就需要降低附加单耗，时间不同、设备不同，附加单耗也就存在很大差异。单耗分析理论综合考虑燃料单耗的组成、燃料单耗的分布和燃料单耗的变化，便于找出影响单耗的因素，帮助人们改进设计，优化设备运行方式，从而实现节能的目的。
二、600MW燃煤机组单耗计算
产品单耗由两部分构成―理论最低单耗、设备附加单耗，理论最低单耗是单位产品的？的数值和单位燃料的[烟] [用]的数值的比，前提条件是没有设备附加单耗。我们将产品的[烟] [用]值的总数用P来表示，燃料的[烟] [用]值的总数用F来表示，在没有设备附加单耗的前提条件下，P=F。我们用b来表示产品单耗，那么理论上最低单耗应为：
上式中ep代表单位产品所蕴含的[烟] [用]值，ef代表单位燃料所蕴含的[烟] [用]值。现阶段我国的电力工业仍以燃煤发电为主，火力发电厂消耗的燃料主要为煤炭资源，在理想条件下，煤炭能源单位燃料的[烟] [用]值约等于标煤低位发热量，也就是ef=29271.2kJ/kg，单位产品的[烟] [用]值就是ep=3600kJ/kg・h，所以，燃煤机组在理论上的最低单耗应该是：
对于设备附加单耗，其产生原因是设备运行生产产品的过程中有[烟] [用]损失，[烟] [用]损失通过[烟] [用]平衡可以计算出来。我们用Ein来表示进口的[烟] [用]值，用Eout来表示出口的[烟] [用]值，那么设备1的[烟] [用]平衡为：
对于600MW燃煤机组这样复杂的系统，我们采用矩阵方法将各个设备的附加[烟] [用]损耗一次性解出来，对600MW燃煤机组中的所有设备和流进行编号，形成一个整体的关联矩阵A，关联矩阵的行用设备的序号I表示，关联矩阵的列用流的序号J表示，则关联矩阵元素aIJ=0，意味着这一行的燃煤设备和这一列的流是没有直接的关联的，元素+1表示这一列的流流入这一行的燃煤设备，元素-1表示这一列的流流出这一行的燃煤设备[2]。我们假设每一个流的[烟] [用]值都组成一个m维的向量E，每一个设备的[烟] [用]损耗值都组成一个n维的向量D：
三、600MW燃煤机组单耗计算结果及分析
根据600MW燃煤机组的热力系统图，我们获取设备和流的关联矩阵，然后根据A×E=D来计算600MW燃煤机组各个设备的附加单耗。其中，环境压力为0.1MPa，基准态温度为20℃，基准物是在基准温度之下的饱和水。在这个基础之上，我们可以计算出600MW燃煤机组的单耗量。与传统的计法相比，600MW燃煤机组热力系统设备的锅炉、低压缸、冷凝器设备的附加单耗比较大，加热器、抽气管道设备的附加单耗比较小。锅炉的热效率较高，为92%，附加单耗为所有设备中最大，说明锅炉设备的[烟] [用]损耗最大，但在更深层次减少锅炉设备的[烟] [用]损耗的可能性比较小。冷凝器的热损耗比较大，但是低压缸的排汽品味是比较低的，因此，冷凝器的附加单耗要小于锅炉的附加单耗。低压缸的湿汽损耗以及余速损耗比较大，因此其附加损耗也比较大[3]。至于除氧器，有多股[烟] [用]流汇合于此，还有轴封漏汽也混合在这里，流动的阻力和[烟] [用]流的参数相差较大，导致[烟] [用]损耗也比较大。除此之外，600MW燃煤机组设备的附加单耗还随着负荷的变化而发生变化。和传统的热量法的计算方法相比较，单耗分析理论计算出的单耗相差要小很多，并且是负荷越低，热量法计算所得的煤耗与单耗的相差就越大。
根据该600MW燃煤机组设备2013年10月份的实际运行数据的平均值，对机组设备的实际运行情况进行单耗分析。通过两种单耗分析的比较，发现600MW燃煤机组设备实际运行中的节能潜力。我们对100%负荷和75%负荷下机组实际工作情况和设计工作情况的附加单耗进行比较。
根据计算结果可知，实际工作情况下燃煤机组设备的附加单耗是大于设计工作情况下的附加单耗的，这两者之间的差值正好是燃煤机组设备运行过程中可以节能的地方[4]。其中，锅炉在100%负荷和75%负荷下的实际单耗为25.32g，设计中的单耗为21.65g，实际单耗比设计单耗要大。出现这种结果的主要原因是燃煤机组在实际运行中减温水过热，对单耗产生很大的影响，而且设备在运行中容易偏离设计值，会增加[烟] [用]损耗，从而增加附加单耗。低压缸的附加单耗也比较大，出现这种结果的主要原因是设备运行过程中漏汽损耗增大，使排汽的压力增大，所以增加了[烟] [用]损耗，增加了附加单耗。各个加热器的附加单耗都增大，是由于抽气热度增大造成的。
四、结论
单耗分析既能分析出燃煤机组系统总的单耗指标，又能分析出燃煤机组系统单耗在每一个设备中的分配情况，具体找出具有节能潜力的地方。通过分析燃煤机组设备附加单耗的时空分布，得出附加单耗受设备、工况影响的结论。
当燃煤机组运行的工况偏离设计工况的时候，燃煤机组的单耗增加。通过比对设计工况与实际工况中每一个设备的附加单耗，进而确定每一个设备在实际运行中的节能的地方。
综上所述，我国发电总装机量和发电总量均位于世界前列，但能耗水平却比较低，与世界先进水平还有很大的差距。然而火力发电在我国电力工业中所占比重大，所以即使能耗降低的数量很小，整个火力发电系统节约的能源数量也会很大。由此可见，我国火力发电节能减排的潜力很大，能产生很大的经济效益和环保效益。因此，我们要致力于研究煤炭发电机组的设备状态以及具体性能，提高能源的利用效率。
参考文献
[1]武宇.大型燃煤机组能耗分布与回热系统优化分析[D].华北电力大学（北京），2011.
[2]段立强，潘翔，杨勇平等.临界机组附加单耗分布及案例分析[C].//第16届全国热力学分析与节能学术会议论文集.2011：1-6.
[3]胡斌.600MW燃煤发电机组能效评价方法研究[D].宁夏大学，2014.
[4]查永龙.大型燃煤机组回热系统能耗特性研究[D].华北电力大学（北京），2012.