直接空冷与湿冷机组能耗分布与成本分析比较

武 宇

（国核电力规划设计研究院，北京100095）

1 前言

燃煤电站采用空冷系统是解决富煤贫水矛盾的有效措施，要大力发展直接空冷机组、提高其经济性，就要在节水的同时，尽可能地降低煤耗。宋之平教授以热力学第二定律为基础，提出单耗分析理论［1，2］。所谓单耗是指生产单位产品所消耗的燃料和资金费用，前者称为燃料单耗，以b表示，后者称为产品的费用单耗，简称“成本”，以c表示。本文将燃煤电厂直接空冷机组作为研究对象，分析其能耗分布和成本单耗，并与相同类型湿冷机组进行比较，对于指导燃煤电厂直接空冷机组节能降耗具有重要意义。

2 直接空冷机组单耗分析数学模型

任何能量系统，其产品的单耗都包括两部分：一是理论最低单耗；一是为生产此产品而需付出的设备的附加单耗［3］。

式中，bmin＝ep/ef为产品的理论最低燃料单耗；∑bi为附加单耗之和。ef，ep分别为燃料和产品的比；P为产品产量；BS为标准煤耗量；∑Bi为系统各环节耗损对应的附加燃料消耗之和。

3 直接空冷机组与湿冷机组煤耗计算结果及对比分析

本文分别对600MW直接空冷凝汽式汽轮机组和冲动凝汽式湿冷汽轮机组进行了单耗计算。其中，直接空冷机组共有7段非调整抽汽，分别供给三台高压加热器，一台除氧器和三台低压加热器，各级加热器疏水逐级自流。湿冷机组共有8段非调整抽汽，分别供给三台高压加热器，一台除氧器和四台低压加热器，各级加热器疏水逐级自流。直接空冷机组和湿冷机组主要参数对比表如表1。

根据单耗分析数学模型，求得600MW亚临界直接空冷机组和湿冷机组设计工况的能耗分布，结果如表2所示。

表1 额定工况直接空冷机组和湿冷机组设计参数对比

表2 600MW亚临界直接空冷机组和湿冷机组设计工况的能耗分布对比

由表2可知：

3.1 能耗分布：与湿冷机组相比，直接空冷机组发电煤耗高出10.59g/kWh；其中凝汽器的附加单耗较湿冷机组多7.34g/kWh，主要原因是空冷汽轮机的排汽压力高，排汽温度升高，凝汽器换热温差增加，火用损增大，附加单耗增加，导致煤耗增多。锅炉附加单耗比湿冷机组高4.47g/kWh，主要原因是直接空冷机组主蒸汽流量大，燃料消耗量大，不可逆燃烧和不等温传热增加，火用损增大，附加单耗增大。低压缸附加单耗比湿冷机组低1.63g/kWh，主要原因是空冷机组汽轮机排汽压力高，排汽焓升高，排汽干度大，火用损减小，附加单耗减小。

3.2 直接空冷机组采用电动给水泵，湿冷机组采用汽动给水泵，直接空冷机组厂用电率较湿冷机组高2.5%，因此，直接空冷机组的供电煤耗较湿冷机组高19.8g/kWh。

4 直接空冷机组成本单耗模型［4］

设Cf为在一个时间段τ内煤耗的总费用，Cw为在一个时间段τ内水耗的总费用，不考虑折合到同一时间段内的固定费用（包括设备的费用、债务的利息支付和长期工作人员的工资等），若在该时间段所生产的产品为W，则为生产W消耗的成本单耗为C＝Cf＋Cw。

4.1 理论最低成本

4.2 附加成本

在实际能量系统中，每个子系统I的存在和运行都在成本中体现着一定的附加费用，构成理论最低成本以外的附加成本。燃煤电厂直接空冷机组的附加成本，包括附加煤耗成本和附加水耗成本。子系统的煤耗附加成本用cFI表示，水耗附加成本用cWI。

综上所述：产品的成本单耗模型为：c＝cmin＋cFI＋cWI

5 案例分析

本文将结合600MW亚临界直接空冷凝汽式汽轮机组和冲动凝汽式湿冷汽轮机组试验数据进行成本单耗计算，得出煤耗和水耗的定量关系，发展以全新的定量指标为准则的计算方法，为分析燃煤电厂直接空冷机组单耗奠定了基础。由前面计算结果可知：空冷供电煤耗率约为324.85g/kWh，湿冷煤耗率约为305.05g/kWh，根据文献可知：一般600MW亚临界直接空冷机组水耗率为0.52 kg/kWh，水冷机组水耗率为 1.91 kg/kWh，北方富煤贫水地区商业用水单价为 6.8 RMB/t，标准煤单价为 500～700 RMB/t，因此，成本单耗模型，得出直接空冷机组和水冷机组除固定成本以外，每度电所需煤耗和水耗的成本。结果如表3所示。

表3 直接空冷机组和湿冷机组成本对比分析

由表3可知：

（1）直接空冷机组由于以环境空气作为汽轮机排汽的冷却介质，与湿冷机组相比，没有冷却塔蒸发、风吹及排污损失，比水冷机组节约了大量循环系统耗水量，600MW直接空冷机组比同容量湿冷机组节水75%。由于排汽压力很高，发电煤耗率较湿冷机组高，以高煤耗为代价获得低水耗。600MW亚临界直接空冷机组与相同类型的湿冷机组相比，供电煤耗高出约20g/kWh。

（2）成本比较：不考虑设备的费用、债务的利息支付和长期工作人员的工资等固定费用，仅考虑煤耗和水耗的成本。由于贫煤富水地区煤价较低，水价较高，按照成本单耗分析模型，取水价为 6.8RMB/t，煤价在 700～500RMB/t，直接空冷机组成本较湿冷机组成本稍高，且随标煤价格降低成本降低。

6 结束语

本文将燃煤电厂直接空冷机组作为研究对象，建立燃料单耗模型和成本单耗模型，利用该模型进行案例计算，并与相同类型湿冷机组对比，分析其能耗分布和成本单耗。得到结论如下：（1）能耗分布：与湿冷机组相比，直接空冷机组供电煤耗高 19.8g/kWh，发电煤耗高出 10.59g/kWh。其中凝汽器的附加单耗较湿冷机组多7.34g/kWh；锅炉附加单耗比湿冷机组高4.47g/kWh；低压缸附加单耗比湿冷机组低1.63g/kWh；（2）成本比较：不考虑设备的费用、债务的利息支付和长期工作人员的工资等固定费用，仅考虑煤耗和水耗的成本。由于贫煤富水地区煤价较低，水价较高，按照成本单耗分析模型，直接空冷机组成本较湿冷机组成本稍高，且随标煤价格降低成本降低。