249.7克!煤耗最低机组来了!

发布时间 :2021-12-21
12月14日16时16分中国能建华东院设计安徽电建一公司承建的江西瑞金2×1000兆瓦超超临界二次再热燃煤二期项目4号机组顺利通过168小时满负荷试运、全面建成投产,是国家首台(套)重大技术装备全国产DCS/DEH一体化项目。采用DCS全国产化、HT700新材料、全新BEST小机(带发电机)等先进技术。
综合发电煤耗249.7克/千瓦时。
业内评价为:目前国内综合发电煤耗最低!

江西瑞金2×1000兆瓦超超临界二次再热燃煤项目是国务院振兴赣南革命老区经济发展而投资建设的首个红色能源项目,是国家首台(套)重大技术装备全国产DCS/DEH一体化项目。


工程采用新一代百万千瓦超超临界机组技术,各项指标均处于国内领先水平,并引入超节能和超环保设计理念,生产过程中可实现超净排放目标。
二期项目扩建两台1000兆瓦高效超超临界二次再热燃煤机组,采用DCS全国产化、HT700新材料、全新BEST小机(带发电机)等先进技术,综合发电煤耗249.7克/千瓦时


4号机组168满负荷试运行期间,自动、仪表及保护投入率100%,机组一直保持在满负荷稳定运行,汽轮机轴承振动最大为51.2微米、漏氢量为5.15立方米/天,机组主要性能指标达到设计值(发电煤耗249.7克/千瓦时、热效率 49.25%)各项指标均达到国内同类型机组领先水平。

如何全面理解燃煤电厂的煤耗概念,煤耗的主要影响有哪些,哪些环节有不确定性?这里做一个简要说明和分析,目的在于揭示煤耗概念与统计的复杂性。



1电厂煤耗的概念


要说简单,其实也挺简单,电厂煤耗就是燃煤电厂每发单位千瓦时的电(俗称一度电),消耗了多少克煤,单位用克/千瓦时。
而且,这里的煤是指标准煤即低位发热量为7000千卡/千克的煤,折算到统一的基准以便于比较。



我们要注意煤耗的几个概念及区别:


1.1发电煤耗与供电煤耗

发电煤耗是总的煤耗(Gross value )。因为电厂本身也有厂用电,扣除了厂用电率,则是对外的供电煤耗,为净值(Net value)。

两者的关系:供电煤耗=发电煤耗/(1-厂用电率)。


取决于煤电厂的类型(如煤粉炉与循环流化床)和给水泵(电动泵、汽动泵)等,厂用电率可能在3~10%左右,那么发电煤耗与供电煤耗在数值上有可能相差不少,比如10~20克/千瓦时。如果只说电厂煤耗,而不告诉你到底是发电煤耗还是供电煤耗(故意的也罢,无意的也罢),这个数值就没有意义。本文为了精简篇幅,如果没有特别说明,煤耗都特指和默认为供电煤耗。


1.2设计煤耗与实际煤耗

设计煤耗是在设计煤种(发热量,水分,灰分等等),设计工况(出力,主汽温度、压力、排汽背压等等)下的煤耗。

实际煤耗当然是在实际煤种(发热量,水分,灰分等等),实际工况(出力,主汽温度、压力、排汽背压等等)下的煤耗。

可以想象,实际条件与设计条件差别的项目很多,差别的量会很大,实际的数值与设计的数值会有较大差别。比说煤质的影响、负荷率的影响、排汽背压的影响会很大。有的厂就折算回设计条件。那么这个折算过程就成了不确定的因素。


1.3 实时煤耗与平均煤耗

理论上,电厂燃煤了,发电了,都会有煤耗,如果我们取得计算时间足够短,并且技术上也能实现,就是实时煤耗。有的电厂至少在显示上给出了实时的煤耗。

作为统计数值,我们取一天,一个月,一个季度,或者一年为统计时段,就是这一时段的平均煤耗。

我们可以想象,在一个时间段里,变化的因素非常多,煤耗的数值变化较大。如果拿一个短时段的平均值与一个长时段的平均值相比,那是不可比的。即便同一电厂都以年平均煤耗来说,因负荷率等条件不同,也会有较大区别。


1.4单台机组、单个电厂煤耗与多个电厂平均煤耗

单个电厂也许有若干台煤电机组,甚至有亚临界、超临界和超超临界机组并存。如果说这个电厂的煤耗,就得加权平均。

对于某个集团公司甚至大到全国,什么机组都有,也得加权平均。

回顾过去,随着小机组的退役、300兆瓦和600兆瓦级机组的改造,660兆瓦和1000兆瓦新机组的投运,各集团和全国的平均煤耗逐年下降,这是容易理解的。

2006-2010年期间,全国煤电机组的供电煤耗从370克/千瓦时降到330克/千瓦时,2013年降到321克/千瓦时,2014年为318克/千瓦时。


按照《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014~2020年)》,到2020年,现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗低于310克/千瓦时,其中现役60万千瓦及以上机组(除空冷机组外)改造后平均供电煤耗低于300克/千瓦时。


2电厂煤耗的计算

计算的方法不外乎分为两种,正平衡是宏观的,反平衡是微观的。

2.1 正平衡法:

就是计算用了多少煤,发了多少电。输出的电量好说,而输入的热值(煤量x低位发热量)却不那么好说。煤的低位发热量需取样,做试验,不可能实时获得。所以,只能以某一批次的煤取样的结果作代表。输入的煤量却是人们可能存疑的地方,这与计量的地方和手段有关,还有的人认为煤仓间的储煤量会对计量带来不确定性。

2.2 反平衡法:

分解成各大部件的效率来计算。

把电厂当成是锅炉、汽机、管道系统的串联,则:

电厂净效率=锅炉效率x汽机效率x管道效率x(1-厂用电率),

其中汽机效率=3600/汽机热耗,汽机热耗单位用kj/kWh,管道效率在计算中通常取0.99,影响不大。

换算成煤耗:

供电煤耗=3600/(电厂净效率x7x4.1866)。

计算要注意效率的单位是用了%还是小数点,如果用了%为单位还得除以100。


性能验收试验当然有标准,锅炉性能按照ASME PTC4.1 ,汽轮机按照ASME PTC6-2004,而且也是允许按规定进行条件偏差的修正的,只是手不要抖或都得不太大。

只不过,性能验收试验完成后,有哪个电厂平时还用反平衡法去计算供电煤耗?

在超临界发展的初期,的确有一些机组未能到达设计指标,例如可参阅《我国超(超)临界火电机组实际投运水平评述》,作者张建中,发表在《电力建设》2009年4月。也正因此,有的600MW级超临界机组才投运几年就要做汽机通流改造。

如果有人说电厂煤耗改善了,我更愿意从微观看到底是哪些方面有了提高。

3影响煤耗的主要因素

3.1煤电厂的类型

A.按燃烧方式分有:循环流化床(CFB)与煤粉炉(包括π型炉和塔式炉,W火焰炉)。CFB应针对劣质煤,煤耗相对要差些。

B.按照排汽冷却方式分有:湿冷机组与空冷机组(包括直接空冷与间接空冷)。取决于厂址条件,湿冷机组的排汽背压通常在4.9kPa~11.8kPa,南方也有6kPa~11.8kPa;间接空冷通常在13~28kPa,直接空冷在15~35kPa左右。因此,不同类型的机组,以及同一机组在不同背压下煤耗相差很大。

C.按照电厂参数分有:亚临界,超临界,超超临界电厂。亚临界(16.7MPa/538/538)、超临界(24.2MPa/566/566)的参数比较固定(少数超临界的参数略有不同),超超临界再细分的话有普通超超(25~26.25MPa/600/600),和先进超超或叫高参数超超(28MPa/600/620),中间过渡还有再热温度610度的。所以,尽管都叫超超临界,煤耗差别也会有2克千瓦时左右的差别。

D.按照再热次数分有:一次再热和二次再热(双再热)。如按二次再热31MPa/600/620/620的方案,二次再热超超临界与一次再热普通超超临界煤耗大致相差8~9克/千瓦时左右。

E.纯凝发电机组与供热机组

按热电用途分有:纯凝发电机组与供热机组。供热机组(热电联供)因为利用了低温热能,其煤耗会比纯凝机组好得多,可以轻易地做到200克/千瓦时以下。所以,千万不要直接比较两种不同的机组。


3.2影响煤耗变化的主要因素

对于一台运行机组的煤耗因素不少,这里讲两个主要的因素。

A 季节变化

主要是环境温度变化引起排汽背压的变化,使得汽轮机热耗变化,对锅炉效率影响不大。所以,无论湿冷还是空冷机组,夏季和冬季工况的煤耗相差挺大。例如,1000兆瓦超超临界电厂的煤耗,高低背压工况下可能相差17克/千瓦时(湿冷机组)、26克/千瓦时(空冷机组)。

B 负荷变化

负荷变化对锅炉效率的影响相对不那么大。例如,1000兆瓦超超临界烟煤锅炉效率,100%负荷时为93.9%,75%负荷时为94.9%,50%负荷时为95.5%,即部分负荷甚至还稍好。

主要的影响是在于汽机热耗。例如,1000兆瓦普通超超临界汽机热耗,100%汽机验收工况(THA)时为7370千焦/千瓦时,75%THA时为7500千焦/千瓦时,50%THA时为7820千焦/千瓦时,40%THA时为8110千焦/千瓦时。热耗的划分大致是负荷降到75%时,超超临界机组成了超临界机组,50%负荷时成了亚临界机组。

下图为早期660/1000兆瓦机组热耗与负荷的关系曲线,引自《600兆瓦超超临界机组的经济技术性能分析》,作者张晓鲁,2008年10月清洁高效燃煤发电技术协作网2008年会。


目前,煤电机组的年利用小时数普遍下降,创历史低位。如果按照4500小时估算,平均负荷利用率为51%左右(出力系数不会高)。即众多的煤电机组煤耗的年平均值不会乐观。所以千万别告诉我,亚临界运行状态下能达到超临界或超超临界机组的煤耗水平。

下图为早期各种机组供电煤耗与负荷的关系曲线,引自《燃煤发电机组负荷率影响供电煤耗的研究》,作者刘福国等,发表在《电站系统工程》2008年7月。可以清楚地知道负率率的影响是很大的。

4我国目前煤耗水平与行动计划

由三部委与2014年9月印发的《煤电节能减排升级与改造行动计划 (2014~2020年)》,代表了官方认可的目前煤耗水平和对新建机组的要求。

先看截止2014年底煤电机组的构成(中国电力可靠性年报2014):


尽管有人认为这些数是各电厂上报的,也还是有些参考价值。我们可以看到两个表的一些区别。

5结束语

我们讨论了煤耗的不同概念、计算方法和影响因素,主要是为了揭示煤耗的复杂性,在沟通和引用中需加以小心。煤耗的准确性有技术手段的因素,更主要的还是当事者的职业道德、良心。做好了,就是可信的煤耗数值;否则,就是以煤耗谋私利的煤老鼠──煤耗子。


来源:能源日参