張方，方津，周江

(福建華電可門發(fā)電有限公司，福州 350500)

褐煤摻燒成本比對分析

張方，方津，周江

(福建華電可門發(fā)電有限公司，福州 350500)

通過計算褐煤存儲過程中的熱值損失及摻燒過程中的煤耗損失，把褐煤摻燒后的利弊全部折算成標(biāo)準(zhǔn)煤購煤成本并與普通煙煤進(jìn)行對比，從經(jīng)濟角度分析摻燒褐煤的利潤邊界點。

褐煤；摻燒；標(biāo)準(zhǔn)煤；熱值損失；成本

0 引言

目前，火電行業(yè)產(chǎn)能過剩，電改壓縮煤電企業(yè)利潤空間，發(fā)電企業(yè)想盡辦法降低燃料成本，維持火電經(jīng)營的利潤水平。通過配煤摻燒降低燃料成本，特別是摻燒褐煤，使火電資源利用最大化，是當(dāng)前大多數(shù)企業(yè)的選擇。當(dāng)前褐煤的標(biāo)準(zhǔn)煤單價也隨著需求量增加上漲至接近煙煤價格，新的問題也隨之產(chǎn)生：一方面，褐煤折算標(biāo)準(zhǔn)煤單價仍略低于普通煙煤；另一方面，褐煤存在存儲過程中的熱值損失及摻燒過程中的煤耗損失。本文針對某電廠600 MW超臨界機組展開分析，通過計算摻燒褐煤后產(chǎn)生的存儲熱值損失以及發(fā)電煤耗、廠用電的變化情況，把褐煤摻燒的利弊全部折算成購煤成本，與普通煙煤進(jìn)行比對分析，尋求摻燒利潤的邊界點，供各摻燒褐煤單位作燃料采購決策時參考。

1 褐煤存儲熱值損失研究

1.1 燃煤存儲熱值損失的一般規(guī)律

圖1 煤堆自燃經(jīng)歷的4個典型階段

煤的自燃是煤堆內(nèi)部的煤固體顆粒不斷緩慢氧化放熱引起的，由于氧化作用的放熱量大于向外界散失的熱量，煤堆內(nèi)部溫度不斷上升，一旦溫度達(dá)到煤的自燃點，再加上充足氧氣的配合，煤堆即會發(fā)生自燃現(xiàn)象。自燃不是突發(fā)現(xiàn)象，而是需要經(jīng)歷一定的階段才能發(fā)生。煤的自燃主要經(jīng)歷4個典型階段(如圖1所示)：(1)剛?cè)朊簣觯匆娒黠@發(fā)熱；(2)入場存煤45 d，明顯發(fā)熱；(3)入場存煤60 d，冒煙；(4)入場存煤70 d，出現(xiàn)明火[1]。

存煤過程中，單位質(zhì)量煤的熱損失隨存煤時間的增加呈現(xiàn)兩段增加趨勢：存煤時間在30 d以內(nèi)，熱損失幾乎以線性趨勢增加，表明該階段煤的熱損失主要以增加其自身內(nèi)能的方式儲存于煤堆內(nèi)部，煤堆向外界熱傳導(dǎo)造成的熱損失為從屬地位，存煤30 d的熱損失僅為煤熱值的2.03%；存煤時間超過30 d以后，熱損失以指數(shù)函數(shù)的趨勢增加，表明該階段煤堆內(nèi)部較多的煤固體顆粒與氧氣發(fā)生了低溫氧化反應(yīng)，煤堆向外界熱傳導(dǎo)造成的熱損失占據(jù)了主要地位，存煤51 d時的熱損失已到達(dá)煤熱值的6.09%?？梢灶A(yù)測，當(dāng)存煤時間超過51 d以后，表層(0.7 m深以內(nèi))的煤逐漸達(dá)到自燃點，加上充足的氧氣，便會出現(xiàn)圖1c所示的冒煙甚至明火狀態(tài)，這時的熱損失將以熱輻射形式為主，造成煤堆短時間內(nèi)有更多的熱量浪費，如圖2所示。

圖2 存煤期間煤堆熱損失隨時間的變化

1.2 褐煤存儲自燃損失的評估

褐煤存放15 d，收到基低位發(fā)熱量降低255～293 MJ/t；存放30 d，收到基低位發(fā)熱量會降低529～607 MJ/t：存放60 d，收到基低位發(fā)熱量會降低1 075～1 236 MJ/t[2]：故某集團節(jié)能技術(shù)監(jiān)督實施細(xì)則規(guī)定褐煤存放時間應(yīng)不超過15 d。

假設(shè)10萬t熱值為16 000 MJ/t的褐煤，折算成標(biāo)準(zhǔn)煤為54 592.6 t(標(biāo)準(zhǔn)煤熱值為 29 308 MJ/t)。該褐煤存放15 d，相當(dāng)于損失標(biāo)準(zhǔn)煤255×100 000÷29 308=870 (t)；存放30 d，相當(dāng)于損失1 808 t標(biāo)準(zhǔn)煤；存放60 d，相當(dāng)于損失3 668 t標(biāo)準(zhǔn)煤。

某廠褐煤存放時間一般為30～45 d(到港后放關(guān)15 d，摻燒15～30 d)，則10萬t熱值為16 000 MJ/t的褐煤存放30 d后損失率為3.3%，假設(shè)褐煤折算成標(biāo)準(zhǔn)煤單價為500元/t，則損失16.5元/t標(biāo)準(zhǔn)煤。

上述評估是針對褐煤存放處于30 d內(nèi)的正常存煤階段，相當(dāng)于自燃的第1、第2階段，如果為追求最低褐煤價格，購買了處于自燃第3階段的褐煤，其熱值損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上面評估的16.5元/t。

普通煙煤存儲半年的熱值損失[3]見表1，表中還列出了折算儲存30 d的熱值損失。

表1 自然儲存條件下各煙煤的熱值損失 MJ/t

某電廠常用煙煤熱值損失特性介于優(yōu)混煤與大混煤之間，按大混煤測算10萬t熱值為 21 000 MJ/t的煙煤，存放30 d后損失率為0.26%，假設(shè)其折算成標(biāo)準(zhǔn)煤的單價為500元/t(同褐煤)，則折算熱值損失為1.3元/t標(biāo)準(zhǔn)煤。即同樣存放30 d，褐煤的標(biāo)準(zhǔn)煤熱值損失造成的成本損失比其他普通煙煤多15.2元/t。

2 褐煤摻燒后機組發(fā)電煤耗增加造成的損失

2.1 褐煤摻燒后發(fā)電成本增加量理論計算

參考某電廠2016年8月入廠煤工業(yè)分析加權(quán)數(shù)據(jù)(褐煤摻燒比例>50%)及設(shè)計煤種參數(shù)[4](見表2)，計算機組發(fā)電煤耗增加量。

(1)燃煤水分每增加1百分點，影響發(fā)電煤耗0.2 g/(kW·h)[4]，全水分增加了13.52百分點，導(dǎo)致鍋爐效率下降，增加的發(fā)電煤耗=0.2×13.52=2.76 [g/(kW·h)]。

(2)燃煤灰分每增加1百分點，影響發(fā)電煤耗0.3 g/(kW·h)[4]，灰分增加了-4.4百分點，按照設(shè)計煤種中飛灰可燃物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%計算機械不完全燃燒熱損失Q4的增量，增加的發(fā)電煤耗=0.3×(-4.4)=-1.32 [g/(kW·h)][4]。

由于純燒設(shè)計煤種時飛灰可燃物質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為1.0%～1.5%，實際灰分降低4.4百分點不會引起Q4降低1.32 g/(kW·h)，為后面保守估算邊界值方便，按照1.32 g/(kW·h)計算，盡可能少算褐煤摻燒的Q4。

(3) 600 MW超臨界機組再熱器減溫水每增加1 t，增加發(fā)電煤耗0.058 g/(kW·h)[4]，則摻燒褐煤后再熱減溫水增加導(dǎo)致的發(fā)電煤耗增量=(20.69-3.2)×0.058=1.01 [g/(kW·h)]，見表3。

發(fā)電煤耗增量=2.76-1.32+1.01=2.45 [g/(kW·h)]。

表2 某廠2016年8月入爐煤參數(shù)

2.2 褐煤摻燒后發(fā)電成本增加量校核計算發(fā)電煤耗增量

依據(jù)GB 21258—2007《常規(guī)燃煤發(fā)電機組單位產(chǎn)品能源消耗限額》(此標(biāo)準(zhǔn)是針對燃煤水分大于20%的大小鍋爐通用估算方法，本文作為參考校核估算用)2016年修訂版規(guī)定：“褐煤本身水分比較大，因此本次修訂將燃煤的‘全水分’列入了修正系數(shù)”。

式中：b為發(fā)電煤耗，600 MW超臨界機組該數(shù)值取300 g/(kW·h)；Mar為燃料收到基水分，取26.52%；Qar，net為燃料收到基低位發(fā)熱量，取17 860 kJ/kg。

計算結(jié)果與2.1部分的計算供電煤耗增量相差不大，故后面進(jìn)行成本測算時依照保守原則取增量小的數(shù)據(jù)2.45 g/(kW·h)。

因此，加大褐煤摻燒量后導(dǎo)致鍋爐效率下降，所增加的發(fā)電煤耗增加量為2.45 g/(kW·h)，即機組發(fā)電煤耗增加2.45÷300=0.82%，折算成成本增量=2.45÷300×500=4.08(元/t)。

2.3 褐煤摻燒后廠用電率增加量

摻燒褐煤后，由于入爐煤熱值降低，制粉電耗會增加，煙氣量增加，引送風(fēng)機電耗也會增加。現(xiàn)選取某電廠2015年7月18日燃用設(shè)計煤種與2016年7

表3 某電廠2015，2016年典型工況比對

月16日大量摻燒褐煤的數(shù)據(jù)做典型工況比對，見表3。在年均負(fù)荷率同樣接近70%的情況下，針對這些增量分別進(jìn)行計算。

(1)引風(fēng)機+增壓風(fēng)機耗電率增量為0.20百分點。

(2)一次風(fēng)機+制粉系統(tǒng)耗電率增量為0.17百分點。

(3)輸煤系統(tǒng)耗電率增量按照0.07百分點估算，按照熱值減少量估算輸煤系統(tǒng)耗電率增量為0.012 7百分點。

(4)廠用電總增量為0.38百分點，相當(dāng)于增加供電煤耗1.15 g/(kW·h)。

(5)折算成標(biāo)準(zhǔn)煤成本增量=1.15÷300×500=1.91(元/t)。

褐煤摻燒量增加后，所增加的供電煤耗折算成標(biāo)準(zhǔn)煤成本為5.99元/t。

3 結(jié)論

褐煤摻燒比普通煙煤所增加生產(chǎn)成本總和=燃料存儲熱值損失+發(fā)電煤耗增量+廠用電增量，全部折算成標(biāo)準(zhǔn)煤單價成本=15.2+5.99=21.19(元/t)，即當(dāng)褐煤購買成本比普通煙煤低21元/t(折算成標(biāo)準(zhǔn)煤)時，是比較合算的。

[1]沈家銓，張建華，鄭智揚，等.燃煤發(fā)電廠儲煤場自燃熱損失的評估[J].發(fā)電與空調(diào)， 2013, 34(5):28-33，53.

[2]李春艷，劉志華，盛春林.褐煤儲存損失試驗研究[J].吉林電力， 2008，36(2)：13-15.

[3]肖敏，劉振德.煤炭貯存時間與熱值損失的研究[J].煤質(zhì)技術(shù)， 2014(2)：20-22.

[4]張方，吳京龍，林柏林.煤質(zhì)變化對機組發(fā)電煤耗的影響分析[J].機電信息， 2013(27):115-116.

(本文責(zé)編：劉芳)

2017-02-21；

2017-03-16

TK 227.1；TF 526+.2

B

1674-1951(2017)04-0068-03

張方(1973—)，男，福建龍巖人，工程師，從事生產(chǎn)管理工作(E-mail:741651595@qq.com)。