1000MW二次再熱高效燃煤機(jī)組經(jīng)濟(jì)及環(huán)保分析

鄭文廣，賈小偉，周宇昊，張海珍，朱良松

（1.華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江 杭州 310030；2.浙江省蓄能與建筑節(jié)能技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310030）

我國(guó)是煤炭作為主要一次能源的國(guó)家，火力發(fā)電在我國(guó)電力生產(chǎn)中占主導(dǎo)地位。隨著化石能源的枯竭以及環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，發(fā)展高參數(shù)、高效率、大容量機(jī)組是我國(guó)電力行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。700℃的超超臨界技術(shù)和二次再熱技術(shù)是目前提高機(jī)組效率最有效的方法。但在目前的技術(shù)條件下，700℃等級(jí)金屬材料的研制、加工制作均無(wú)法大規(guī)模推廣。二次再熱技術(shù)就起到進(jìn)一步提高蒸汽膨脹干度，提高蒸汽的做功能力，達(dá)到提高機(jī)組熱效率的目的[1]，其參數(shù)可根據(jù)現(xiàn)有材料進(jìn)行選取，不存在明顯的技術(shù)瓶頸。本文以1000MW二次再熱高效燃煤機(jī)組為例，從經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能環(huán)保等方面對(duì)二次再熱機(jī)組進(jìn)行了分析。

1. 二次再熱機(jī)組經(jīng)濟(jì)性分析

以下針對(duì)百萬(wàn)機(jī)組常規(guī)一次再熱機(jī)組、高效一次再熱機(jī)組和二次再熱機(jī)組，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較。

1.1 方案選擇

具體方案選擇如表1所示。

表1 方案選擇

1.2 經(jīng)濟(jì)性比較

1.2.1 機(jī)組經(jīng)濟(jì)性比較。與傳統(tǒng)超臨界機(jī)組相比，超超臨界機(jī)組的熱效率要高4%以上。在超超臨界機(jī)組參數(shù)范圍的條件下，主汽壓力每增加1Mpa，機(jī)組的熱耗率就可降低約0.15%；主汽溫度每增加10℃，機(jī)組的熱耗率就可降低0.25%～0.30%；一次再熱汽溫每增加10℃，機(jī)組的熱耗率就可降低0.15%～0.20%；如果采用二次再熱，機(jī)組熱耗率將再降低1.4%～1.6%左右[2]。不同方案的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較如表2所示。

表2 機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)比較

注：表中數(shù)據(jù)均為T(mén)MCR工況下計(jì)算得出。

從上表可以看出，通過(guò)提高超超臨界機(jī)組蒸汽參數(shù)，可以提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，而采用二次再熱相對(duì)一次再熱提高的經(jīng)濟(jì)性更加顯著。

1.2.2 初投資比較。下面對(duì)三種方案的初投資進(jìn)行比較（文中涉及投資費(fèi)用均為單臺(tái)機(jī)組）：（1）根據(jù)最近國(guó)內(nèi)招標(biāo)報(bào)價(jià)，對(duì)于塔式鍋爐，方案二比方案一的價(jià)格高約3500萬(wàn)；方案三比方案二高約14000萬(wàn)。對(duì)于汽輪機(jī)，方案二比方案一的價(jià)格高約2000萬(wàn)，方案三比方案二平均增加3500萬(wàn)。（2）由于主蒸汽壓力提高后，主蒸汽和高壓給水管道取用壁厚會(huì)增加，高壓缸排汽壓力和中壓缸進(jìn)口壓力也隨之增加，引起低溫再熱和高溫再熱管道設(shè)計(jì)壓力的變化，所以壁厚也會(huì)增加。再熱溫度由600℃提高至620℃后，高溫再熱蒸汽管道p92鋼材的許用應(yīng)力降低，引起管道規(guī)格變化。采用二次再熱，需要增加一級(jí)再熱冷段和再熱熱段管道。根據(jù)本工程管道布置情況和《火電工程限額設(shè)計(jì)參考造價(jià)指標(biāo)（2012年水平）》的鋼材價(jià)格，經(jīng)過(guò)詳細(xì)計(jì)算，方案三與方案一、二的四大管道總的投資差額分別為5500萬(wàn)和4500萬(wàn)。（3）給水溫度和壓力的提高，使高壓加熱器內(nèi)部管束壁厚增加，高加的制造材料消耗增加，超高參數(shù)一次再熱機(jī)組增加一級(jí)低加，二次再熱機(jī)組采用4級(jí)高壓回?zé)岢槠到y(tǒng)，又增加一級(jí)高加，這也增加了材料的消耗，據(jù)調(diào)研，方案三的價(jià)格比方案一、二增加分別為1500萬(wàn)和500萬(wàn)。給水壓力增加導(dǎo)致汽動(dòng)給水泵揚(yáng)程增加，但軸功率變化不大，方案一和方案二中2臺(tái)50%汽動(dòng)給水泵（包括前置泵）價(jià)格差別不大，但方案三需增加500萬(wàn)。驅(qū)動(dòng)給水泵汽輪機(jī)價(jià)格差別不大，可以忽略。綜上，三種方案的單臺(tái)機(jī)組初投資比較見(jiàn)表3。

表3 初投資比較

表3中二次再熱機(jī)組差價(jià)為當(dāng)前招標(biāo)平均價(jià)格，從泰州、萊蕪到惠來(lái)的招標(biāo)價(jià)格分析可知，二次再熱主機(jī)價(jià)格每經(jīng)過(guò)一次招標(biāo)主機(jī)價(jià)格下降5%～10%，其中以泰州為代表的第一批二次再熱主機(jī)價(jià)格最高。若以目前主機(jī)價(jià)格下降趨勢(shì)，主機(jī)價(jià)格將下降1800萬(wàn)元左右，故方案三較方案一增加投資28700萬(wàn)元。

1.2.3 經(jīng)濟(jì)性分析。根據(jù)表1中的發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗，按銀行貸款利率I=6.55%，年利用小時(shí)數(shù)5500小時(shí)，由年固定費(fèi)率公式可計(jì)算得出表4所示技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較數(shù)據(jù)以及圖1所示曲線(xiàn)。

年固定費(fèi)率公式為：

式中：N—年固定費(fèi)率，%；I—貸款利率，%；n—經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)年。

由表4可知，二次再熱機(jī)組單臺(tái)機(jī)組總投資比方案一的總投資增加28700萬(wàn)元，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤耗5.69萬(wàn)噸，回收年限低于經(jīng)濟(jì)年限15年，故二次再熱機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。

圖1 標(biāo)煤價(jià)格與回收年限關(guān)系圖

圖1為標(biāo)煤價(jià)變化對(duì)回收年限的影響圖，通過(guò)圖表分析，當(dāng)二次再熱機(jī)組的標(biāo)煤價(jià)低于600元時(shí)，回收年限將大于經(jīng)濟(jì)年限15年，隨著標(biāo)煤價(jià)的提升，回收年限將也隨著降低，二次再熱機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性能將更加明顯。當(dāng)標(biāo)煤價(jià)格達(dá)到900元時(shí)，回收年限小于8年。由以上技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，幾種方案中選用二次再熱機(jī)組經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)（未考慮減排帶來(lái)的收益），但同時(shí)也要做好投資費(fèi)用的控制。

2. 二次再熱機(jī)組節(jié)能環(huán)保分析

采用二次再熱機(jī)組，可有效提高機(jī)組熱效率，減少標(biāo)煤耗量，不僅節(jié)約燃煤費(fèi)用，更可減少污染物及粉塵排放，節(jié)能環(huán)保指標(biāo)比較如表5所示（表中為兩臺(tái)機(jī)組）。

表5 節(jié)能環(huán)保指標(biāo)比較

由表5可知，兩臺(tái)機(jī)組采用二次再熱時(shí)，節(jié)約了燃煤，同時(shí)減少了煙塵、CO2、SO2、NOX的排放量，具有巨大的環(huán)保和社會(huì)效益。

3. 結(jié)論

本文以1000MW二次再熱高效燃煤機(jī)組為例，從經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能環(huán)保等方面對(duì)二次再熱機(jī)組進(jìn)行了分析，一定程度上為國(guó)內(nèi)主機(jī)選型提供參考。一是提高超超臨界機(jī)組蒸汽參數(shù)，可以提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，而采用二次再熱相對(duì)一次再熱提高的經(jīng)濟(jì)性更加顯著。二是從經(jīng)濟(jì)性來(lái)看，選用二次再熱機(jī)組經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，但二次再熱機(jī)組初投資較高，故要做好投資費(fèi)用的控制。三是從節(jié)能環(huán)保來(lái)看，采用二次再熱時(shí)，節(jié)約了燃煤，同時(shí)減少了煙塵、CO2、SO2、NOX的排放量，相對(duì)于一次再熱機(jī)組具有巨大的環(huán)保和社會(huì)效益。