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【摘 要】一次能源价格的大幅波动,再次促使人们重视节能工作的社会效益和经济收益关系。火力发电厂作为高能耗的能源转换重要企业,优化节能方案中技术和经济方案,通常情况都能同时实现更好的社会效益和经济收益。
【关键词】节能 收益 能耗 成本
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)08(b)-0183-02
能源短缺和环境污染是人类当前共同面临的世纪性难题。随着工业化和城镇化进程的加快,重要资源不足的矛盾日益突出。要解决资源战略问题,必须大力开展能源节约与资源综合利用。
我国“十一五”规划建设从产出方面提出了目标要求——人均GDP翻一番,同时也提出一个约束性很强的指标——单位GDP能耗要比“十五”期末降低20%。而实现单位GDP能耗下降20%主要途径有:结构节能、推进技术节能及管理节能。可以看出节能减排已成为一项政府行为,是“十一五”规划的工作重点之一。
电力资源是资源战略问题中的重中之重,是国民经济和社会发展的重要基础。电力工业具有建造工期长、吞吐量大、消耗高和排放大的特点;电力项目建设对自然资源开发和生态环境影响较大。面对经济和社会发展巨大的电力需求,在加快开发和建设的同时,必须立足当前,着眼长远;要抓好节约,提高效率,保护环境。通过技术革新,逐步提高电力利用效率,节省有限的自然资源,保护环境,实现可持续发展。
电力是火力发电厂的主要可销售产品,有效地降低生产电力时的综合能耗,就等于降低了产品的制造成本,为企业直接创造了经济效益并提升了企业的竞争力。一次能源价格的大幅波动,反映出节能工作不单是一项政府行为,也是广大火电厂谋求持续发展的必须途径;由此突显火电厂在运营中节能工作的可行性和迫切性。
2003年至2006年期间我国新建设成一批燃气-蒸汽联合循环发电厂,这些燃气轮发电设备相对燃煤机组而言,其效率高、环保性能好、建设周期短,并且具有启停及增减负荷速度快的优点,特别适合做调峰机组,在稳定整个电网方面起着燃煤机组所无法比拟的重要作用。这批联合循环发电的燃机电厂中,以重油为燃料的9E机组最有代表性,突显其在发电行业中节能、环保和安全的优势。尽管燃料和电价之间存在许多不定因素,对比燃机电厂中两种加热方案的数据,可以证明,通常情况下节能效益与经济收益是一致的。
以重油为燃料的燃气-蒸汽联合循环发电厂中,运行期间需要把重油从50℃或更低的温度提高到125℃左右。一般情况下,加热这些重油所需热源可从以下两种方案中获得:
①利用现成的重油为燃料,单独设置效率比较高的辅助锅炉(通称为启动锅炉)提供饱和蒸汽来加热燃机运行所需要的重油;这是分散燃烧的供热方式,其物料及能耗的平衡情况如下图1所示——辅助锅炉供热物料及能耗示意图。
②利用机组现有的配置,从燃机燃烧后的余热锅炉中抽取部分蒸汽(或通过减温减压)来加热重油;这是集中在燃机中燃烧后的供热方式,其物料及能耗的平衡情况如下图2所示——抽汽供热物料及能耗示意图。
图1所示的第一个方案中,燃油锅炉直接把初始参数为hw(p11和t11)的给水加热到指定最终参数为hs(ps和ts) 的饱和蒸汽。消耗的主要物料和成本都是重油,因排烟所带走的热量没有被回收利用,所以计算供汽能耗时只按供热蒸汽可用热能占输入总热能的比例来计算。从给定的条件可以计算出每小时产生F吨饱和蒸汽所消耗的重油量:
式(1-1)
由此可得第一种供热方式中每小时提供F吨蒸汽的能耗E1及成本C1如下:
式(1-2)
式(1-3)
图2所示的第二个方案中,因加热工艺要求一致,所以要求最终蒸汽参数与方案一对比时,Ps2＝Ps1且ts2＝ts1;从余热锅炉提供给汽轮机发电的主蒸汽中抽取初参数为hms(pms和tms)的部分蒸汽,通过减温减压后变成最终参数为hs(ps和ts)的饱和蒸汽。虽然本方案直接消耗的主要物料和成本都是主蒸汽,但对联合循环发电而言,主蒸汽是靠余热锅炉利用燃机烟气而产生的,抽取部分主蒸汽的能耗代价就是减少了汽轮机的发电量,并且在计算综合经济效益时也是以发电量为主要指标,即本方案的主要成本就是减少发电量所应产生的经济效益。所以计算供汽能耗时需考虑余热利用效率,计算成本时须把抽取的主蒸汽量折算为发电量。同样条件下,每小时需要提供F吨饱和蒸汽所消耗主蒸汽为量:
式(2-1)
由此可得第二种供热方式中每小时提供F吨蒸汽的能耗E2及成本C2如下:
式(2-2)
相对方案一:取汽方式没有大型电机等耗电设备(余热锅炉岛内所耗电能反映在余热利用率ηr中),主汽流量Fms与减温水流量Fw2之和等于供热蒸汽流量F,所以取汽用电Erd＝0且两种方式的原水耗能Erw＝Ebw。
式(2-3)
上述两种方式的能耗差△E和成本差△C如下:
上述各式中符号意义及两套9E机组的平均数如下:
F—辅助锅炉产汽量(供汽量10t/h),hs—供热的(饱和)蒸汽焓(2775kJ/kg),hw—辅助锅炉给水焓(104.9kJ/kg),ηb—辅助锅炉热效率(90.7%),hy—重油低位熱值(40800kJ/kg),E1——辅助锅炉提供F吨蒸汽的能耗率(kJ/h),Edl——辅助锅炉的用电功率(60.5kW),ηe——火力发电厂的供电效率(48.2%),C1——辅助锅炉提供F吨蒸汽的成本(元/小时);hms—主蒸汽焓(3460kJ/kg),hw2—减温水焓(532.3kJ/kg),E2——抽取主汽提供F吨加热蒸汽的能耗率(kJ/h),ηr——余热锅炉的余热利用率(76.2%),ψg——汽轮机的发电汽耗(3.38kg/kWh),C2——抽取主汽提供F吨加热蒸汽的成本(元/小时), My—重油成本(元/吨);Md—用电成本(元/度) ,Me——供电价格(元/度)。结合与市场价格波动范围比较接近的数据(My＝2500～5000元/吨,Md＝Me＝0.4～0.8元/度)可得:
△E≈7050～458918kJ/h是正数。因为技术革新来明显提高设备效率需较长的历程,通过调整运行方式来提高总体效率的效果是有限的;即使在短期内通过各种途径提高了总体效率,对△E＞0的结果影响不大。即用燃油辅助锅炉产汽时比从余热锅炉抽汽方案的能耗高,即在节能方面方案二总是比方案一有优势。
△C≈0.72154My-2266.35Me＋60.5 Md≈1140～1840元/小时。△C也是正的,说明在上述假设的重油、用电及供电价格下,用燃油辅助锅炉产汽比从余热锅炉抽汽的供热成本高;即方案二比方案一的经济收益更好,如果把设备折旧费计算在里面的话,这个运营成本的差值就更大了。这个结果反映出运行时能耗大的技术方案、通常情况下其运营的成本也提高了,体现出技术节能中社会效益与企业经济收益是一致的;也就是说,节能就是为企业节省了金钱。
只要辅助锅炉和抽取的主汽源头确定,各技术指标不因燃料或电价而变化,能耗指标△E就确定;受重油价格和上网电价波动的影响,作为经济指标的△C是不能一概而论。从△C的计算式中不难发现,如果重油价格相对售电价低得多(或上网电价相对重油价格高得多)时,成本差△C有可能为负数,说明方案二比方案一的运营成本高,虽然方案二在节能方面一直有良好社会效益,但对企业的经济收益不利。因为市场价格不象技术参数那样平稳,要适应目前节能环保的大趋势,同时顾及企业的实际经营情况时,运行中取舍上述两种加热方式前,都需要适时对比分析,以便为最大化地实现社会效益和经济收益提供决策依据。
参考文献
[1] 郑体宽.热力发电厂(重庆大学)北京:水利电力出版社 ,1986年.
[2] 林万超,瞿钰.论分析热力系统的等效热降低法.西安:西安交通大学学报,1976年.
[3] 金定安,等.工业锅炉原理.西安:西安交通大学出版社 ,1986年.
[4] ‘企业热平衡’组.节能技术.北京:机械工业出版社.1984年.
[5] 张永照,牛长山.环境保护与综合利用.北京:机械工业出版社 ,1982年.
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
【关键词】节能 收益 能耗 成本
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)08(b)-0183-02
能源短缺和环境污染是人类当前共同面临的世纪性难题。随着工业化和城镇化进程的加快,重要资源不足的矛盾日益突出。要解决资源战略问题,必须大力开展能源节约与资源综合利用。
我国“十一五”规划建设从产出方面提出了目标要求——人均GDP翻一番,同时也提出一个约束性很强的指标——单位GDP能耗要比“十五”期末降低20%。而实现单位GDP能耗下降20%主要途径有:结构节能、推进技术节能及管理节能。可以看出节能减排已成为一项政府行为,是“十一五”规划的工作重点之一。
电力资源是资源战略问题中的重中之重,是国民经济和社会发展的重要基础。电力工业具有建造工期长、吞吐量大、消耗高和排放大的特点;电力项目建设对自然资源开发和生态环境影响较大。面对经济和社会发展巨大的电力需求,在加快开发和建设的同时,必须立足当前,着眼长远;要抓好节约,提高效率,保护环境。通过技术革新,逐步提高电力利用效率,节省有限的自然资源,保护环境,实现可持续发展。
电力是火力发电厂的主要可销售产品,有效地降低生产电力时的综合能耗,就等于降低了产品的制造成本,为企业直接创造了经济效益并提升了企业的竞争力。一次能源价格的大幅波动,反映出节能工作不单是一项政府行为,也是广大火电厂谋求持续发展的必须途径;由此突显火电厂在运营中节能工作的可行性和迫切性。
2003年至2006年期间我国新建设成一批燃气-蒸汽联合循环发电厂,这些燃气轮发电设备相对燃煤机组而言,其效率高、环保性能好、建设周期短,并且具有启停及增减负荷速度快的优点,特别适合做调峰机组,在稳定整个电网方面起着燃煤机组所无法比拟的重要作用。这批联合循环发电的燃机电厂中,以重油为燃料的9E机组最有代表性,突显其在发电行业中节能、环保和安全的优势。尽管燃料和电价之间存在许多不定因素,对比燃机电厂中两种加热方案的数据,可以证明,通常情况下节能效益与经济收益是一致的。
以重油为燃料的燃气-蒸汽联合循环发电厂中,运行期间需要把重油从50℃或更低的温度提高到125℃左右。一般情况下,加热这些重油所需热源可从以下两种方案中获得:
①利用现成的重油为燃料,单独设置效率比较高的辅助锅炉(通称为启动锅炉)提供饱和蒸汽来加热燃机运行所需要的重油;这是分散燃烧的供热方式,其物料及能耗的平衡情况如下图1所示——辅助锅炉供热物料及能耗示意图。
②利用机组现有的配置,从燃机燃烧后的余热锅炉中抽取部分蒸汽(或通过减温减压)来加热重油;这是集中在燃机中燃烧后的供热方式,其物料及能耗的平衡情况如下图2所示——抽汽供热物料及能耗示意图。
图1所示的第一个方案中,燃油锅炉直接把初始参数为hw(p11和t11)的给水加热到指定最终参数为hs(ps和ts) 的饱和蒸汽。消耗的主要物料和成本都是重油,因排烟所带走的热量没有被回收利用,所以计算供汽能耗时只按供热蒸汽可用热能占输入总热能的比例来计算。从给定的条件可以计算出每小时产生F吨饱和蒸汽所消耗的重油量:
式(1-1)
由此可得第一种供热方式中每小时提供F吨蒸汽的能耗E1及成本C1如下:
式(1-2)
式(1-3)
图2所示的第二个方案中,因加热工艺要求一致,所以要求最终蒸汽参数与方案一对比时,Ps2＝Ps1且ts2＝ts1;从余热锅炉提供给汽轮机发电的主蒸汽中抽取初参数为hms(pms和tms)的部分蒸汽,通过减温减压后变成最终参数为hs(ps和ts)的饱和蒸汽。虽然本方案直接消耗的主要物料和成本都是主蒸汽,但对联合循环发电而言,主蒸汽是靠余热锅炉利用燃机烟气而产生的,抽取部分主蒸汽的能耗代价就是减少了汽轮机的发电量,并且在计算综合经济效益时也是以发电量为主要指标,即本方案的主要成本就是减少发电量所应产生的经济效益。所以计算供汽能耗时需考虑余热利用效率,计算成本时须把抽取的主蒸汽量折算为发电量。同样条件下,每小时需要提供F吨饱和蒸汽所消耗主蒸汽为量:
式(2-1)
由此可得第二种供热方式中每小时提供F吨蒸汽的能耗E2及成本C2如下:
式(2-2)
相对方案一:取汽方式没有大型电机等耗电设备(余热锅炉岛内所耗电能反映在余热利用率ηr中),主汽流量Fms与减温水流量Fw2之和等于供热蒸汽流量F,所以取汽用电Erd＝0且两种方式的原水耗能Erw＝Ebw。
式(2-3)
上述两种方式的能耗差△E和成本差△C如下:
上述各式中符号意义及两套9E机组的平均数如下:
F—辅助锅炉产汽量(供汽量10t/h),hs—供热的(饱和)蒸汽焓(2775kJ/kg),hw—辅助锅炉给水焓(104.9kJ/kg),ηb—辅助锅炉热效率(90.7%),hy—重油低位熱值(40800kJ/kg),E1——辅助锅炉提供F吨蒸汽的能耗率(kJ/h),Edl——辅助锅炉的用电功率(60.5kW),ηe——火力发电厂的供电效率(48.2%),C1——辅助锅炉提供F吨蒸汽的成本(元/小时);hms—主蒸汽焓(3460kJ/kg),hw2—减温水焓(532.3kJ/kg),E2——抽取主汽提供F吨加热蒸汽的能耗率(kJ/h),ηr——余热锅炉的余热利用率(76.2%),ψg——汽轮机的发电汽耗(3.38kg/kWh),C2——抽取主汽提供F吨加热蒸汽的成本(元/小时), My—重油成本(元/吨);Md—用电成本(元/度) ,Me——供电价格(元/度)。结合与市场价格波动范围比较接近的数据(My＝2500～5000元/吨,Md＝Me＝0.4～0.8元/度)可得:
△E≈7050～458918kJ/h是正数。因为技术革新来明显提高设备效率需较长的历程,通过调整运行方式来提高总体效率的效果是有限的;即使在短期内通过各种途径提高了总体效率,对△E＞0的结果影响不大。即用燃油辅助锅炉产汽时比从余热锅炉抽汽方案的能耗高,即在节能方面方案二总是比方案一有优势。
△C≈0.72154My-2266.35Me＋60.5 Md≈1140～1840元/小时。△C也是正的,说明在上述假设的重油、用电及供电价格下,用燃油辅助锅炉产汽比从余热锅炉抽汽的供热成本高;即方案二比方案一的经济收益更好,如果把设备折旧费计算在里面的话,这个运营成本的差值就更大了。这个结果反映出运行时能耗大的技术方案、通常情况下其运营的成本也提高了,体现出技术节能中社会效益与企业经济收益是一致的;也就是说,节能就是为企业节省了金钱。
只要辅助锅炉和抽取的主汽源头确定,各技术指标不因燃料或电价而变化,能耗指标△E就确定;受重油价格和上网电价波动的影响,作为经济指标的△C是不能一概而论。从△C的计算式中不难发现,如果重油价格相对售电价低得多(或上网电价相对重油价格高得多)时,成本差△C有可能为负数,说明方案二比方案一的运营成本高,虽然方案二在节能方面一直有良好社会效益,但对企业的经济收益不利。因为市场价格不象技术参数那样平稳,要适应目前节能环保的大趋势,同时顾及企业的实际经营情况时,运行中取舍上述两种加热方式前,都需要适时对比分析,以便为最大化地实现社会效益和经济收益提供决策依据。
参考文献
[1] 郑体宽.热力发电厂(重庆大学)北京:水利电力出版社 ,1986年.
[2] 林万超,瞿钰.论分析热力系统的等效热降低法.西安:西安交通大学学报,1976年.
[3] 金定安,等.工业锅炉原理.西安:西安交通大学出版社 ,1986年.
[4] ‘企业热平衡’组.节能技术.北京:机械工业出版社.1984年.
[5] 张永照,牛长山.环境保护与综合利用.北京:机械工业出版社 ,1982年.
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”