四川A火电(2×100万千瓦)项目利用小时与耗煤总量关系的定量分析

摘要：通过对估算运行发电煤耗的分析，运用统计学相关分析和回归原理，探讨利用小时和耗煤总量的数量关系。

关键词：利用小时 耗煤总量 回归分析

中图分类号： C35 文献标识码： A

前言：随着社会经济发展，市政生活用电递增速度已大于工业用电，以致用电结构发生了改变，电网负荷昼夜峰谷差越来越大。所以调峰是电网必须面对的问题，但是燃气和燃油价格昂贵，经济效益差；我国水电所占比例较小，分布不均匀，而且受水流季节性的影响，没有很多调节能力，因此我国的基本负荷和调峰负荷主要还是由火电来承担。

在火电厂发电生产经营中，发电收入的50%左右是发电成本，而在发电总成本中，80%是燃煤成本。所以控制单位发电煤耗是增加盈利的关键技术手段。其中，随着发电利用小时的升高，发电煤耗呈现下降的趋势。本文利用统计学相关和回归分析原理，探讨利用小时如何影响发电煤耗的变化情况。

正文：第一章 相关背景知识介绍

（一）能源是经济增长和社会发展的重要物质基础

电能具有清洁、高效、便捷的优势。长期以来，我国在发电能源资源匮乏、用电负荷较大的东部沿海地区建设了大量燃煤火电厂。截至2013年底，我国发电装机容量达到12.47亿千瓦，其中火电8.6亿千瓦,占总装机容量的68%。

超超临界火电机组国内外研究现状:

在火力发电机组的发展过程中，超临界机组和超超临界机组是同时开发和交叉发展的。经过近半个世纪的研究、发展和完善，超临界和超超临界机组已经进入了成熟和商业化运行的阶段。目前发展超超临界技术领先的国家主要是日本、德国、丹麦等，世界范围内属于超超临界参数的机组大约有100余台，超超临界机组的最高热效率已达到47%。截至目前，我国投运的百万千瓦超超临界火电机组已有60台，已经成为投产运行、在建、拟建百万千瓦超超临界机组最多的国家，全面进入规模化、商业化运作阶段。

百万千瓦级超超临界机组具有效率高、煤耗低、单位千瓦投资省、人员少、维护费用低及同容量电厂建设周期短，建筑用地少等综合优点，同时也适应我国电力工业的发展和符合电网对机组容量的需求，将成为反映我国电力工业技术水平的代表性机组。

2012年全国平均供电煤耗325g/kwh,1000MW超超临界机组供电煤耗可以降低到290 g/kwh，2台机组年可节约标准煤万吨，提高机组效率，降低火力发电站的CO2排放，对实现我国设定的碳减排目标具有重要意义，也是我国国民经济持续高速增长的重要保证。

发展趋势：我国是以煤炭为主要一次能源的国家，煤电在电力生产中占主导地位。随着国民经济的发展，我国发电设备的装机容量每年都以较快的速度递增。到2012年底，我国发电装机容量11.47亿千瓦，其中火电8.2亿千瓦，占71.49%，尽管我国目前在大力发展核电、水电、风电、太阳能光伏发电等产业，但在未来几十年的时期，火力发电在我国电力生产的主导地位仍然无法改变。随着《京都议定书》的实施，大型火力发电设备CO2减排要求日益提高，发展先进的1000MW超超临界发电技术，进一步提高火电发电机组的热效率，大幅度降低一次能源的消耗，减少温室气体（CO2）及污染物的排放是我国国民经济、社会稳定、健康发展需求具有重要意义。根据国家发改委预测未来我国所需用电量的年平均增长速度不低于5%；目前我国煤炭总产量为27亿吨，其中用于发电为16亿吨，到2020年，我国煤炭总产量为35亿吨，发电用煤将达到21亿吨。大规模采用新一代更大容量超超临界发电技术，有效降低发电单位煤耗，提升利用小时，必将是新世纪我国火力发电的主要发展方向，对节约能源、减少污染具有重要意义。

（二）火力发电厂生产过程介绍：

本工程建设两台100万千瓦超超临界、湿冷、燃煤凝汽式发电机组，其主要原料为煤和水，产品为电能。燃煤由火车运输送入电厂后在条形煤场储存，再经厂内皮带输送系统、给煤机进入中速磨制粉系统磨制成煤粉后送入锅炉燃烧，将锅炉内除盐水加热成为超超临界参数蒸汽。从锅炉来的超超临界参数蒸汽在汽轮机中膨胀做功，带动发电机发电，所发电力除少部分自用外，大部分经升压后接入电网。

（三）发电煤耗计算依据

根据国家节能中心的《节能评审评价指标通告》（第2号）

关于火电机组发电煤耗计算方法，由于火电项目投运后受诸多因素影响，其实际运行指标一般会偏离设计值。 评价项目具体能效指标时，建议使用估算运行值。

第二章 基本概念介绍

（一）基本概念介绍

1发电煤耗：发电煤耗是发电厂单元机组的锅炉、汽轮机设备及其热力系统运行的经济性直接体现，即指每发1kwh的电能所耗用的标准煤量，单位为g/kwh。单元发电机组发电煤耗的影响因素很多，从数理关系上讲，直接影响因素是锅炉效率、管道效率和汽轮机热耗。

发电煤耗率的水平变化对企业的影响，就是发电煤耗每升高1g/kwh，浪费多少煤炭，多支出多少费用；或者发电煤耗每降低1g/kwh能节约多少煤炭，企业能增加多少利润。1g/kwh发电煤耗对企业经济效益的影响可用数据说明：如果电厂年发电量为100亿kwh，则发电煤耗降低1g/kwh，一年就可节约1万吨标准煤，如果标准煤单价为700元/t,则一年可节约燃料费用700万元。

2运行小时：汽轮发电机运行小时是指从汽轮发电机组并入电网时开始，至汽轮发电机组与电网解列为止的连续运行时间，即是汽轮发电机组并入电网处于带负荷运行状态的累计时间。

3利用小时：发电设备利用小时是指实际发电量除以发电设备铭牌容量的商，单位：h，一般常以年为统计时段，表示发电设备的年利用程度。比如：某100万千瓦装机容量机组全年发电50亿千瓦时，机组年利用小时=500000万千瓦时/100万千瓦=5000小时。年利用小时与之对应的年运行小时数的分配原则按照运行实际情况估算出来。

年利用小时的发电煤耗等于与之对应的年运行小时煤耗，首先根据不同负荷运行小时的锅炉效率管、道效率和汽机热耗情况，分别计算100%负荷运行小时Hyx-100、75%负荷运行小时Hyx-75和50%负荷运行小时Hyx-50下的发电煤耗，然后按照加权平均的方法，计算不同年运行小时下的发电煤耗，与之相对应的是不同利用小时下的发电煤耗情况。

4锅炉效率：锅炉效率是指锅炉的有效利用热占输入锅炉热量的百分比。

根据能力平衡原理，得Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6 (1)

将式（1）两边都除以Qr乘100，则得q1+q2+q3+q4+q5+q6=100

式中qi=Qi/Qr×100(i=1~6),分别表示有效利用热或各项损失占输入热量的百分比。

Qr 输入锅炉热量

Q1有效利用热：指水和蒸汽流经各受热面时吸收的热量。

Q2排烟热损失：是由于排烟所拥有的热量随烟气排入大气而未被利用造成的。

Q3气体未完全燃烧热损失：可燃气体未完全燃烧热损失亦称化学未完全燃烧热损失，是锅炉排烟中残留的可燃气体未燃烧放热而造成的热损失，等于烟气中各种可燃气体的容积与其容积发热量乘积之和。

Q4固体未完全燃烧热损失：是灰中未燃烧或未燃尽的碳造成的热损失和使用中速磨煤机时排出的石子煤的热量损失，也称为机械未完全燃烧损失。

Q5散热损失：锅炉运行时，炉墙、金属结构以及锅炉机组范围内的烟风道、汽水管道和联箱等的外表面温度会高于周围环境温度，所以锅炉会通过自然对流和辐射传热的方式向周围散热，从而形成散热损失。

Q6灰渣物理热损失：是指锅炉排出的炉渣、飞灰与沉降灰所携带的热量未被利用而引起的热损失。

ηgl=100-(q2+q3+q4+q5+q6)

5管道效率：管道效率是指汽轮机、锅炉主蒸汽、再热蒸汽、给水等高温管道、阀门的热损失量占输送总热量的比例。

6汽机热耗：汽轮机发电机每发出1度电（1kWh）所需要的热量称为汽机热耗。用q表示，单位kJ/kWh。1kWh的电能能发出相当于3600kJ的热量。

（二）发电煤耗计算

1.根据设计发电标准煤耗计算公式bf=，分别计算100%负荷单位小时、75%负荷单位小时和50%负荷单位小时下的设计发电标准煤耗。

根据设备生产厂家提供的基础数据：

100万kW机组100%负荷情况下汽机热耗、锅炉效率和管道效率分别为7165kJ/kWh、94.27%和99%。

100万kW机组75%负荷情况下汽机热耗、锅炉效率和管道效率分别为7264kJ/kWh、94.38%和99%。

100万kW机组50%负荷情况下汽机热耗、锅炉效率和管道效率分别为7472kJ/kWh、94.44%和99%。

bf (100%负荷) =7165/(29.271×0.94.27×0.99)=262.2829g/kwh

bf (75%负荷) =7264/(29.271×0.94.38×0.99)=265.597g/kwh

bf (50%负荷) =7472/(29.271×0.94.44×0.99)=273.0286g/kwh

不同负荷的单位小时锅炉效率、管道效率、汽机热耗和发电煤耗情况如下表：

单位负荷 1000MW 750MW 500MW

锅炉效率 94.27% 94.38% 94.44%

管道效率 99.00% 99.00% 99.00%

汽机热耗 7165 7264 7472

煤耗 262.2829 265.597 273.0286

2.根据估算运行发电标准煤耗计算公式bf =，分别计算不同运行小时对应下的利用小时发电标准煤耗。

(1) bf(4500-6500)=bf-100%×1500+bf-75%×2000+bf-50%×3000)/6500=

（1500×262.2829g/kwh+2000×265.597g/kwh+3000×273.0286g/kwh）/6500= 268.26 g/kwh

(2)bf(5000-7000)= bf-100%×2000+bf-75%×2000+bf-50%×3000)/7000=

（2000×262.2829g/kwh+2000×265.597g/kwh+3000×273.0286g/kwh）/7000=267.84 g/kwh

(3)bf(5500-7500)= bf-100%×2500+bf-75%×2000+bf-50%×3000)/7000=

（2500×262.2829g/kwh+2000×265.597g/kwh+3000×273.0286g/kwh）/7000= 267.46 g/kwh

(4)bf(6000-7500)= bf-100%×3500+bf-75%×2000+bf-50%×2000)/7000=

（3500×262.2829g/kwh+2000×265.597g/kwh+2000×273.0286g/kwh）/7000= 266.03g/kwh

(5)bf(6500-7500)= bf-100%×4500+bf-75%×2000+bf-50%×1000)/7000=

（4500×262.2829g/kwh+2000×265.597g/kwh+1000×273.0286g/kwh）/7000= 264.60g/kwh

3．计算不同利用小时下的燃煤总量：

G4500=（100万千瓦×4500小时×268.26 g/kwh）/1000000=1207170吨

G5000=（100万千瓦×5000小时×267.84 g/kwh）/1000000=1339200吨

G5500=（100万千瓦×5500小时×267.46g/kwh）/1000000= 1471030吨

G6000=（100万千瓦×6000小时×266.03g/kwh）/1000000= 1596180吨

G6500=（100万千瓦×6500小时×264.60g/kwh）/1000000= 1719900吨

（三）用统计学相关与回归分析理论做定量分析

1.利用小时和耗煤总量的相关分析

在统计分析中，为了准确度量利用小时和耗煤总量两个变量之间的关系密切程度，计算其样本相关系数，来推断和估计总体相关系数。上述已经对变量利用小时x与y作5次有代表性的计算，得到容量为5的样本观测值（xi,yi）(i=1,2,3,4,5)。假设x与y市刻度级变量，可用这组样本观测值计算样本协方差和样本相关系数。

根据统计学理论，样本相关系数r是总体相关系数ρ的无偏估计量，其取值范围在[-1,+1]之间。若0

利用小时与耗煤量相关系数计算表

注：为了方便计算，煤耗量的单位取（万吨10）。

（1）确定样本相关系数

变量x与y的样本协方差为 ==，变量x与y的样本相关系数为r=

其中Lxx=2, Lyy=2

由r= 得r= =

=0.99988, 表明利用小时和耗煤总量存在正线性相关关系。

（2）样本相关系数的显著性检验

样本相关系数是由样本得出的统计量，用它来估计总体相关系数，并说明变量之间是否具有线性关系，然后对样本相关系数作假设检验。

①提出假设，H0：ρ=0，H1：ρ≠0

②构造并计算检验统计量：F=(n-2) ，可以证明当H0成立时，F~F（1，n-2）。

③统计检验。在显著性水平α下，当F≥Fα（1，n-2）时，拒绝H0，认为x与y之间线性相关关系显著；当F＜Fα（1，n-2）时，接受H0 ，认为x与y之间线性相关关系不显著。

④对r=0.8957的样本相关系数进行显著性检验（α=0.05）。

r=0.8957，α=0.05，n=5

H0：ρ=0，H1：ρ≠0

F(n-2)=(5-2)=10712

查表F0.05（1,3）=215.7，于是F＞F0.05（1,3），拒绝H0，认为利用小时与耗煤总量之间线性相关关系显著。

2.利用小时和耗煤总量的回归分析

回归分析是根据事物与变量之间相关关系的具体形式，选择一个合适的数字模型，来近似地表述事物与变量之间的平均变化关系。在相关分析表明变量之间存在高度相关时，用回归分析寻求变量之间相关的具体形式。

首先，确定利用小时x为自变量，耗煤总量y为因变量。

利用小时与耗煤总量回归分析计算表

β1===0.0256

β0=y-β1x=146.67-0.0256×5500=5.87

于是，利用小时x与耗煤总量y之间的经验回归方程为：

y=5.87+0.0256x

根据利用小时和煤耗总量之间的经验回归方程，可以由自变量利用小时的取值来估计和预测因变量耗煤总量的取值。

结束语：火电厂实际负荷由于种种原因小于设计规划，负荷不足造成锅炉效率下降、汽轮机内效率下降，节煤总效益大大降低。所以业主方要尽量提高利用小时数，使得实际负荷接近设计的额定负荷，提高节煤总效益。

第五章 参考文献

《火电厂能耗指标分析手册》蒋明昌 2011.01

《超超临界1000MW机组运行经济性能评估报告》包劲松 2011.01

《国家节能中心节能评审评价指标》通 告（第2号）2013.09