煤炭中雜質(zhì)對機組運行經(jīng)濟性的影響

彭建良

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院三門峽分院，河南 三門峽472000）

近幾年來，電力用煤日趨緊張，火力發(fā)電廠燃用的煤炭質(zhì)量有不同程度的下降。其主要原因是煤炭中雜質(zhì)含量明顯上升，這對鍋爐乃至整個機組的經(jīng)濟運行都將產(chǎn)生十分不利的影響。本文以一臺1025t/h燃煤鍋爐為例，具體分析煤炭中雜質(zhì)變化對鍋爐熱效率、機組廠用電率以及機組運行時主要經(jīng)濟指標(biāo)的影響。

1 基本參數(shù) （三門峽華陽發(fā)電有限責(zé)任公司300MW工況下的數(shù)據(jù)）

入爐煤低位發(fā)熱量Qnet，ar=19845KJ/kg，煤消耗量145t/h，鍋爐蒸發(fā)量935t/h，飛灰含碳量Cfh=2%，爐渣含碳量Clz=4%，收到基灰分Aar=21.30%，收到基水分Mar=12.21%，收到基碳成分Car=52.70%，收到基氫成分Har=3.08%，收到基氧成分Oar=8.44%，收到基氮成分Nar=1.13%，收到基硫成分Sar=1.14%，送風(fēng)機單位耗電率0.85kW·h/t汽，引風(fēng)機單位耗電率2.7kW·h/t汽，一次風(fēng)機單位耗電率13kW·h/t煤，磨煤機單位耗電率7kW·h/t煤，輸煤系統(tǒng)單位耗電率2.5kW·h/t煤，除灰系統(tǒng)單位耗電率3.0kW·h/t煤。

2 鍋爐熱效率的計算依據(jù)

熱損失法鍋爐熱效率的計算公式為：ηgl=1-（q2+q3+q4+q5+q6）［1］。

式中，q2為排煙熱損失的百分率；q3為可燃?xì)怏w未完全損失的百分率；q4為固體未完全燃燒熱損失的百分率；q5為鍋爐散熱損失的百分率；q6為灰渣物理顯熱損失的百分率。

依據(jù)以上各項損失的計算規(guī)定，若僅入爐煤低位發(fā)熱量變化（其他參數(shù)保持不變）時，q3、q5、q6的值基本上不變，因此有：Δηgl＝－（Δq2＋Δq4）。

可以看出，若能確定Δq2與Δq4的大小，就能計算出鍋爐效率的變化量。

3 各項熱損失值的計算（基準(zhǔn)工況下）

要計算和分析熱損失的變化值，首先應(yīng)確定其基準(zhǔn)值，沒有基準(zhǔn)值則無法比較。在此選定機組的設(shè)計值為基準(zhǔn)值。

3.1 排煙熱損失值q2的計算［1］

3.1.1 排煙熱損失的計算

Q2=（Vgy×CP，gy+Vh2o×CP，h2o）×（θpy-t0）

由基本參數(shù)的相關(guān)數(shù)據(jù)計算可得：

Q2=（6.9432×1.38+0.6081×1.51）×（149-50）=1039.4849kJ/kg。

3.1.2 排煙熱損失百分率的計算［1］

q2=Q2/Qr=Q2/Qnet，ar=1039.4849/19845=5.24%

3.2 固體未完全燃燒熱損失的計算

q4=337.27×Aar×C/Qr=337.27×Aar×C/Qnet，ar

由基本參數(shù)的相關(guān)數(shù)據(jù)計算可得：q4=337.27×21.30×2.25/19845=0.81%。

4 煤炭中雜質(zhì)對鍋爐效率影響的計算[2]

在此僅討論雜質(zhì)變化（主要是灰份）對煤炭低位發(fā)熱量的影響。

假定煤炭中除灰分含量變化外，其它成分含量保持不變；燃煤中的雜質(zhì)（灰分）含量增加2個百分點。若將燃煤的低位發(fā)熱量19845KJ/kg分成100等份，那么每1份，即1個百分點的低位發(fā)熱量為198.45KJ/kg。則煤中雜質(zhì)含量增加2個百分點后，其發(fā)熱量為：19845×（100-2）%=19448KJ/kg。即煤炭低位發(fā)熱量下降500KJ/kg，相當(dāng)于燃煤中的灰份增加了2.52個百分點。

低位發(fā)熱量變化后煤炭灰分為21.30+2.52=23.82（%）。

4.1 排煙損失值q2的變化量

由于燃煤中灰分的變化對排煙熱損失Q2基本上沒有影響，則：

q2=Q2/Qnet，ar=1039.4849/19448=5.34。

排煙損失q2的變化量：Δq2=5.34-5.24=0.10%。

4.2 固體未完全損失q4的變化量

固體未完全損失q4的變化量：Δq4=0.91-0.81=0.10%。

4.3 燃煤中灰分變化對鍋爐效率的影響值。

Δηgl＝－（Δq2＋Δq4）=－（0.10+0.10）=－0.20%

按以上計算方法，可以很方便地計算出燃煤中雜質(zhì)變化量為4、6、8、10個百分點時鍋爐效率的變化值。計算結(jié)果如表1所示。

表1 燃煤中雜質(zhì)變化對鍋爐效率的影響

5 煤炭中雜質(zhì)對機組廠用電率的影響計算

當(dāng)機組出力穩(wěn)定時，煤炭中雜質(zhì)含量的變化勢必導(dǎo)致入爐煤量發(fā)生變化，進而影響輸煤系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)等耗電量的變化。

以機組300MW工況為例，當(dāng)入爐煤中雜質(zhì)含量增加2個百分點時，入爐煤量則增加量為：

ΔB=145×19845×0.02=2.9t/h。

5.1 吸風(fēng)機單位耗電量的換算

對于吸風(fēng)機來說，由于整個煙氣中灰含量增加，導(dǎo)致煙氣密度增加，勢必會造成吸風(fēng)機耗電量的增加。而對于送風(fēng)機來說，因煤中灰量增加為不可燃質(zhì)，若變化量不大，送風(fēng)機風(fēng)量增加較少，在此對其耗量的影響略去不計。

吸風(fēng)機單位耗電量均為噸汽值，現(xiàn)將其換算為噸煤值。

Δe吸=2.7×935/145=17.4kW·h/t煤

5.2 煤炭中雜質(zhì)對鍋爐輔機單位耗電率的影響值

Δe=17.4+13+7+2.5+3.0=42.9kW·h/t煤

5.3 煤炭中雜質(zhì)對廠用電率的影響

廠用電量的增加值：ΔE=Δe×ΔB=124.41kW·h。

廠用電率的增加值：Δk=140.36/300000=0.042%。

表2 燃煤中變化對機組廠用電率的影響

6 結(jié)論與建議

6.1煤炭中雜質(zhì)含量的變化與鍋爐效率、機組廠用率和煤炭低位發(fā)熱量近似線性關(guān)系。

煤炭中雜質(zhì)含量每變化10個百分點，相應(yīng)地鍋爐效率變化1.10百分點，機組廠用電率變化0.22個百分點，煤炭的低位發(fā)熱量變化約2000KJ/kg。

煤炭雜質(zhì)變化對鍋爐排煙損失和機械不完全損失的影響量基本相當(dāng)。

6.2機組在額定工況下運行時，煤炭中雜質(zhì)含量每增加10個百分點，機組廠用電率增加0.22個百分點。若上網(wǎng)電價以0.30元/kW·h計算，機組供電成本增加0.7元/MW·h。同時導(dǎo)致鍋爐效率下降，相應(yīng)地機組供電煤耗約增加3.7g/kwh，若標(biāo)準(zhǔn)煤單價按400元/噸計算，機組供電成本增加1.5元/MW·h。

由此可看出，煤炭中雜質(zhì)含量增加10個百分點，將導(dǎo)致機組供電成本增加2.2元/MW·h。也就是說，當(dāng)機組向電網(wǎng)供電1億kWh時，供電成本將增加22萬元。

6.3煤炭中雜質(zhì)含量明顯增加時，入爐煤揮發(fā)分含量下降，其制粉系統(tǒng)的經(jīng)濟煤粉細(xì)度也發(fā)生相應(yīng)變化。若不及時調(diào)整，可能導(dǎo)致鍋爐飛灰可燃物上升。

［1］GB10184-88.電站鍋爐性能試驗規(guī)程［S］.

［2］翟培強.入爐煤低位發(fā)熱量變化對機組經(jīng)濟性的影響［A］.全國火電大機組（300MW級）競賽第33屆年會論文集［C］.