一種普適性電廠節(jié)能技術(shù)：原煤低溫預(yù)干燥

趙世飛，　徐　鋼，　王春蘭，　董　偉，　許　誠，　楊勇平

(華北電力大學(xué) 國家火力發(fā)電工程技術(shù)研究中心， 北京 102206)

?

一種普適性電廠節(jié)能技術(shù)：原煤低溫預(yù)干燥

趙世飛，徐鋼，王春蘭，董偉，許誠，楊勇平

(華北電力大學(xué) 國家火力發(fā)電工程技術(shù)研究中心， 北京 102206)

摘要：針對(duì)燃煤電廠提出一種原煤低溫預(yù)干燥技術(shù)，并討論了采用該干燥技術(shù)后燃煤電廠在設(shè)備和輔機(jī)電耗方面的變化.通過理論推導(dǎo)得出原煤中水分對(duì)原煤低位發(fā)熱量及機(jī)組熱力學(xué)性能的影響.以典型的原煤低位發(fā)熱量和供電效率為例，計(jì)算分析了不同低位發(fā)熱量的原煤采用不用程度的低溫預(yù)干燥后自身低位發(fā)熱量的變化，以及對(duì)不同機(jī)組供電煤耗率的影響.結(jié)果表明：如采用電廠廢熱干燥原煤且不考慮輔機(jī)電耗，煤中水分相對(duì)于干燥前每降低1%，可使低位發(fā)熱量上升1.2%～1.5%，供電煤耗率下降0.3～0.6 g/(kW·h)，節(jié)能效果顯著；原煤低溫預(yù)干燥系統(tǒng)簡單、投資可控，是一種極具潛力的普適性電廠節(jié)能技術(shù).

關(guān)鍵詞：燃煤機(jī)組； 原煤低溫預(yù)干燥； 低位發(fā)熱量； 煤耗率

近年來，隨著化石能源的短缺以及節(jié)能減排要求的日益嚴(yán)格，電力行業(yè)尤其是煤電行業(yè)面臨著新的挑戰(zhàn).2014年，國家發(fā)改委、環(huán)保部和國家能源局3部委下發(fā)的《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃2014—2020》明確指出：新建燃煤發(fā)電項(xiàng)目原則上采用600 MW及以上超超臨界機(jī)組，其中濕冷機(jī)組供電煤耗率不高于285 g/(kW·h).到2020年，現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組改造后平均供電煤耗率低于310 g/(kW·h)，其中現(xiàn)役600 MW及以上機(jī)組(除空冷機(jī)組外)改造后平均供電煤耗率低于300 g/(kW·h).這對(duì)我國煤電行業(yè)是一個(gè)巨大的壓力和挑戰(zhàn)，同時(shí)也將有力地推動(dòng)我國煤電行業(yè)走向深度節(jié)能，促進(jìn)我國煤電行業(yè)持續(xù)快速發(fā)展.

目前，煤電行業(yè)的單機(jī)容量較大、機(jī)組技術(shù)水平很高，上大壓小、變頻改造、汽輪機(jī)通流部分改造及輔機(jī)改進(jìn)等傳統(tǒng)節(jié)能手段大多已經(jīng)應(yīng)用，煤電行業(yè)節(jié)能普遍進(jìn)入“深水區(qū)”.綜合公開文獻(xiàn)和行業(yè)信息來看，目前有望較大規(guī)模實(shí)現(xiàn)的節(jié)能手段主要包括：采用超超臨界和更高參數(shù)(如700 ℃等)、優(yōu)化循環(huán)結(jié)構(gòu)及余熱利用等[1-4].然而，目前700 ℃高超臨界技術(shù)處于研發(fā)階段，仍面臨諸多問題，特別是新的鎳基耐高溫材料方面總體發(fā)展緩慢，而且即使研發(fā)成功，在現(xiàn)有的生產(chǎn)水平下，昂貴的機(jī)組造價(jià)也會(huì)成為限制主蒸汽參數(shù)提高的瓶頸[5-6].在循環(huán)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，二次再熱技術(shù)被認(rèn)為是一種降低新建機(jī)組煤耗率的有效方法.初步估算，新建超超臨界機(jī)組采用二次再熱的設(shè)計(jì)可使煤耗率降低8～12 g/(kW·h)[7-9]，但機(jī)組的投資也會(huì)相應(yīng)提高5%以上，對(duì)于百萬千瓦機(jī)組，投資可增加2～3億元甚至更高.同樣，電站鍋爐的煙氣余熱利用通常可使機(jī)組的供電煤耗率下降1.5～2.5 g/(kW·h)，但對(duì)百萬千瓦機(jī)組的改造費(fèi)用高達(dá)2 000～4 000萬元甚至更多[10-12].

近年來，隨著中東部高能量品級(jí)的煙煤消耗速度加快，越來越多的電廠燃用或者摻燒來自內(nèi)蒙、新疆以及從國外進(jìn)口的次煙煤和褐煤等，很多電廠的原煤含水量普遍在10%～15%，部分可達(dá)20%以上.高水分不僅帶來磨煤機(jī)出力不足、鍋爐煙氣量偏大等運(yùn)行問題，還導(dǎo)致鍋爐效率偏低、排煙熱損失過大等，最終嚴(yán)重影響了機(jī)組效率[13-14].筆者結(jié)合長期在余熱利用、褐煤干燥領(lǐng)域的研究成果，認(rèn)為燃燒煙煤、次煙煤以及混煤的電廠也可以考慮進(jìn)行原煤預(yù)干燥，且原煤預(yù)干燥的節(jié)能效果將非常明顯.

鑒于此，筆者針對(duì)燃用非褐煤的電廠提出一種原煤低溫預(yù)干燥的全新思路與技術(shù)，探討采用原煤預(yù)干燥技術(shù)后燃煤電廠在設(shè)備和輔機(jī)電耗等方面的變化，并在此基礎(chǔ)上對(duì)原煤中水分變化對(duì)其自身低位發(fā)熱量及鍋爐和全廠效率的影響進(jìn)行理論分析與規(guī)律性研究.

1原煤低溫預(yù)干燥概念的引出

1.1電廠原煤低溫預(yù)干燥技術(shù)的提出

褐煤干燥是一種成熟、有效的能提高褐煤電站能效的技術(shù)[15-16].采用褐煤干燥技術(shù)可以將褐煤高達(dá)30%～60%的含水量降低至10%～25%左右，而燃用干燥后的褐煤可大幅提高鍋爐效率、降低排煙熱損失，針對(duì)新建機(jī)組，還可減小鍋爐設(shè)計(jì)尺寸，進(jìn)而使機(jī)組的效率和經(jīng)濟(jì)性都得到顯著提高[15].

除褐煤外，我國主要?jiǎng)恿γ褐幸话阋埠?%～25%的水分，其中次煙煤的水分更是高達(dá)10%～25%.煤中的外水分一般存在于煤粉顆粒的表面和大孔隙之間，占到全水分的70%～80%，溫度達(dá)到40～50 ℃時(shí)即可脫除[15].根據(jù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果可知[16]，只要流程設(shè)計(jì)合理、停留時(shí)間適當(dāng)延長，50～100 ℃左右的低溫預(yù)干燥過程即可使煙煤和次煙煤的外水分全部蒸發(fā)，同時(shí)也可以使相當(dāng)一部分內(nèi)水分蒸發(fā)出來，使其總水分大幅降低至3%～10%的水平.

在常規(guī)燃煤電站中，各種低品位余熱和廢熱資源十分充裕，如汽輪機(jī)的低壓抽汽、鍋爐排煙、空冷凝汽器的廢熱和空冷島熱風(fēng)等.因此，可以利用此類電站的余熱或廢熱對(duì)原煤進(jìn)行低溫預(yù)干燥，一方面可有效降低原煤50%～80%的水分，實(shí)現(xiàn)入爐煤低位發(fā)熱量和鍋爐效率的提高；另一方面實(shí)現(xiàn)了部分低品位余熱或廢熱資源的合理有效利用，低溫預(yù)干燥的能耗代價(jià)也會(huì)很低.兩個(gè)方面相互促進(jìn)，使得該干燥技術(shù)的節(jié)能效果更佳，有望顯著提高電站系統(tǒng)的凈效率.

同時(shí)需要指出的是，與現(xiàn)有磨煤機(jī)系統(tǒng)的煤粉干燥不同，筆者提出的原煤低溫預(yù)干燥技術(shù)中，蒸發(fā)出的水分會(huì)隨干燥尾氣排出，并不會(huì)隨原煤進(jìn)入磨煤機(jī)及鍋爐爐膛.因此，所提出的技術(shù)不僅可改善爐膛內(nèi)燃燒情況，還可降低鍋爐排煙熱損失.

1.2原煤低溫預(yù)干燥技術(shù)的可行性分析

在技術(shù)上，非褐煤低溫預(yù)干燥可沿用褐煤干燥技術(shù)，僅需要在裝置的設(shè)計(jì)尺寸和停留時(shí)間等細(xì)節(jié)上進(jìn)行一些改進(jìn)，因此其技術(shù)基本成熟.不僅如此，相比于褐煤，煙煤和次煙煤在物理性質(zhì)上更穩(wěn)定，低溫預(yù)干燥過程中及干燥后更不易出現(xiàn)揮發(fā)、煤粉揚(yáng)塵和自燃等現(xiàn)象，因此非褐煤低溫預(yù)干燥技術(shù)的難度相對(duì)更低.

目前，燃煤機(jī)組鍋爐的排煙溫度一般為120～140 ℃，電廠燃用低階煤時(shí)排煙溫度可以達(dá)到更高[17].因此，可利用鍋爐排煙的余熱對(duì)原煤進(jìn)行低溫預(yù)干燥，其適用的設(shè)備為煙氣回轉(zhuǎn)干燥設(shè)備和帶內(nèi)部熱循環(huán)的流化床(WTA)等[18].

對(duì)于空冷機(jī)組，汽輪機(jī)的額定背壓和夏季滿發(fā)背壓分別為13～18 kPa 和30～35 kPa，其對(duì)應(yīng)飽和水溫度分別為51～57.8 ℃和69～72.7 ℃，當(dāng)前這部分熱量一般直接排入大氣中，造成熱量的浪費(fèi).因此，可利用汽輪機(jī)排汽和空冷島出口熱空氣對(duì)原煤進(jìn)行低溫預(yù)干燥，其適用的設(shè)備為蒸汽回轉(zhuǎn)干燥設(shè)備和低溫流化床等[19].

表1列出了幾種常見干燥設(shè)備及其干燥形式.

表1　常見干燥設(shè)備及其干燥形式

原煤低溫預(yù)干燥系統(tǒng)增加的干燥設(shè)備與原電廠設(shè)備相對(duì)獨(dú)立，布置位置也比較靈活，但干燥設(shè)備裝置規(guī)模較大，對(duì)場(chǎng)地有一定要求.因此，不管是新建機(jī)組還是在役機(jī)組的節(jié)能改造，只要廠區(qū)附近有合適的場(chǎng)地，均可采用原煤低溫預(yù)干燥這種有效的節(jié)能技術(shù).根據(jù)褐煤干燥的經(jīng)驗(yàn)，低溫預(yù)干燥系統(tǒng)的技術(shù)難度不高，投資可控且收益明顯，如能獲得大規(guī)模應(yīng)用，對(duì)于我國燃煤電廠實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步深度節(jié)能有重大意義.

1.3原煤低溫預(yù)干燥對(duì)輔機(jī)電耗的影響

干燥前后煤質(zhì)的變化會(huì)對(duì)送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)以及磨煤系統(tǒng)的運(yùn)行造成一定的影響[20].對(duì)送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)來說，其影響主要體現(xiàn)在總送風(fēng)量和總煙氣量的變化上.由于干燥后總送風(fēng)量和總煙氣量均會(huì)變小，總送風(fēng)量減小會(huì)降低風(fēng)機(jī)的電耗，減小流動(dòng)阻力，從而進(jìn)一步降低風(fēng)機(jī)電耗.

假設(shè)干燥前后的原煤制粉方式相同，在鍋爐吸熱量一定的情況下，由于進(jìn)入鍋爐的煤量減少，磨煤量也會(huì)隨之減少.而磨煤機(jī)的電耗與磨煤量成正比，近似考慮干燥前后原煤的單位磨煤電耗相等，則制粉系統(tǒng)的電耗也會(huì)明顯降低.

另外，由于采用原煤低溫預(yù)干燥技術(shù)會(huì)增大干燥設(shè)備機(jī)械功和輸送熱源等電耗，這部分電耗對(duì)系統(tǒng)影響很小，因此在考慮低溫預(yù)干燥對(duì)輔機(jī)電耗的影響時(shí)，此部分可以忽略.

綜合來看，采用原煤低溫預(yù)干燥的電廠總的輔機(jī)電耗是降低的.根據(jù)已有的褐煤干燥經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)褐煤水分由40%降低為15%時(shí)，輔機(jī)電耗降低近30%[21].

2原煤低溫預(yù)干燥對(duì)煤低位發(fā)熱量及機(jī)組熱力學(xué)性能的影響

筆者應(yīng)用計(jì)算模型分別分析了原煤低溫預(yù)干燥前后原煤低位發(fā)熱量的變化及其對(duì)燃煤機(jī)組熱力學(xué)性能的影響.由分析結(jié)果可知，低溫預(yù)干燥造成原煤低位發(fā)熱量增加是使電站系統(tǒng)整體性能改善的主要因素.為簡化模型，筆者在推導(dǎo)過程中忽略了一些次要影響因素，并進(jìn)行了以下假設(shè)：

(1) 干燥熱源選用燃煤電廠低溫廢熱，因此暫不考慮干燥過程的熱耗；

(2) 干燥前后因煤自身溫度提高帶來的顯熱增加忽略不計(jì)；

(3) 干燥前后從鍋爐輸入汽輪機(jī)的有效利用熱量不變；

(4) 暫不考慮低溫預(yù)干燥后鍋爐效率的提高及輔機(jī)電耗的降低；

(5) 因干燥后制粉系統(tǒng)電耗下降，煙氣量降低使得引風(fēng)機(jī)電耗下降，同時(shí)干燥設(shè)備本身會(huì)帶來一部分電耗，為簡化處理，假設(shè)電廠總廠用電率不變.

2.1原煤低溫預(yù)干燥對(duì)煤低位發(fā)熱量的影響

假設(shè)原煤質(zhì)量為mkg，總含水量為mwkg，其單位高位發(fā)熱量和單位低位發(fā)熱量分別為qH和qL，kJ/kg，總高位發(fā)熱量和總低位發(fā)熱量分別為QH和QL，kJ.易見，QH=m·qH，QL=m·qL.

假設(shè)mkg原煤經(jīng)過低溫預(yù)干燥后有Δmwkg的水分被蒸發(fā).定義脫水率α為干燥出的水與干燥前原煤的質(zhì)量之比，則

(1)

干燥后煤的質(zhì)量為m＇：

(2)

由于干燥前后只有煤中的水分發(fā)生了變化，煤中各種可燃物的質(zhì)量并沒有發(fā)生變化，因此干燥前后煤的總高位發(fā)熱量沒有發(fā)生變化，即

(3)

(4)

即干燥后煤的質(zhì)量雖然有所減少，但其總低位發(fā)熱量反而有所增加，其增加值為干燥時(shí)煤中蒸發(fā)出的所有水分的總汽化潛熱.該現(xiàn)象可理解為：所有煤的燃燒過程釋放的化學(xué)能，總有一部分用于加熱燃燒產(chǎn)物，包括提供煤中水分蒸發(fā)所需的汽化潛熱.而采用低溫預(yù)干燥技術(shù)，通過利用低溫?zé)崮芴崆罢舭l(fā)出煤中部分水分，節(jié)省了未干燥時(shí)燃燒過程中提供給這部分水分蒸發(fā)所需的汽化潛熱.因此，干燥后雖然煤的質(zhì)量有所減少，但在燃燒過程中反而可多釋放一部分熱能，其數(shù)值近似等于被干燥時(shí)蒸發(fā)出水分的汽化潛熱.干燥后原煤的單位低位發(fā)熱量為：

(5)

圖1給出了mkg原煤低溫預(yù)干燥前后質(zhì)量、總低位發(fā)熱量和單位低位發(fā)熱量的變化情況.由圖1可以看出，干燥后一方面煤的總低位發(fā)熱量有所增加，另一方面煤的總質(zhì)量卻明顯減少，兩方面因素疊加使得干燥后煤的單位低位發(fā)熱量顯著增加.

圖1　干燥前后原煤質(zhì)量與低位發(fā)熱量變化示意圖

2.2原煤低溫預(yù)干燥對(duì)機(jī)組熱力學(xué)性能的影響

圖2給出了低溫預(yù)干燥前后給煤量變化示意圖.圖2(a)和圖2(b)分別表示無預(yù)干燥和有預(yù)干燥的燃煤發(fā)電系統(tǒng)，兩系統(tǒng)所用煤種相同.經(jīng)過低溫預(yù)干燥后，原煤的質(zhì)量從m2減少至m＇2，低位發(fā)熱量從qL提高至q＇L，再進(jìn)入鍋爐燃燒放熱.

根據(jù)假設(shè)條件(3)，干燥前后從鍋爐輸入汽輪機(jī)的有效利用熱量不變，即：

Qr=m1·qL·ηb=

(6)

式中：Qr為原煤直接燃燒進(jìn)入發(fā)電系統(tǒng)的熱量，即蒸汽吸熱量，MW；m和m＇分別為干燥前、后的燃煤質(zhì)量，kg；下標(biāo)1、2分別代表無預(yù)干燥和有預(yù)干燥的燃煤發(fā)電系統(tǒng)；ηb為鍋爐效率，%.

圖2　原煤低溫預(yù)干燥前后給煤量變化示意圖

由式(2)可知，干燥前后燃煤的質(zhì)量比為

(7)

將式(5)和式(6)代入式(7)，可得：

(8)

根據(jù)假設(shè)，引入管道效率ηp，汽輪機(jī)效率ηe和廠用電率ξap都不變，因此供電效率ηnet為定值，即

(9)

機(jī)組的供電功率也相等，即：

(10)

式中：Pnet為機(jī)組的供電功率，MW；Qr,1,Qr,2分別為無預(yù)干燥和有預(yù)干燥的燃煤發(fā)電系統(tǒng)的蒸汽吸熱量，MW；ηnet,1,ηnet,2分別為無預(yù)干燥和有預(yù)干燥的燃煤發(fā)電系統(tǒng)的供電效率，%.

根據(jù)機(jī)組的供電煤耗率b=m/Pnet，則干燥前后煤耗率的變化Δb可表示為

Δb=b1-b2=m1/Pnet-m2/Pnet=

(11)

式中：b1、b2分別為無預(yù)干燥和有預(yù)干燥的燃煤發(fā)電系統(tǒng)的煤耗率，g/(kW·h).

又知煤耗率b=122.8/ηnet，經(jīng)推導(dǎo)可得凈效率增量Δηnet可表示為

Δηnet=ηnet,2-ηnet,1=

(12)

通過上述理論公式的推導(dǎo)，定量地分析了低溫預(yù)干燥對(duì)原煤低位發(fā)熱量、系統(tǒng)供電煤耗率和凈效率的影響.推導(dǎo)過程中采用了一些假設(shè)條件來簡化計(jì)算過程，結(jié)果會(huì)有誤差，但是結(jié)果反映的趨勢(shì)對(duì)指導(dǎo)燃煤機(jī)組節(jié)能減排仍有一定的參考價(jià)值.

3多煤種案例機(jī)組分析

根據(jù)上文推導(dǎo)結(jié)果，以典型低位發(fā)熱量的煤種和典型火電機(jī)組供電效率為基礎(chǔ)，分析不同干燥程度下，原煤低溫預(yù)干燥對(duì)原煤低位發(fā)熱量及機(jī)組供電煤耗率的影響.

圖3給出了原煤低溫預(yù)干燥過程中，不同干燥程度對(duì)原煤低位發(fā)熱量的影響.圖中，干燥前的原煤低位發(fā)熱量為12.56～23.03 MJ/kg，脫水率α為0.10～0.20時(shí)，單位低位發(fā)熱量可普遍提高12.5%～30.1%，可見低溫預(yù)干燥過程可明顯提高煤的單位低位發(fā)熱量.

圖3　干燥前后原煤低位發(fā)熱量變化示意圖

以低位發(fā)熱量為14.65 MJ/kg、含水量為20%左右的原煤為例，假設(shè)其脫水率α為0.10，則入爐煤低位發(fā)熱量可達(dá)到16.58 MJ/kg，提高13.1%.這意味著原來必須燃用低位發(fā)熱量16.75 MJ/kg以上原煤的鍋爐，通過增加干燥設(shè)備，也可以燃用低位發(fā)熱量為14.65 MJ/kg的煤.眾所周知，低發(fā)熱量的劣質(zhì)煤價(jià)格(即使是折算到標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)格)明顯低于高發(fā)熱量的煤，因此選取低位發(fā)熱量為14.65 MJ/kg的原煤并采用干燥技術(shù)，相比于選取低位發(fā)熱量16.75 MJ/kg的煤，其燃料價(jià)格會(huì)大幅降低.

基于第2節(jié)所做假設(shè)及式(9)，得出圖4所示的原煤低溫預(yù)干燥對(duì)燃煤機(jī)組煤耗的影響.圖4(a)～圖4(c)分別對(duì)應(yīng)原供電效率為37%、40%和43%的機(jī)組，這3個(gè)效率水平大致代表了我國現(xiàn)階段典型亞臨界、超臨界和超超臨界機(jī)組的供電效率[19].

由圖4可以看出，對(duì)于同一機(jī)組，脫水率越高，節(jié)能效果越明顯，且煤耗率的降低量與脫水率近似呈線性變化的趨勢(shì).如對(duì)于原供電效率37%的燃煤機(jī)組，原煤低位發(fā)熱量為12.56 MJ/kg時(shí)，脫水率α每增加0.01，約可降低供電煤耗率0.63 g/(kW·h)，節(jié)能效果顯著.

(a) 供電效率37%

(b) 供電效率40%

(c) 供電效率43%

對(duì)于同一機(jī)組，在相同脫水率下，機(jī)組原煤的低位發(fā)熱量越低，則供電煤耗率降低越多，節(jié)能效果越明顯.如對(duì)于同一機(jī)組(原供電效率為37%)，原煤低位發(fā)熱量為23.03 MJ/kg時(shí)，脫水率α每增加0.01，僅能降低0.35 g/(kW·h)的供電煤耗率，雖有一定的節(jié)能效果，但較選用低位發(fā)熱量為12.56 MJ/kg原煤的機(jī)組節(jié)能效果明顯降低.

對(duì)比圖4(a)～圖4(c)還可以發(fā)現(xiàn)，在相同的原煤低位發(fā)熱量和干燥程度下，機(jī)組原供電效率越低，干燥后的供電煤耗率下降越多.如脫水率α均為0.10時(shí)，低位發(fā)熱量同樣為12.56 MJ/kg的煤，原供電效率分別為37%、40%和43%的機(jī)組，對(duì)原煤進(jìn)行低溫預(yù)干燥后的供電煤耗率分別下降6.48 g/(kW·h)、5.99 g/(kW·h)和5.57 g/(kW·h).

綜上，原煤低溫預(yù)干燥帶來的節(jié)能效果非常明顯.在大多數(shù)機(jī)組、大多數(shù)煤種條件下，均可實(shí)現(xiàn)脫水率α每增加0.02或0.03，即可降低煤耗率1 g/(kW·h).如果脫水率α達(dá)到0.08～0.15，可降低煤耗率4～7 g/(kW·h)，節(jié)能效果突出.

同時(shí)，原煤低溫預(yù)干燥技術(shù)較成熟且有很多褐煤干燥系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，投資可控，節(jié)能效益顯著，因此應(yīng)用該干燥技術(shù)的預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益也非常可觀.以典型超臨界600 MW機(jī)組為例，假設(shè)機(jī)組供電效率為40%，且采用低位發(fā)熱量16.75 MJ/kg的原煤，則需要采用2臺(tái)干燥能力為200 t/h的煙氣直接干燥設(shè)備，機(jī)組需增加初投資約2 000萬元.若原煤脫水率α為0.10，即單位質(zhì)量原煤中蒸發(fā)出水分0.10 kg，則采用低溫預(yù)干燥的機(jī)組與原機(jī)組相比煤耗率可降低4.52 g/(kW·h).假設(shè)機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)為5 000 h，煤價(jià)為600元/t，則每年可節(jié)約燃料成本約813.6萬元，約2.5年即可收回投資成本.若考慮由于低溫預(yù)干燥后入爐煤的單位低位發(fā)熱量大幅提高，可以摻燒更多價(jià)格更便宜的低發(fā)熱量、高含水量的低階煤，并可由此節(jié)約燃料成本，將會(huì)使機(jī)組經(jīng)濟(jì)性得到進(jìn)一步改善.

4結(jié)論

(1) 基于褐煤干燥的研究成果，進(jìn)一步討論了原煤低溫預(yù)干燥采用的低溫干燥設(shè)備和輔機(jī)電耗的變化，結(jié)果表明采用低溫預(yù)干燥后輔機(jī)電耗也會(huì)有所降低.

(2) 單位質(zhì)量原煤經(jīng)低溫預(yù)干燥后，低位發(fā)熱量顯著提高，干燥后其可利用的熱量顯著增加，脫水率α為0.10～0.20時(shí)，單位低位發(fā)熱量可普遍提高12.5%～30.1%，并且單位質(zhì)量原煤的可利用低位發(fā)熱量顯著提高，能夠帶來深遠(yuǎn)的節(jié)能收益.

(3) 對(duì)于同一機(jī)組來說，干燥程度越高，節(jié)能效果越明顯，且煤耗率的降低量與脫水率呈線性變化的趨勢(shì).脫水率α每增加0.02或0.03，即可降低煤耗率1 g/(kW·h).如果脫水率α達(dá)到0.08～0.15，可降低煤耗率4～7 g/(kW·h)，節(jié)能效果突出.針對(duì)同一機(jī)組，在同一干燥程度下，機(jī)組供電煤耗率的降低量隨著所選用燃煤低位發(fā)熱量的提高而降低.

參考文獻(xiàn)：

[1]ESPATOLERO S，CORTES C，ROMEO L M．Optimization of boiler cold-end and integration with the steam cycle in supercritical units[J]．Applied Energy，2010， 87(5)：1651-1660．

[2]蔡小燕，張燕平，李鈺，等．700 ℃超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)及分析[J]．動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2012，32(12)：971-978．

CAI Xiaoyan，ZHANG Yanping，LI Yu ，etal．Design and exergy analysis on thermodynamic system of a 700 ℃ ultra supercritical coal-fired power generating set[J]．Journal of Chinese Society of Power Engineering，2012，32(12)：971-978．

[3]閻維平. 超臨界蒸汽參數(shù)發(fā)電技術(shù)發(fā)展評(píng)述[J]. 電力科學(xué)與工程，2014，30(1): 1-7．

YAN Weiping．Review on supercritical steam power generation technology[J]．Electric Power Science and Engineering，2014，30(1)：1-7．

[4]YANG Y，WANG L，DONG C，etal．Comprehensive exergy-based evaluation and parametric study of a coal-fired ultra-supercritical power plant[J]．Applied Energy， 2013，112(4)：1087-1099．

[5]徐炯，周一工．700 ℃高效超超臨界技術(shù)的發(fā)展[J]．中外能源，2012，17(6)：13-17．

XU Jiong，ZHOU Yigong．The development of 700 ℃ USC technology[J]．Sino-global Energy，2012，17(6)：13-17．

[6]蔡小燕．700 ℃超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)設(shè)計(jì)及熱經(jīng)濟(jì)性研究[D]．武漢：華中科技大學(xué)，2013．

[7]ALBADI J，ALIHOSEINZADEH A，MANSOURNEZHAD A,etal．Thermodynamic analysis of a steam power plant with double reheat and feed water heaters[J]．Advances in Mechanical Engineering，2014，2014(2)：131-137．

[8]霍煥廣, 石奇光, 楊燕玲, 等．1 000 MW 二次再熱火電機(jī)組管道熱效率對(duì)系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性的影響[J]．動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2014，34(1)：77-84．

HUO Huanguang，SHI Qiguang, YANG Yanling,etal．Influence of piping thermal economy of a 1 000 MW double reheat power unit[J]．Journal of Chinese Society of Power Engineering，2014，34(1)：77-84．

[9]李海新．超超臨界二次再熱鍋爐受熱面布置及熱力計(jì)算分析[D]．保定：華北電力大學(xué)，2014．

[10]楊勇平，許誠，徐鋼，等．空冷機(jī)組空氣-煙氣余熱利用綜合分析[J]．動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2013，33(11)：907-912．

YANG Yongping，XU Cheng，XU Gang，etal．Comprehensive analysis of air-flue gas waste heat recovery in air cooling units[J]．Journal of Chinese Society of Power Engineering，2013，33(11)：907-912．

[11]WANG C，HE B，SUN S，etal．Application of a low pressure economizer for waste heat recovery from the exhaust flue gas in a 600 MW power plant[J]．Energy，2012，48(1)：196-202．

[12]劉朝暉．火力發(fā)電廠排煙及循環(huán)水余熱利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及分析[D]．重慶：重慶大學(xué)，2012．

[13]WEN Z Q, ZHU X R. Technical analysis on lignite drying technology with high temperature flue gas[J]. Applied Mechanics & Materials, 2013, 448-453:1335-1342.

[14]高正陽，李晉達(dá)，范元周，等．褐煤預(yù)干燥對(duì)鍋爐傳熱特性及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響[J]．動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2014，34(3)：182-188．

GAO Zhengyang，LI Jinda，F(xiàn)AN Yuanzhou，etal．Influence of lignite dryness on heat transfer and operation economy of power boilers[J]．Journal of Chinese Society of Power Engineering，2014，34(3)：182-188．

[15]蔣斌，李勝，高俊榮，等．褐煤干燥技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀[J]．潔凈煤技術(shù)，2011，17(6)：69-72．

JIANG Bin，LI Sheng，GAO Junrong，etal．Development and application situation of lignite drying technology[J]．Clean Coal Technology，2011，17(6)：69-72．

[16]ZHANG D K．Ultra-supercritical coal power plants：materials，technologies and optimization[M]．Philadelphia，USA：Woodhead Pub，2013：132-156．

[17]ATSONIOSA K，VIOLIDAKIS I，AGRANIOTIS M，etal．Thermodynamic analysis and comparison of retrofitting predrying concepts at existing lignite power plants[J]．Applied Thermal Engineering，2015,74(5)：165-173.

[18]郭曉克，劉明，肖峰，等．帶廢熱回收的預(yù)干燥燃褐煤發(fā)電系統(tǒng)理論研究[J]．中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，32(8)：44-49．

GUO Xiaoke，LIU Ming，XIAO Feng，etal．Theoretical study on a pre-dried lignite-fired power system with waste heat recovery[J]．Proceedings of the CSEE，2012，32(8)：44-49.

[19]GUO Z，WANG Q，F(xiàn)ANG M，etal．Thermodynamic and economic analysis of polygeneration system integrating atmospheric pressure coal pyrolysis technology with circulating fluidized bed power plant[J]． Applied Energy， 2014，113(1)：1301-1314．

[20]JANGAM S V，KARTHIKEYAN M， MUJUMDAR A S．A critical assessment of industrial coal drying technologies：role of energy，emissions，risk and sustainability[J]．Drying Technology，2011，29(29)：395-407．

[21]李勤道，劉明，嚴(yán)俊杰，等．鍋爐煙氣預(yù)干燥褐煤發(fā)電系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算分析[J]．中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，32(20)：14-19．

LI Qindao，LIU Ming，YAN Junjie，etal．Thermal economic calculation and analysis for boiler flue gas pre-dried lignite-fired power generation system[J]．Proceedings of the CSEE，2012，32(20)：14-19．

A Universal Energy-saving Technology in Coal-fired Power Plant:Low-temperature Coal Pre-drying

ZHAOShifei,XUGang,WANGChunlan,DONGWei,XUCheng,YANGYongping

(National Thermal Power Engineering & Technology Research Center, North China Electric Power University, Beijing 102206, China)

Abstract：A concept of low-temperature coal pre-drying was proposed for coal-fired power plants, while the changes in equipment configuration and auxiliary power consumption were discussed after application of the pre-drying technology. The effects of moisture content in coal on its low heating value (LHV) and on thermodynamic performance of the unit were comprehensively analyzed. Taking the low heating value of typical raw coal and the coal consumption rate of power supply as an example, their changes after application of low-temperature coal pre-drying were calculated. Results show that the LHV of coal would be increased by 1.2%-1.5% and the coal consumption rate would be reduced by 0.3-0.6 g/(kW·h), for every 1% drop of moisture content in coal, using waste heat as the drying source, without considering the energy consumption of auxiliaries, indicating remarkable energy-saving effects. Featured by simple structure and controllable investment, the low-temperature coal pre-drying technology is a very promising and effective energy-saving method, which is universally applicable to coal-fired power plants.

Key words：coal-fired power unit; low-temperature coal pre-drying; LHV; coal consumption rate

收稿日期：2015-07-02

修訂日期：2015-08-02

基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973)資助項(xiàng)目(2015CB251504)；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51476053，51436006)

作者簡介：趙世飛(1991-),男，河南洛陽人，博士研究生，研究方向?yàn)殡娬竟?jié)能.

文章編號(hào)：1674-7607(2016)06-0486-07中圖分類號(hào)：TK11

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A學(xué)科分類號(hào)：470.10

徐鋼(通信作者)，男，副教授，博士，電話(Tel．)：13693391352；E-mail：xgncepu@163.com．