用煤發(fā)熱量推導(dǎo)煙氣量公式在火電工程的應(yīng)用

汪 毅，黃 靜，朱 杰，汪永祥

(1.東北電力設(shè)計(jì)院，吉林 長(zhǎng)春 130021；2.中國(guó)市政工程?hào)|北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130021)

用煤發(fā)熱量推導(dǎo)煙氣量公式在火電工程的應(yīng)用

汪 毅1，黃 靜2，朱 杰1，汪永祥1

(1.東北電力設(shè)計(jì)院，吉林 長(zhǎng)春 130021；2.中國(guó)市政工程?hào)|北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130021)

火電建設(shè)工程計(jì)算煙氣量、煙氣污染物、除塵效率等計(jì)算公式,復(fù)雜繁瑣、計(jì)算參數(shù)較多，會(huì)影響工程項(xiàng)目開(kāi)展。用煤質(zhì)低位發(fā)熱量推導(dǎo)的煙氣量計(jì)算公式，在火電工程設(shè)計(jì)應(yīng)用計(jì)算煙氣量、除塵效率、脫硫(硝)效率及煙氣污染物排放量(濃度)等，其結(jié)果準(zhǔn)確度及精密度都較好。該推導(dǎo)的公式無(wú)約束條件、公式簡(jiǎn)捷、易操作及誤差較小，實(shí)用性較強(qiáng)?？晒┗痣娊ㄔO(shè)工程設(shè)計(jì)、電廠環(huán)境保護(hù)管理；核算風(fēng)力發(fā)電環(huán)境效益、光伏發(fā)電環(huán)境效益及燃煤工業(yè)污染源治理等借鑒。

火電工程；發(fā)熱量；煙氣污染物；煙氣量公式。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展，國(guó)家為防治大氣環(huán)境污染，低碳排放，保護(hù)環(huán)境，降低溫室效應(yīng)，對(duì)火電工程建設(shè)項(xiàng)目，采取燃煤煙氣污染物排放總量控制和煙氣污染物(煙塵、SO2、NOx)等排放濃度達(dá)標(biāo)排放雙重標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制，對(duì)排放的煙氣污染物需繳納排污費(fèi)，若煙氣污染物排放濃度超過(guò)排放標(biāo)尚需繳納超標(biāo)排污費(fèi)。電力系統(tǒng)火電建設(shè)工程設(shè)計(jì)常規(guī)煙氣量計(jì)算方法比較成熟，但其缺點(diǎn)是計(jì)算公式參數(shù)較多，參數(shù)計(jì)算比較煩瑣，要獲取這些參數(shù)需要較長(zhǎng)時(shí)間。由于火電工程建設(shè)項(xiàng)目前期建設(shè)階段，煤源、煤種及煤質(zhì)尚不能確定，若確定煤源和煤質(zhì)，取得煤質(zhì)檢驗(yàn)的工業(yè)分析及元素分析資料，需要幾個(gè)月或相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，使火電工程設(shè)計(jì)、核算煙氣污染物排污費(fèi)等滯后進(jìn)行，給建設(shè)工程設(shè)計(jì)及投資估算等帶來(lái)困難，會(huì)影響建設(shè)工程的進(jìn)展。因此，研究改進(jìn)、簡(jiǎn)化火電工程設(shè)計(jì)燃煤煙氣量計(jì)算方法很有必要。經(jīng)研究采用煤質(zhì)低位發(fā)熱量推導(dǎo)的煙氣量計(jì)算公式，無(wú)約束條件、公式簡(jiǎn)捷易操作，可快速計(jì)算煙氣量、除塵效率、脫硫(硝)效率及煙氣污染物排放量(濃度)等。

1 煤發(fā)熱量推導(dǎo)煙氣量計(jì)算公式

通常，火電工程設(shè)計(jì)，計(jì)算鍋爐排放煙氣除塵效率和煙氣污染物排放量(濃度)，煙氣量是不可缺少的重要參數(shù)，而火電工程煙氣量計(jì)算是根據(jù)煤質(zhì)工業(yè)分析和素分析資料，按電力系統(tǒng)火電工程設(shè)計(jì)規(guī)定的公式(以下簡(jiǎn)稱火電工程常規(guī)計(jì)算公式)計(jì)算求得。但火電工程建設(shè)前期階段，煤源、煤種及煤質(zhì)尚不能確定，給建設(shè)工程設(shè)計(jì)、投資估算等帶來(lái)困難。

根據(jù)搜集國(guó)內(nèi)116種典型煤種的煤質(zhì)工業(yè)分析和元素分析資料，采用火電工程設(shè)計(jì)常規(guī)煙氣量計(jì)算公式，α選擇為1.20、1.30、1.35三檔，分別計(jì)算其煙氣量及α×Qnet,ar值；同理，對(duì)上述煤質(zhì)的發(fā)熱量采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)內(nèi)插法推導(dǎo)煙氣量計(jì)算公式，經(jīng)統(tǒng)計(jì)回歸計(jì)算，反復(fù)選擇調(diào)試內(nèi)插系數(shù)，計(jì)算煙氣量結(jié)果與誤差，剔出疑值，研究歸納分析，發(fā)現(xiàn)煤質(zhì)低位發(fā)熱量與煙氣量之間呈正相關(guān)性。因此，采用煤質(zhì)的發(fā)熱量推導(dǎo)出煙氣量計(jì)算公式(以下簡(jiǎn)稱推導(dǎo)的煙氣量計(jì)算公式)，并分別計(jì)算116種煤質(zhì)的煙氣量值并與火電常規(guī)煙氣量計(jì)算公式計(jì)算值進(jìn)行類比。其計(jì)算結(jié)果較準(zhǔn)確、誤差較小。此公式無(wú)約束條件，可簡(jiǎn)捷、快速計(jì)算火電工程煙氣污染物 (煙塵、SO2、NOx)排放量(濃度)及除塵效率等。

1.1 推導(dǎo)的煙氣量計(jì)算公式

搜集116種典型煤種的煤質(zhì)有關(guān)資料，采用火電設(shè)計(jì)常規(guī)煙氣量計(jì)算公式計(jì)算其煙氣量并推導(dǎo)的煙氣量計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果進(jìn)行類比，經(jīng)統(tǒng)計(jì)、歸納分析，發(fā)現(xiàn)煤質(zhì)低位發(fā)熱量與煙氣量之間呈正相關(guān)性，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，燃燒每千克煤產(chǎn)生干煙氣量U(Nm3/kg)計(jì)算公式，歸納如下：

當(dāng)Qnet,ar16000 kj/kg 時(shí)，

式中：U為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干煙氣量，(Nm3/kg)；α為空氣過(guò)剩系數(shù)，(1.20～1.35)。

當(dāng)Qnet,ar＞16000～27500(kj/kg)范圍之間時(shí)，

當(dāng)Qnet,ar＞27500～29850(kj/kg_范圍之間時(shí)，

1.2 相對(duì)誤差

采用火電工程設(shè)計(jì)常規(guī)計(jì)算公式和推導(dǎo)的煙氣量計(jì)算公式，分別計(jì)算116種煤質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，燃燒每千克煤產(chǎn)生的干煙氣量，并與其進(jìn)行類比，其煙氣量相對(duì)誤差見(jiàn)表1。

表1 煙氣量相對(duì)誤差

從表1可知，煤質(zhì)低位發(fā)熱量與煙氣量之間呈較好的正相關(guān)性，也就是說(shuō)燃煤產(chǎn)生煙氣量隨煤質(zhì)低位發(fā)熱量增大而成正比例增加。公式(1)、(2)計(jì)算煙氣量相對(duì)誤差＜±8.0%的數(shù)據(jù)分別約占94.2%、91.7%；公式(3)計(jì)算煙氣量相對(duì)誤差＜±23.0%的數(shù)據(jù)約占86.7%。

煤質(zhì)低位發(fā)熱量推導(dǎo)的煙氣量計(jì)算公式，無(wú)約束條件、公式簡(jiǎn)捷易操作，可快速計(jì)算燃煤鍋爐除塵效率、脫(硫)效率及煙氣污染物排放量(濃度)等，其結(jié)果準(zhǔn)確度較好，相對(duì)誤差較小；推導(dǎo)的煙氣量計(jì)算公式在火電工程前期建設(shè)階段設(shè)計(jì)，監(jiān)控電廠運(yùn)行等方面有廣泛的實(shí)用性。

2 推導(dǎo)的煙氣量公式的應(yīng)用

2.1 類比工程案例

某擬建火電工程2×1000 MW燃煤空冷機(jī)組，安裝2×2750 t/h煤粉爐，燃煤設(shè)計(jì)有兩方案，其工程煤質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 工程煤質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2.2 除塵效率計(jì)算

為有可比性，計(jì)算公式α值均選取兩方案的數(shù)值，煙塵排放濃度計(jì)算按國(guó)家火力發(fā)電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB13223－2011)允許排放濃度30 mg/m3計(jì)，采用火電工程設(shè)計(jì)常規(guī)計(jì)算公式和推導(dǎo)的煙氣量計(jì)算公式，分別計(jì)算四種煤質(zhì)除塵效率，并與其進(jìn)行類比、驗(yàn)證推導(dǎo)的煙氣量計(jì)算公式的準(zhǔn)確度和適用性。

(1)推導(dǎo)的煙氣量計(jì)算公式選擇原則

火電工程四種煤質(zhì)低位發(fā)熱量Qnet,ar分別為(12570～15410 kj/kg)≤16000 kj/kg及(17920～19870 kj/kg)在16000～27500 kj/kg范圍間，因此，設(shè)計(jì)方案一、二煤質(zhì)燃燒產(chǎn)生煙氣量計(jì)算公式，分別選擇上述推導(dǎo)的煙氣量計(jì)算公式(1)及(2)來(lái)計(jì)算。

(2)除塵效率η計(jì)算公式

式中：c1、c2分別為除塵器前、后的煙塵濃度(mg/m3)。

采用上述2種計(jì)算方法，分別計(jì)算4種煤質(zhì)鍋爐煙氣除塵效率，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3，計(jì)算4種煤質(zhì)煙氣除塵效率其相對(duì)誤差見(jiàn)表4。

從表4可知，4種煤質(zhì)鍋爐煙氣除塵效率相對(duì)誤差，最大為0.02%，最小為0，準(zhǔn)確度及精密度都較好，誤差較小，說(shuō)明推導(dǎo)的煙氣量計(jì)算公式具有實(shí)用性。

3 煙氣污染物排放濃度計(jì)算

火電建設(shè)工程，煙氣污染物排放濃度計(jì)算按國(guó)家火力發(fā)電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB13223－2011)允許排放濃度SO2、NOx均為100 mg/m3計(jì)，煙塵污染物排放濃度為30 mg/m3計(jì)，本工程脫硫(硝)，除塵器后經(jīng)脫硫塔排出的煙塵濃度按減少50﹪計(jì)。為有可比性，計(jì)算公式中α值均選取兩方案的設(shè)計(jì)值，采用火電工程設(shè)計(jì)常規(guī)計(jì)算公式及推導(dǎo)的煙氣量計(jì)算公式，分別計(jì)算四種煤質(zhì)煙氣除塵、脫硫(硝)效率及煙氣污染物排放濃度，并與其進(jìn)行類比、驗(yàn)證推導(dǎo)的煙氣量計(jì)算公式的準(zhǔn)確度和適用性。

表3 鍋爐除塵效率

表4 除塵效率誤差

計(jì)算4種煤質(zhì)煙氣除塵、脫硫(硝)效率及煙氣污染物(煙塵、SO2、NOx)排放濃度，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 除塵、脫硫(硝)效率及煙氣排放濃度

4 驗(yàn)證與分析

兩設(shè)計(jì)方案四種煤質(zhì)煙氣除塵、脫硫(硝)效率及煙氣污染物排放濃度相對(duì)誤差見(jiàn)表6。

表6 除塵、脫硫(硝)效率及煙氣排放濃度相對(duì)誤差

采用推導(dǎo)的煙氣量計(jì)算公式，計(jì)算煙氣除塵、脫硫(硝)效率及煙氣污染物排放濃度等與火電工程設(shè)計(jì)常規(guī)計(jì)算公式其結(jié)果進(jìn)行類比、從上表可知，燃煤煙氣污染物(煙塵、SO2、NOx)排放濃度相對(duì)誤差最大者分別為－10.9%、－7.7%及7.8%，其余計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度及精密度都較好，相對(duì)誤差較小；鍋爐除塵效率相對(duì)誤差最大者為0.02%；脫硫(硝)效率相對(duì)誤差分別為1.1%、0%，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度及精密度都較好，相對(duì)誤差較小。

火電工程設(shè)計(jì)常規(guī)煙氣計(jì)算量方法比較成熟，其缺點(diǎn)是煙氣量計(jì)算公式包括多個(gè)輔助的計(jì)算公式，計(jì)算參數(shù)多，計(jì)算繁瑣、復(fù)雜。而火電建設(shè)工程前期建設(shè)階段，煤源、煤種及煤質(zhì)尚不能確定，若取得煤質(zhì)檢驗(yàn)的工業(yè)分析及元素分析資料，需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，使火電工程設(shè)計(jì)、核算煙氣污染物排污費(fèi)等滯后進(jìn)行，影響工程建設(shè)的開(kāi)展。而采用推導(dǎo)的煙氣量計(jì)算公式，無(wú)約束條件、公式簡(jiǎn)捷易操作，可快速計(jì)算燃煤鍋爐除塵效率、脫(硫)效率及煙氣污染物排放量(濃度)等，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度及精密度都較好，相對(duì)誤差較小，可滿足火電工程前期建設(shè)階段設(shè)計(jì)、投資估算等方面的需要，故推導(dǎo)的煙氣量計(jì)算公式具有廣泛的實(shí)用性。

5 結(jié)論及建議

(1)火電工程設(shè)計(jì)常規(guī)煙氣量計(jì)算方法比較成熟，其缺點(diǎn)是煙氣量計(jì)算公式包括多個(gè)輔助的計(jì)算公式，計(jì)算參數(shù)多，要獲取這些參數(shù)需要相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間，并且煙氣量計(jì)算繁瑣、復(fù)雜。而采用煤質(zhì)低位發(fā)熱量推導(dǎo)的煙氣量計(jì)算公式，無(wú)約束條件、公式簡(jiǎn)捷易操作，可快速計(jì)算燃煤鍋爐除塵效率、脫硫(硝)效率及煙氣污染物排放量(濃度)等，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度都較好，相對(duì)誤差較??；推導(dǎo)的煙氣量計(jì)算公式在火電工程前期建設(shè)階段設(shè)計(jì)，監(jiān)控電廠運(yùn)行等有廣泛的實(shí)用性?？晒┗痣娊ㄔO(shè)工程設(shè)計(jì)、核算光伏發(fā)電環(huán)境效益 、風(fēng)力發(fā)電環(huán)境效益、監(jiān)控電廠煙氣污染物排放量(濃度)及企業(yè)燃煤污染源治理等相關(guān)人員借鑒。

(2)由于火電工程前期建設(shè)階段，煤源、煤質(zhì)尚不能確定，若取得煤質(zhì)檢驗(yàn)的工業(yè)分析及元素分析資料，需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，使火電工程環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)核算煙氣污染物排放量(濃度)和計(jì)算繳納排污費(fèi)等工作須滯后進(jìn)行，給工程設(shè)計(jì)、投資估算等帶來(lái)困難。因此，建議有關(guān)部門(mén)制定簡(jiǎn)捷、約束條件少、便于操作，切實(shí)可行的計(jì)算燃煤煙氣量、煙氣污染物排放量(濃度)及灰渣量等簡(jiǎn)易的計(jì)算公式，為火電工程前期建設(shè)階段設(shè)計(jì)及電廠運(yùn)行環(huán)保監(jiān)控等提供工程設(shè)計(jì)及科學(xué)管理依據(jù)。

[1] GB13223－2011，火力發(fā)電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[2] 2003年國(guó)務(wù)院令第369號(hào)，排污費(fèi)征收使用管理?xiàng)l例[S]．

[3] DL/T5145—2002，火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)定[S]．

[4] 汪永祥，王德彬．用煤低位發(fā)熱量計(jì)算煙氣量方法的探討[J]．吉林電力，2008，36(5)．

[5] 侯凡軍．火力發(fā)電廠大氣污染物排放濃度的計(jì)量與換算[J]．山東電力技術(shù)，2004，(4)．

[6] 祁桂梅．火電廠污染物核算方法比較[C]//2009年電力工業(yè)節(jié)能減排學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[M]．2009．

[7] 張建中．火電廠煙氣脫硫脫硝項(xiàng)目中有關(guān)煙氣特性計(jì)算方法若干問(wèn)題的討論意見(jiàn)[J]．熱機(jī)技術(shù)，2007，(4)．

[8] 尹立蔚，常為民，唐松林．污染物排放總量監(jiān)測(cè)存在問(wèn)題和對(duì)策[J]．環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2009，21(6)．

[9] 孟志浩，俞保云．燃煤鍋爐煙氣量及NOx排放量計(jì)算方法的探討[J]．環(huán)境污染與防治，2009，31(1)．

[10] 徐沛，周鳳，孫軍．淺析的污染物排放計(jì)算方法探討[J]．云南環(huán)境科學(xué)，2005，24(S)．

[11] 王立前，張榆霞．固定污染源排氣監(jiān)測(cè)中排放濃度的正榷折算[J]．云南環(huán)境科學(xué)，2002，21(4)．

[12] 張輝，賈思寧，范菁菁．燃?xì)馀c燃煤電廠主要污染物排放估算分析[J]．環(huán)境工程，2012，30(3)．

[13] 黃靜，汪毅，汪永祥．光伏發(fā)電節(jié)能減排環(huán)境效益計(jì)算方法探討[J]．華北電力技術(shù)，2015，(10)．

Application of Calculation Formula of Flue Gas Volume Deduced From Calorific Value of Coal in the Thermal Power Plant Engineering

WANG Yi1，HUANG Jing2, ZHU Jie1, WANG Yong-xiang1
(1. Northeast Electric Power Design Institute Co., Ltd., Changchun 130021, China; 2.China Northeast Municipal Engineering Design and Research Institute Co., Ltd., Changchun 130021, China)

the calculation formula for the calculation of the amount of fue gas, the pollution of the fue gas, the dust removal efficiency of the thermal power construction projects, and more complicated and more parameters, will affect the development of the project. A low calorific value of coal.Volume calculation formula in thermal power engineering design applications to calculate the amount of fue gas and dust removal efficiency of desulfurization and denitrification efficiency and fue gas emission (concentration). The results are accurate and precision and are better. The formula of the derivation No restriction condition, formula is simple, easy to operate and error is small, practical strong. Can be used for the construction of thermal power engineering design, power plant environmental protection management; accounting for wind power environmental benefits, photovoltaic power generation environmental benefits and coal industry Pollution source control and so on.

Thermal Power Engineering; calorific value; fue gas pollutant; fue gas quantity formula.

TM621

B

1671-9913(2017)02-0033-05

2015-10-25

汪毅(1971- )，男，高級(jí)工程師，從事電力工程設(shè)計(jì)咨詢、管理工作。