煤炭中雜質對機組運行經濟性的影響

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，火力發電廠燃用的煤炭質量有不同程度的下降。其主要原因是煤炭中雜質含量明顯上升，這對鍋爐乃至整個機組的經濟運行都將產生十分不利的影響。本文以一臺1025t/h燃煤鍋爐為例，具體分析煤炭中雜質變化對鍋爐熱效率、機組廠用電率以及機組運行時主要經濟指標的影響。

1 基本參數 （三門峽華陽發電有限責任公司300MW工況下的數據）

入爐煤低位發熱量Qnet，ar=19845KJ/kg，煤消耗量145t/h，鍋爐蒸發量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%，送風機單位耗電率0.85kW·h/t汽，引風機單位耗電率2.7kW·h/t汽，一次風機單位耗電率13kW·h/t煤，磨煤機單位耗電率7kW·h/t煤，輸煤系統單位耗電率2.5kW·h/t煤，除灰系統單位耗電率3.0kW·h/t煤。

2 鍋爐熱效率的計算依據

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為可燃氣體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。

依據以上各項損失的計算規定，若僅入爐煤低位發熱量變化（其他參數保持不變）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（基準工況下）

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

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）

由基本參數的相關數據計算可得：

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

由基本參數的相關數據計算可得：q4=337.27×21.30×2.25/19845=0.81%。

4 煤炭中雜質對鍋爐效率影響的計算[2]

在此僅討論雜質變化（主要是灰份）對煤炭低位發熱量的影響。

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（灰分）含量增加2個百分點。若將燃煤的低位發熱量19845KJ/kg分成100等份，那么每1份，即1個百分點的低位發熱量為198.45KJ/kg。則煤中雜質含量增加2個百分點后，其發熱量為：19845×（100-2）%=19448KJ/kg。即煤炭低位發熱量下降500KJ/kg，相當于燃煤中的灰份增加了2.52個百分點。

低位發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變化量為4、6、8、10個百分點時鍋爐效率的變化值。計算結果如表1所示。

表1 燃煤中雜質變化對鍋爐效率的影響

5 煤炭中雜質對機組廠用電率的影響計算

當機組出力穩定時，煤炭中雜質含量的變化勢必導致入爐煤量發生變化，進而影響輸煤系統、制粉系統、燃燒系統、除灰系統等耗電量的變化。

以機組300MW工況為例，當入爐煤中雜質含量增加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 吸風機單位耗電量的換算

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

吸風機單位耗電量均為噸汽值，現將其換算為噸煤值。

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 結論與建議

6.1煤炭中雜質含量的變化與鍋爐效率、機組廠用率和煤炭低位發熱量近似線性關系。

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

煤炭雜質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。

6.2機組在額定工況下運行時，煤炭中雜質含量每增加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。同時導致鍋爐效率下降，相應地機組供電煤耗約增加3.7g/kwh，若標準煤單價按400元/噸計算，機組供電成本增加1.5元/MW·h。

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

6.3煤炭中雜質含量明顯增加時，入爐煤揮發分含量下降，其制粉系統的經濟煤粉細度也發生相應變化。若不及時調整，可能導致鍋爐飛灰可燃物上升。

［1］GB10184-88.電站鍋爐性能試驗規程［S］.

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