同一礦區(qū)煤質(zhì)資料擬定方法探討

田慶峰，黃永琛，陳 勇，陳 牧

(中南電力設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430071)

同一礦區(qū)煤質(zhì)資料擬定方法探討

田慶峰，黃永琛，陳 勇，陳 牧

(中南電力設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430071)

對(duì)于同一礦區(qū)的煤種，在給定典型煤種及煤質(zhì)變化范圍的基礎(chǔ)上，本文給出一種校核煤質(zhì)的擬定方法，來滿足鍋爐及煙風(fēng)制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要。

煤質(zhì)成分；擬定校核煤種；水分；灰分。

1 概述

鍋爐及煙風(fēng)制粉系統(tǒng)最重要的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)就是煤質(zhì)資料，如何根據(jù)業(yè)主給定的設(shè)計(jì)煤種、煤質(zhì)資料變化范圍合理確定出校核煤種，或者反過來根據(jù)煤礦的典型煤質(zhì)數(shù)據(jù)、性能考核時(shí)煤種變化范圍合理確定出幾種假定的性能考核煤種用于鍋爐的設(shè)計(jì)，并同時(shí)滿足電廠制粉系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)各設(shè)備的選型需要，就顯得尤為重要。

本文提供的“煤質(zhì)擬定”思路和方法，僅適用于同一個(gè)礦區(qū)的煤種，并不適用于不同礦區(qū)的混煤。如果遇到需要混煤的項(xiàng)目，應(yīng)根據(jù)單個(gè)煤源的煤質(zhì)情況分別擬定典型煤種及校核煤種，再根據(jù)需要按照一定的比例進(jìn)行摻混，關(guān)于混煤的基本規(guī)定詳見《大容量煤粉燃燒鍋爐爐膛選型導(dǎo)則(DL/T831－2002)》中4.3節(jié)的規(guī)定，混煤的煤質(zhì)擬定方法不在本文的討論范圍。

2 校核煤種的擬定原則

根據(jù)同一個(gè)礦區(qū)的典型設(shè)計(jì)煤種及成分變化范圍擬定校核煤種的煤質(zhì)擬定方法的核心理論是，同一個(gè)礦區(qū)內(nèi)各煤層的成煤年代基本相同，各煤層所表現(xiàn)出的主要差異是其水分、灰分、發(fā)熱值數(shù)據(jù)的區(qū)別，各煤層的干燥無灰基成分均相同，且各煤層的“純煤熱值”相同。

“純煤熱值Qnet,pure”的物理意義相當(dāng)于去除水分和灰分的干燥無灰基低位熱值，其計(jì)算公式如下：

燃煤的收到基低位熱值Qnet,ar，可以采用以下4個(gè)公式(LHV1～LHV4)、根據(jù)燃煤的成分進(jìn)行校核計(jì)算，當(dāng)4個(gè)公式計(jì)算的低位熱值與給定的低位熱值的差值均小于0.5 MJ/kg時(shí)，則認(rèn)為燃煤的成分與給定的低位熱值之間是匹配的。

收到基高位熱值Qgr,ar和低位熱值Qnet,ar之間的換算關(guān)系，如下所示：

在上述四個(gè)收到基低位熱值計(jì)算公式中，LHV3公式與國(guó)內(nèi)經(jīng)常使用的門捷列夫公式比較接近，門氏公式如下所示：

當(dāng)煤質(zhì)資料是以典型設(shè)計(jì)煤種并同時(shí)給出煤質(zhì)資料變化范圍的形式給出的時(shí)候，其典型的做法是根據(jù)該煤質(zhì)資料的典型設(shè)計(jì)煤種及變化范圍再擬定出四個(gè)校核煤種—WC/MM、WC/ MA、BC/MM和BC/MA：

水分最大時(shí)的最差煤種(Worst Coal Max Moisture, WC/MM)

灰分最大時(shí)的最差煤種(Coal Max Ash, WC/MA)

水分最小時(shí)的最好煤種(Best Coal Min Moisture, BC/MM)

灰分最小時(shí)的最好煤種(Best Coal Min Ash, BC/MA)

按照以上原則，根據(jù)給定的典型設(shè)計(jì)煤種、同一個(gè)礦區(qū)的煤質(zhì)資料變化范圍，擬定校核煤種的主要方法如下，根據(jù)給定的典型設(shè)計(jì)煤種的Car、Har、Oar、Nar、Sar、Mar、Aar、Qnet,ar，求出對(duì)應(yīng)的干燥無灰基成分Cdaf、Hdaf、Odaf、Ndaf、Sdaf，對(duì)收到基低位熱值Qnet,ar與LHV1～LHV4收到基低位熱值的差異進(jìn)行校核計(jì)算，并計(jì)算“純煤熱值Qnet,pure”。以上所述4個(gè)校核煤種(WC/MM、WC/MA、BC/MM和BC/MA)的干燥無灰基成分與典型設(shè)計(jì)煤種相同，四個(gè)校核煤種的收到基成分Car、Har、Oar、Nar、Sar由對(duì)應(yīng)的干燥無灰基成分換算所得，根據(jù)四個(gè)校核煤種的定義及需要，收到基低位熱值、收到基水分Mar(或收到基灰分Aar)分別取值為范圍值的上限或下限值，四個(gè)校核煤種分別以“純煤熱值Qnet,pure”等于典型設(shè)計(jì)煤種的“純煤熱值”為目標(biāo)值，以收到基灰分Aar(或收到基水分Mar)為可變量，對(duì)燃煤的收到基各成分進(jìn)行綜合求解計(jì)算，分別得出四個(gè)校核煤種的收到基成分，與此同時(shí)可對(duì)四個(gè)校核煤種的收到基低位熱值Qnet,ar與LHV1～LHV4收到基低位熱值進(jìn)行校核計(jì)算，則四個(gè)校核煤種的擬定初步完成。

以下分別介紹四個(gè)校核煤種的擬定方法及其主要用途。

2.1 水分最大時(shí)的最差煤種(WC/MM)

“收到基低位熱值的給定值取下限值”、“收到基水分取上限值”，以“純煤熱值單元格”為目標(biāo)單元格，以“典型設(shè)計(jì)煤種的純煤熱值數(shù)據(jù)”為目標(biāo)值，以收到基灰分為可變單元格，對(duì)收到基各個(gè)組分進(jìn)行單變量求解。

水分最大時(shí)的最差煤種(WC/MM)，此煤種主要用于校核磨煤機(jī)的干燥出力及碾磨出力、空預(yù)器出口熱一次風(fēng)溫度、鍋爐的熱力計(jì)算及爐膛特征參數(shù)的選取(此煤種的水分最大、熱值最低，煙氣量一般來說最大，對(duì)鍋爐的熱力計(jì)算影響很大。)煙氣在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間。

2.2 灰分最大時(shí)的最差煤種(WC/MA)

“收到基低位熱值的給定值取下限值”、“收到基灰分取上限值”，以“純煤熱值單元格”為目標(biāo)單元格，以“典型設(shè)計(jì)煤種的純煤熱值數(shù)據(jù)”為目標(biāo)值，以收到基水分為可變單元格，對(duì)收到基各個(gè)組分進(jìn)行單變量求解。

灰分最大時(shí)的最差煤種(WC/MA)，此煤種主要用于除塵器及除灰系統(tǒng)出力的校核，也可同時(shí)用于磨煤機(jī)碾磨出力的校核。

2.3 水分最小時(shí)的最好煤種(BC/MM)

“收到基低位熱值的給定值取上限值”、“收到基水分取下限值”，以“純煤熱值單元格”為目標(biāo)單元格，以“典型設(shè)計(jì)煤種的純煤熱值數(shù)據(jù)”為目標(biāo)值，以收到基灰分為可變單元格，對(duì)收到基各個(gè)組分進(jìn)行單變量求解。

水分最小時(shí)的最好煤種(BC/MM)，此煤種主要用于鍋爐的熱力計(jì)算及蒸汽溫度的校驗(yàn)、校核磨煤機(jī)入口冷風(fēng)流量及管徑的選擇，同時(shí)此煤種單位質(zhì)量的煤生成的SO2排放流量較大。

2.4 灰分最小時(shí)的最好煤種(BC/MA)

“收到基低位熱值的給定值取上限值”、“收到基灰分取下限值”，以“純煤熱值單元格”為目標(biāo)單元格，以“典型設(shè)計(jì)煤種的純煤熱值數(shù)據(jù)”為目標(biāo)值，以收到基水分為可變單元格，對(duì)收到基各個(gè)組分進(jìn)行單變量求解。

灰分最小時(shí)的最好煤種(BC/MA)，此煤種通常來說煙氣量最小、燃燒后的未燃盡碳損失最小、單位質(zhì)量的煤生成的SO2排放流量較大。

3 煤質(zhì)資料擬定方法的示例

以某工程為例，業(yè)主給出的設(shè)計(jì)煤種見表1，其中收到基低位熱值的變化范圍為15.0～20.4 MJ/kg，收到基灰分的變化范圍為3.0～12.0%，收到基全水分的變化范圍為20.0～37.0%，收到基硫份的變化范圍為0.5～0.7%。根據(jù)前述煤質(zhì)擬定方法，本工程擬定的4個(gè)校核煤種見表1。

表1 已知某工程的典型設(shè)計(jì)煤種及同一個(gè)礦區(qū)的煤質(zhì)變化范圍擬定校核煤種

4 結(jié)論及建議

(1)本文所述的煤質(zhì)資料擬定方法的核心理論基礎(chǔ)是，同一個(gè)礦區(qū)內(nèi)各煤層的成煤年代基本相同，各煤層所表現(xiàn)出的主要差異是其水分、灰分、發(fā)熱值數(shù)據(jù)的區(qū)別，各煤層的干燥無灰基成分均相同，各煤層的“純煤熱值”相同，按照這個(gè)理論可以擬定出四個(gè)校核煤種(WC/MM、WC/MA、BC/MM和BC/MA)。這個(gè)假設(shè)理論可能和同一礦區(qū)不同煤層的實(shí)際情況有所差異，但基本可滿足鍋爐及燃燒制粉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，個(gè)別數(shù)據(jù)(如Sar、Nar)也可根據(jù)業(yè)主的實(shí)際需要略作調(diào)整。

(2)本文所述的煤質(zhì)資料擬定方法，僅適用于同一個(gè)礦區(qū)的煤種，并不適用于根據(jù)混煤的燃煤成分及熱值的變化范圍來擬定校核煤種，如果給定的設(shè)計(jì)煤種為不同礦區(qū)的混煤，不宜采用本文所述方法擬定校核煤種。

(3)國(guó)內(nèi)工程，業(yè)主一般提供了幾個(gè)煤礦的典型煤質(zhì)資料作為鍋爐的設(shè)計(jì)煤種和校核煤種，技術(shù)協(xié)議中一般對(duì)設(shè)計(jì)煤種性能考核時(shí)的煤質(zhì)資料波動(dòng)范圍進(jìn)行了限制，煤種在此范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，其鍋爐效率的實(shí)測(cè)值可以按照規(guī)定的方法進(jìn)行修正(修正到設(shè)計(jì)煤種的狀態(tài))，超出此波動(dòng)范圍時(shí)，理論上是不具備性能測(cè)試驗(yàn)收的條件的；鍋爐制造廠可以根據(jù)技術(shù)協(xié)議中約定的設(shè)計(jì)煤種變化范圍，根據(jù)本文給出的煤質(zhì)擬定方法擬定出性能考核期間的校核煤種，用于評(píng)估鍋爐的性能。

(4)對(duì)于國(guó)內(nèi)的新開發(fā)的煤礦，如果能夠多一些采集煤質(zhì)樣本，通過實(shí)驗(yàn)室的工作，給出煤種的范圍值，然后用以上的“最好最差煤質(zhì)法”確定出四個(gè)校核煤種，則可以從設(shè)計(jì)源頭降低煤質(zhì)變化帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

(5)國(guó)外工程，當(dāng)業(yè)主給出典型煤種數(shù)據(jù)及煤種變化范圍時(shí)，應(yīng)落實(shí)典型煤種數(shù)據(jù)和煤種數(shù)據(jù)變化范圍是否屬于同一個(gè)礦區(qū)后，才能采用此方法進(jìn)行校核煤種的擬定。

[1] DL/T 5145－2002，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]．

[2] 范從振．鍋爐原理[M]．北京：水利電力出版社，1995．

Formulation Method of Coal Quality Data for Same Coal Mine

TIAN Qing-feng, HUANG Yong-chen, CHEN Yong, CHEN Mu
(Central Southern Electrical Power Design Institute, Wuhan 430071, China)

Based on typical coal analyses and variation range for single coal mine,this article expounded one formulation method of check coal,which is intention to meet the demand of boiler and the firing system.

coal constituent; formulating check coal; moisture; ash content.

TM621

B

1671-9913(2017)02-0030-04

2015-01-07

田慶峰(1975- )，男，河南林州人，高級(jí)工程師，主要從事火力發(fā)電廠熱機(jī)專業(yè)設(shè)計(jì)。