用煤發熱量推導煙氣量公式在火電工程的應用

汪 毅，黃 靜，朱 杰，汪永祥

(1.東北電力設計院，吉林 長春 130021；2.中國市政工程東北設計研究總院有限公司，吉林 長春 130021)

用煤發熱量推導煙氣量公式在火電工程的應用

汪 毅1，黃 靜2，朱 杰1，汪永祥1

(1.東北電力設計院，吉林 長春 130021；2.中國市政工程東北設計研究總院有限公司，吉林 長春 130021)

火電建設工程計算煙氣量、煙氣污染物、除塵效率等計算公式,復雜繁瑣、計算參數較多，會影響工程項目開展。用煤質低位發熱量推導的煙氣量計算公式，在火電工程設計應用計算煙氣量、除塵效率、脫硫(硝)效率及煙氣污染物排放量(濃度)等，其結果準確度及精密度都較好。該推導的公式無約束條件、公式簡捷、易操作及誤差較小，實用性較強。可供火電建設工程設計、電廠環境保護管理；核算風力發電環境效益、光伏發電環境效益及燃煤工業污染源治理等借鑒。

火電工程；發熱量；煙氣污染物；煙氣量公式。

隨著我國經濟建設快速發展，國家為防治大氣環境污染，低碳排放，保護環境，降低溫室效應，對火電工程建設項目，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)等排放濃度達標排放雙重標準嚴格控制，對排放的煙氣污染物需繳納排污費，若煙氣污染物排放濃度超過排放標尚需繳納超標排污費。電力系統火電建設工程設計常規煙氣量計算方法比較成熟，但其缺點是計算公式參數較多，參數計算比較煩瑣，要獲取這些參數需要較長時間。由于火電工程建設項目前期建設階段，煤源、煤種及煤質尚不能確定，若確定煤源和煤質，取得煤質檢驗的工業分析及元素分析資料，需要幾個月或相當長的時間，使火電工程設計、核算煙氣污染物排污費等滯后進行，給建設工程設計及投資估算等帶來困難，會影響建設工程的進展。因此，研究改進、簡化火電工程設計燃煤煙氣量計算方法很有必要。經研究采用煤質低位發熱量推導的煙氣量計算公式，無約束條件、公式簡捷易操作，可快速計算煙氣量、除塵效率、脫硫(硝)效率及煙氣污染物排放量(濃度)等。

1 煤發熱量推導煙氣量計算公式

通常，火電工程設計，計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，而火電工程煙氣量計算是根據煤質工業分析和素分析資料，按電力系統火電工程設計規定的公式(以下簡稱火電工程常規計算公式)計算求得。但火電工程建設前期階段，煤源、煤種及煤質尚不能確定，給建設工程設計、投資估算等帶來困難。

根據搜集國內116種典型煤種的煤質工業分析和元素分析資料，采用火電工程設計常規煙氣量計算公式，α選擇為1.20、1.30、1.35三檔，分別計算其煙氣量及α×Qnet,ar值；同理，對上述煤質的發熱量采用數理統計內插法推導煙氣量計算公式，經統計回歸計算，反復選擇調試內插系數，計算煙氣量結果與誤差，剔出疑值，研究歸納分析，發現煤質低位發熱量與煙氣量之間呈正相關性。因此，采用煤質的發熱量推導出煙氣量計算公式(以下簡稱推導的煙氣量計算公式)，并分別計算116種煤質的煙氣量值并與火電常規煙氣量計算公式計算值進行類比。其計算結果較準確、誤差較小。此公式無約束條件，可簡捷、快速計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 推導的煙氣量計算公式

搜集116種典型煤種的煤質有關資料，采用火電設計常規煙氣量計算公式計算其煙氣量并推導的煙氣量計算公式計算結果進行類比，經統計、歸納分析，發現煤質低位發熱量與煙氣量之間呈正相關性，在標準狀態下，燃燒每千克煤產生干煙氣量U(Nm3/kg)計算公式，歸納如下：

當Qnet,ar16000 kj/kg 時，

式中：U為標準狀態下干煙氣量，(Nm3/kg)；α為空氣過剩系數，(1.20～1.35)。

當Qnet,ar＞16000～27500(kj/kg)范圍之間時，

當Qnet,ar＞27500～29850(kj/kg_范圍之間時，

1.2 相對誤差

采用火電工程設計常規計算公式和推導的煙氣量計算公式，分別計算116種煤質在標準狀態下，燃燒每千克煤產生的干煙氣量，并與其進行類比，其煙氣量相對誤差見表1。

表1 煙氣量相對誤差

從表1可知，煤質低位發熱量與煙氣量之間呈較好的正相關性，也就是說燃煤產生煙氣量隨煤質低位發熱量增大而成正比例增加。公式(1)、(2)計算煙氣量相對誤差＜±8.0%的數據分別約占94.2%、91.7%；公式(3)計算煙氣量相對誤差＜±23.0%的數據約占86.7%。

煤質低位發熱量推導的煙氣量計算公式，無約束條件、公式簡捷易操作，可快速計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，其結果準確度較好，相對誤差較小；推導的煙氣量計算公式在火電工程前期建設階段設計，監控電廠運行等方面有廣泛的實用性。

2 推導的煙氣量公式的應用

2.1 類比工程案例

某擬建火電工程2×1000 MW燃煤空冷機組，安裝2×2750 t/h煤粉爐，燃煤設計有兩方案，其工程煤質基礎數據見表2。

表2 工程煤質基礎數據

2.2 除塵效率計算

為有可比性，計算公式α值均選取兩方案的數值，煙塵排放濃度計算按國家火力發電廠大氣污染物排放標準(GB13223－2011)允許排放濃度30 mg/m3計，采用火電工程設計常規計算公式和推導的煙氣量計算公式，分別計算四種煤質除塵效率，并與其進行類比、驗證推導的煙氣量計算公式的準確度和適用性。

(1)推導的煙氣量計算公式選擇原則

火電工程四種煤質低位發熱量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，設計方案一、二煤質燃燒產生煙氣量計算公式，分別選擇上述推導的煙氣量計算公式(1)及(2)來計算。

(2)除塵效率η計算公式

式中：c1、c2分別為除塵器前、后的煙塵濃度(mg/m3)。

采用上述2種計算方法，分別計算4種煤質鍋爐煙氣除塵效率，計算結果見表3，計算4種煤質煙氣除塵效率其相對誤差見表4。

從表4可知，4種煤質鍋爐煙氣除塵效率相對誤差，最大為0.02%，最小為0，準確度及精密度都較好，誤差較小，說明推導的煙氣量計算公式具有實用性。

3 煙氣污染物排放濃度計算

火電建設工程，煙氣污染物排放濃度計算按國家火力發電廠大氣污染物排放標準(GB13223－2011)允許排放濃度SO2、NOx均為100 mg/m3計，煙塵污染物排放濃度為30 mg/m3計，本工程脫硫(硝)，除塵器后經脫硫塔排出的煙塵濃度按減少50﹪計。為有可比性，計算公式中α值均選取兩方案的設計值，采用火電工程設計常規計算公式及推導的煙氣量計算公式，分別計算四種煤質煙氣除塵、脫硫(硝)效率及煙氣污染物排放濃度，并與其進行類比、驗證推導的煙氣量計算公式的準確度和適用性。

表3 鍋爐除塵效率

表4 除塵效率誤差

計算4種煤質煙氣除塵、脫硫(硝)效率及煙氣污染物(煙塵、SO2、NOx)排放濃度，計算結果見表5。

表5 除塵、脫硫(硝)效率及煙氣排放濃度

4 驗證與分析

兩設計方案四種煤質煙氣除塵、脫硫(硝)效率及煙氣污染物排放濃度相對誤差見表6。

表6 除塵、脫硫(硝)效率及煙氣排放濃度相對誤差

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

火電工程設計常規煙氣計算量方法比較成熟，其缺點是煙氣量計算公式包括多個輔助的計算公式，計算參數多，計算繁瑣、復雜。而火電建設工程前期建設階段，煤源、煤種及煤質尚不能確定，若取得煤質檢驗的工業分析及元素分析資料，需要相當長的時間，使火電工程設計、核算煙氣污染物排污費等滯后進行，影響工程建設的開展。而采用推導的煙氣量計算公式，無約束條件、公式簡捷易操作，可快速計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，計算結果準確度及精密度都較好，相對誤差較小，可滿足火電工程前期建設階段設計、投資估算等方面的需要，故推導的煙氣量計算公式具有廣泛的實用性。

5 結論及建議

(1)火電工程設計常規煙氣量計算方法比較成熟，其缺點是煙氣量計算公式包括多個輔助的計算公式，計算參數多，要獲取這些參數需要相當長時間，并且煙氣量計算繁瑣、復雜。而采用煤質低位發熱量推導的煙氣量計算公式，無約束條件、公式簡捷易操作，可快速計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，計算結果準確度都較好，相對誤差較小；推導的煙氣量計算公式在火電工程前期建設階段設計，監控電廠運行等有廣泛的實用性。可供火電建設工程設計、核算光伏發電環境效益 、風力發電環境效益、監控電廠煙氣污染物排放量(濃度)及企業燃煤污染源治理等相關人員借鑒。

(2)由于火電工程前期建設階段，煤源、煤質尚不能確定，若取得煤質檢驗的工業分析及元素分析資料，需要相當長的時間，使火電工程環境保護設計核算煙氣污染物排放量(濃度)和計算繳納排污費等工作須滯后進行，給工程設計、投資估算等帶來困難。因此，建議有關部門制定簡捷、約束條件少、便于操作，切實可行的計算燃煤煙氣量、煙氣污染物排放量(濃度)及灰渣量等簡易的計算公式，為火電工程前期建設階段設計及電廠運行環保監控等提供工程設計及科學管理依據。

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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，高級工程師，從事電力工程設計咨詢、管理工作。