煤炭中杂质对机组运行经济性的影响

彭建良

（河南省锅炉压力容器安全检测研究院三门峡分院，河南 三门峡472000）

近几年来，电力用煤日趋紧张，火力发电厂燃用的煤炭质量有不同程度的下降。其主要原因是煤炭中杂质含量明显上升，这对锅炉乃至整个机组的经济运行都将产生十分不利的影响。本文以一台1025t/h燃煤锅炉为例，具体分析煤炭中杂质变化对锅炉热效率、机组厂用电率以及机组运行时主要经济指标的影响。

1 基本参数 （三门峡华阳发电有限责任公司300MW工况下的数据）

入炉煤低位发热量Qnet，ar=19845KJ/kg，煤消耗量145t/h，锅炉蒸发量935t/h，飞灰含碳量Cfh=2%，炉渣含碳量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%，收到基氢成分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%，送风机单位耗电率0.85kW·h/t汽，引风机单位耗电率2.7kW·h/t汽，一次风机单位耗电率13kW·h/t煤，磨煤机单位耗电率7kW·h/t煤，输煤系统单位耗电率2.5kW·h/t煤，除灰系统单位耗电率3.0kW·h/t煤。

2 锅炉热效率的计算依据

热损失法锅炉热效率的计算公式为：ηgl=1-（q2+q3+q4+q5+q6）［1］。

式中，q2为排烟热损失的百分率；q3为可燃气体未完全损失的百分率；q4为固体未完全燃烧热损失的百分率；q5为锅炉散热损失的百分率；q6为灰渣物理显热损失的百分率。

依据以上各项损失的计算规定，若仅入炉煤低位发热量变化（其他参数保持不变）时，q3、q5、q6的值基本上不变，因此有：Δηgl＝－（Δq2＋Δq4）。

可以看出，若能确定Δq2与Δq4的大小，就能计算出锅炉效率的变化量。

3 各项热损失值的计算（基准工况下）

要计算和分析热损失的变化值，首先应确定其基准值，没有基准值则无法比较。在此选定机组的设计值为基准值。

3.1 排烟热损失值q2的计算［1］

3.1.1 排烟热损失的计算

Q2=（Vgy×CP，gy+Vh2o×CP，h2o）×（θpy-t0）

由基本参数的相关数据计算可得：

Q2=（6.9432×1.38+0.6081×1.51）×（149-50）=1039.4849kJ/kg。

3.1.2 排烟热损失百分率的计算［1］

q2=Q2/Qr=Q2/Qnet，ar=1039.4849/19845=5.24%

3.2 固体未完全燃烧热损失的计算

q4=337.27×Aar×C/Qr=337.27×Aar×C/Qnet，ar

由基本参数的相关数据计算可得：q4=337.27×21.30×2.25/19845=0.81%。

4 煤炭中杂质对锅炉效率影响的计算[2]

在此仅讨论杂质变化（主要是灰份）对煤炭低位发热量的影响。

假定煤炭中除灰分含量变化外，其它成分含量保持不变；燃煤中的杂质（灰分）含量增加2个百分点。若将燃煤的低位发热量19845KJ/kg分成100等份，那么每1份，即1个百分点的低位发热量为198.45KJ/kg。则煤中杂质含量增加2个百分点后，其发热量为：19845×（100-2）%=19448KJ/kg。即煤炭低位发热量下降500KJ/kg，相当于燃煤中的灰份增加了2.52个百分点。

低位发热量变化后煤炭灰分为21.30+2.52=23.82（%）。

4.1 排烟损失值q2的变化量

由于燃煤中灰分的变化对排烟热损失Q2基本上没有影响，则：

q2=Q2/Qnet，ar=1039.4849/19448=5.34。

排烟损失q2的变化量：Δq2=5.34-5.24=0.10%。

4.2 固体未完全损失q4的变化量

固体未完全损失q4的变化量：Δq4=0.91-0.81=0.10%。

4.3 燃煤中灰分变化对锅炉效率的影响值。

Δηgl＝－（Δq2＋Δq4）=－（0.10+0.10）=－0.20%

按以上计算方法，可以很方便地计算出燃煤中杂质变化量为4、6、8、10个百分点时锅炉效率的变化值。计算结果如表1所示。

表1 燃煤中杂质变化对锅炉效率的影响

5 煤炭中杂质对机组厂用电率的影响计算

当机组出力稳定时，煤炭中杂质含量的变化势必导致入炉煤量发生变化，进而影响输煤系统、制粉系统、燃烧系统、除灰系统等耗电量的变化。

以机组300MW工况为例，当入炉煤中杂质含量增加2个百分点时，入炉煤量则增加量为：

ΔB=145×19845×0.02=2.9t/h。

5.1 吸风机单位耗电量的换算

对于吸风机来说，由于整个烟气中灰含量增加，导致烟气密度增加，势必会造成吸风机耗电量的增加。而对于送风机来说，因煤中灰量增加为不可燃质，若变化量不大，送风机风量增加较少，在此对其耗量的影响略去不计。

吸风机单位耗电量均为吨汽值，现将其换算为吨煤值。

Δe吸=2.7×935/145=17.4kW·h/t煤

5.2 煤炭中杂质对锅炉辅机单位耗电率的影响值

Δe=17.4+13+7+2.5+3.0=42.9kW·h/t煤

5.3 煤炭中杂质对厂用电率的影响

厂用电量的增加值：ΔE=Δe×ΔB=124.41kW·h。

厂用电率的增加值：Δk=140.36/300000=0.042%。

表2 燃煤中变化对机组厂用电率的影响

6 结论与建议

6.1煤炭中杂质含量的变化与锅炉效率、机组厂用率和煤炭低位发热量近似线性关系。

煤炭中杂质含量每变化10个百分点，相应地锅炉效率变化1.10百分点，机组厂用电率变化0.22个百分点，煤炭的低位发热量变化约2000KJ/kg。

煤炭杂质变化对锅炉排烟损失和机械不完全损失的影响量基本相当。

6.2机组在额定工况下运行时，煤炭中杂质含量每增加10个百分点，机组厂用电率增加0.22个百分点。若上网电价以0.30元/kW·h计算，机组供电成本增加0.7元/MW·h。同时导致锅炉效率下降，相应地机组供电煤耗约增加3.7g/kwh，若标准煤单价按400元/吨计算，机组供电成本增加1.5元/MW·h。

由此可看出，煤炭中杂质含量增加10个百分点，将导致机组供电成本增加2.2元/MW·h。也就是说，当机组向电网供电1亿kWh时，供电成本将增加22万元。

6.3煤炭中杂质含量明显增加时，入炉煤挥发分含量下降，其制粉系统的经济煤粉细度也发生相应变化。若不及时调整，可能导致锅炉飞灰可燃物上升。

［1］GB10184-88.电站锅炉性能试验规程［S］.

［2］翟培强.入炉煤低位发热量变化对机组经济性的影响［A］.全国火电大机组（300MW级）竞赛第33届年会论文集［C］.