大型火电厂燃煤量的简便计算

崔 敏，陈 玉

(华北电力设计院有限公司，北京 100120)

大型火电厂燃煤量的简便计算

崔 敏，陈 玉

(华北电力设计院有限公司，北京 100120)

本文从锅炉燃煤量的基本计算公式出发，提出用发电标煤耗、汽轮机热耗来进行锅炉燃煤量的计算方法。文中对我国目前火电机组实际供电煤耗统计数据进行了分析，提供了大型火电厂湿冷机组及空冷机组的发电煤耗参考数值，提出了不同工况燃煤量数据的修正方法。本文提出的两种锅炉燃煤量计算方法实用、简便，可分别用于项目前期锅炉燃煤量的估算和正式设计阶段的准确计算。

燃煤量；热耗；发电标煤耗。

1 概述

锅炉燃煤量是火力发电厂燃烧系统计算的重要数据，是热机、输煤、除灰等专业的设计人员进行系统设计和设备选型的依据和基础。在工程的可行性研究阶段、初步设计和施工图设计阶段，都需要计算燃煤量。利用常规方法计算燃煤量，由于计算所依据的原始数据太多，需要汽轮机厂、锅炉厂提供的资料，在项目前期没有主机厂资料时，往往不能很快地进行，通常参考同类工程的资料来计算。而利用发电标煤耗、汽轮机热耗来计算燃煤量，依据数据可大大减少，燃煤量的计算得到了较大地简化，既可以用于项目前期的初步估算，也可在获得了主厂家资料后进行精确计算。

2 几种燃煤量计算方法

锅炉的燃煤量一般计算BMCR工况的燃煤量，即锅炉最大连续运行时的燃煤量。根据机炉匹配原则，锅炉BMCR工况与汽轮机VWO工况的参数相对应，VWO工况是机组在额定参数下汽轮机调节阀全开工况。

2.1 燃煤量常规计算方法

工程设计中通常采用以下公式进行燃煤量的计算。

式中：B为锅炉燃煤量(t/h)；η为锅炉效率；Dgr、Dzr、Djw为过热蒸汽流量、再热蒸汽流量、过热器减温水量(t/h)；hgr、hgs、hjw、hqb为过热蒸汽焓、给水焓、减温水焓、汽包水焓(kJ/kg)；hzr'、hzr''为分别为再热器进、出口蒸汽焓(kJ/kg)；Dqb为汽包排污水量(t/h)，直流炉取值为0；Qnet.ar为燃煤收到基低位发热量(kJ/kg)。

将汽轮机组不同工况热平衡图中的数据代入公式(1)，可以计算出锅炉在不同工况下的耗煤量。取汽机VWO工况(即锅炉BMCR工况)时的数据，可以计算得出锅炉BMCR工况的燃煤量。

在不同汽轮机出力、不同进汽参数和不同背压的条件下，热平衡图中的数据不同；即使上述外部条件相同，不同汽机厂家的汽机结构不尽相同，主蒸汽流量、再热蒸汽流量、再热器入口蒸汽参数会有差异，热平衡图中的数据也是不同的。

使用热平衡图需要注意，热平衡图上表示的是汽机侧的数据，锅炉和汽轮机之间存在着温度、压力损失，还要把汽机侧的数据修正到锅炉侧数据，如主汽温度加5℃，再热汽温加3℃，再根据锅炉侧的温度、压力查出相应的蒸汽、水的焓值，代入公式(1)算出。

由此可知，采用常规计算的计算结果较为精确，但有一定的局限性，必须要输入许多原始数据。在工程项目前期(如可研设计阶段)，主设备尚未定标，没有针对项目的热平衡数据，一般是找参考工程热平衡进行计算，锅炉效率也是根据煤质情况按经验估计。所以，准确的计算只有在确定了主设备厂家，有了针对项目的热平衡图才能得到真正精确的结果。

2.2 基于发电标煤耗的耗煤量计算

发电标煤耗是火力发电厂的一项重要的热经济性指标，发电标煤耗由锅炉效率、汽轮发电机组热耗、管道效率确定，发电标煤耗和厂用电率最终确定了供电标煤耗。

虽然每个火电项目的发电标煤耗都存在差别，但我国制造的大型汽轮发电机组一般按序系列化、标准化进行生产，火电主力机组已经由300 MW、600 MW亚临界机组， 350 MW、600 MW超临界机组发展到近年来的660 MW、1000 MW超超临界机组。对于同一个序列(相同出力、相同参数)的发电机组，只要是国内主要的制造厂家，锅炉效率和汽轮机热耗基本都在一定的水平上，也就是说发电标准煤耗在一个基本确定的水平上。

根据发电标准煤耗的定义可知：

发电标准煤耗量＝发电标准煤耗×发电量

用实际燃煤的低位发热量进行修正，得到锅炉的耗煤量计算公式如下：

式中：B为锅炉燃煤量(t/h)；N为机组输出功率(MW)；Qnet.ar为燃煤收到基低位发热量(kJ/kg)；29271为标煤的低位发热量(kJ/kg)；fb为发电标煤耗(g/kWh)。

项目前期阶段，建设规模即机组输出功率N是确定的，燃料来源基本落实，即燃料低位发热量Qnet.ar已知，主机的参数和型式(空冷或湿冷)基本确定，也就确定了发电标准煤耗的水平，此时，采用基于发电标煤耗的锅炉燃煤量计算法(公式(2))，较为方便。

2.3 基于汽轮机热耗的耗煤量计算方法

发电标煤耗与锅炉效率、汽轮发电机组热耗、管道效率有关，其计算公式如下：

式中：Hr为汽轮机热耗，汽轮机每发(1 kWh)电能耗用的热量(kJ/kWh)；η为锅炉效率；0.99为管道效率；fb为发电标煤耗 (g/kWh)；29271为标煤的低位发热量(kJ/kg)。

把公式(3)代入公式(2)，化简后得到基于汽轮机热耗的燃煤量计算公式：

式中：B为锅炉燃煤量(t/h)；Hr为汽轮机热耗(kJ/kWh)；Qnet.ar为燃煤收到基低位发热量(kJ/kg)；29271为标煤的低位发热量(kJ/kg)；N为机组输出功率(MW)；η为 锅炉效率。

汽机热耗由汽机厂提供，汽轮机热耗、输出功率采用热平衡图中VWO工况时的数据，代入公式(4)即可计算BMCR工况时的耗煤量。

公式(4)和公式(1)，在本质上是相同的，因为汽机的输入热量来自于锅炉的输出热量，锅炉的有效输出热量减去管道损失后就是汽机的输入热量。有了热平衡数据，采用两种方法均可行，显然，基于汽轮机热耗的燃煤量计算法所需要的数据更少，只使用了热平衡图中的热耗和输出功率两个数据，管道效率0.99代替了汽机侧和锅炉侧之间的参数修正，计算更为简便。

3 发电煤耗参考值和燃煤量工况修正

3.1 发电标煤耗参考值

目前各电厂十分关注电厂的经济指标，对于实际的标煤耗都有详细的统计数据。中国电力企业联合会每年都要开展火电机组能效对标及竞赛，从对标及竞赛中获得的供电煤耗数据、厂用电数据，可以计算出具有代表性的发电煤耗数据。

根据中电联数据《2013 年度全国火电600 MW 级机组能效对标及竞赛数据资料》，汇总各不同系列机组的供电煤耗见表1。

表1 机组供电煤耗

其中，前20%平均、前40%平均分别指参与能效对标竞赛的统计机组的前20%名、前40%的供电煤耗平均值。各等级机组出力系数在74%～77%之间。各类机组供电煤耗见图1。

图1 机组供电标准煤耗

由图1可知，随着机组参数的提高，机组的标煤耗也随之减少。其中空冷机组的煤耗量要高于同等级下的湿冷机组。

我国火电机组供电煤耗逐年降低，2010年600 MW机组供电煤耗333 g/kWh，2013 年，全国火电机组供电标准煤耗321 g/kWh，平均每年比上年降低4 g/kWh。2014年，国家发改委、环保部和能源局联合发文《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》，要求全国新建燃煤发电机组平均供电标煤耗低于300 g/kWh。鉴于此，进行发电煤耗参考值计算时取用机组前40%的供电煤耗进行计算。

表1是在实际工况下的运行数据，实际热耗值介于设计值和TRL工况值之间，实际运行负荷平均在75%左右，汽机热耗比设计工况高出2%左右，折合到设计工况，发电煤耗将会降低约5 g/kWh，见表2，由表2绘制机组发电标准煤耗见图2。

表2 机组发电标煤耗(基于前40%平均水平)

图2 机组发电标准煤耗

3.2 参数变化对发电标煤耗的影响

电厂为了提高运行的经济性，采取了一些节能措施来优化机组的热经济指标，降低发电煤耗。采取这些措施后，发电标煤耗可在原计算基础上进行量化。根据已有工程热平衡图和参考文献，总结出参数变化对发电标煤耗的影响数据，见表3。

表3 参数变化对发电标煤耗的影响数据

另外，采取其它措施，比如采用余热利用装置等，降低了发电煤耗，可在原基础上量化计算后进行调整。

3.3 不同工况燃煤量修正

锅炉的耗煤量通常按BMCR工况计算，而汽轮机在VWO工况时(对应BMCR工况)出力大于设计工况(THA工况)的出力，汽轮机额定出力代入(公式2)计算的燃煤量为THA工况的燃煤量，小于BMCR工况耗煤量。

设BMCR工况与THA工况的耗煤量之比为修正系数为k，BMCR工况锅炉的耗煤量计算如下：

VWO工况与设计工况(THA工况)，从多个工程汽机厂家提供的热平衡图看，热耗之差在5‰以内，因此，前期燃煤量估算可以用设计工况(THA工况)的发电煤耗作为VWO工况的发电煤耗，此时，VWO工况与设计工况(THA工况)的汽轮机出力之比就是两工况的耗煤量之比，即k值。

VWO工况与设计工况(THA工况)由于进汽流量不同，导致汽轮机出力不同。

设计工况(THA工况)条件为额定蒸汽参数，设计背压，补给水率为0%，汽轮发电机组输出功率等于额定功率。

额定负荷工况(TRL工况，汽机名牌工况)条件为额定主蒸汽参数、夏季高背压、有一定的补给水率(一般为1%～3%)，对于湿冷机组，要求汽轮发电机组的输出功率为额定功率；对于空冷机组，因为夏季背压与设计背压相差较大，不再统一规定汽轮发电机组的输出功率为额定功率，也即夏季汽轮机出力可以不满发(此时的工况也称为夏季工况)，该工况进汽量称为汽轮机TRL进汽量。

VWO工况流量等于TRL进汽量加上一定的通流裕量,该裕量是制造厂为考虑通流部分的制造公差及机组老化对汽轮机出力的影响而设置的裕量，VWO工况流量取值一般约为TRL额定进汽量的1.05倍(大机组常取1.03)。

为了确定修正系数k的合理值，选取了几个有代表性的实际工程的机组热平衡图，汇总各工况的流量、出力关系，见表4。

表4 不同工况流量、出力关系

由表4可以看出，受机组冷却方式(湿冷或空冷)、背压变化幅度、夏季是否要求满发的影响等，汽轮机TRL工况进汽量与THA工况进汽量之比a1不是一个常数，变化规律如下：

对夏季不要求满发的空冷机组(表中第6、7项)，TRL工况进汽量与THA工况的进汽量增加5‰左右，出力比K(VWO/THA)与主汽流量比a2(VWO/TRL)基本一致。

背压变化幅度越小(表中第3项，夏季背压与设计背压值小于2)，主汽流量比a1(TRL/ THA)偏小，导致出力比k(VWO/THA)较小。

主汽流量比a2(VWO/TRL)是个定值，机组出力越大，取值越小。

由此，得出不同条件下BMCR工况与THA工况的耗煤量修正系数k，见表5。

表5 不同条件修正系数K建议

3.4 锅炉燃煤量估算过程

对基于发电标煤耗的锅炉燃煤量估算过程总结如下：

(1)根据机组容量参数，按表2选取发电标煤耗基准值。

(2)根据机组参数变化及采取的节能措施进行修正，推算得出设计工况(THA工况)发电标煤耗值，最终采用的发电标煤耗值可以根据项目各方对项目不同的期望值进行调整。

(3)根据项目不同条件，按表5选取修正系数k，按公式(5)计算BMCR锅炉燃煤量。

4 结论

(1)锅炉燃煤量是火力发电厂设计工作中的重要数据，是专业设计人员进行系统设计和设备选型的依据和基础。本文提出了燃煤量计算的新思路，即基于汽轮机热耗或发电标煤耗的计算方法，实用、简便，在工程设计的不同阶段均可以采用。

(2)在项目正式设计阶段，取得机组汽机热平衡图时，基于汽轮机热耗的燃煤量计算法可以准确地计算锅炉燃煤量，比常规燃煤量计算方法输入的原始数据少，仅需要热耗、输出功率及燃料低位发热量数据，两种方法准确度相当。

(3)在项目前期阶段，没有主机资料时，基于发电标煤耗的锅炉燃煤量计算法可以简便地估算锅炉燃煤量，该计算法根据机组容量和汽轮机型式(湿冷或空冷)，适当选取发电煤耗，并进行工况间必要的修正，可计算出锅炉燃煤量。这种计算方法比常规燃煤量计算法简单, 有较高的准确性。

[1] DL/T 892－2004，电站汽轮机技术条件[S]．

[2] GB50660－2011，大中型火力发电厂设计规范 [S]．

[3] DL/T 5240－2010，火力发电厂燃烧系统设计计算技术规程[S]．

[4] 张方炜，等．超临界火力发电机组二次再热技术研究[J]．电力勘测设计，2013，(2)．

[5] 黄瓯，等．我国超超临界汽轮机的发展方向[J]．热力透平，2004，33(1)．

[6] 黄伟，等．大型机组典型工况含义、区别及关联分析[J]．湖南电力，2010，30(3)．

[7] 郑李坤，等．国产600 MW超临界汽轮机组能耗现状及存在的问题[J]．广东电力，2011，24(2)．

[8] 闫顺林，等．进汽参数变化对汽轮机热耗率影响的分析[J]．汽轮机技术，2013，55(1)．

[9] 沙伟，等．电厂汽轮机主要运行参数变化时的煤耗分析[J]．陕西电力，2014，42(10)．

The Simple Calculation the Coal Consumption for Large Thermal Power Plant

CUI Min, CHEN Yu
(North China Power Engineering Co., Ltd., Beijing 100120, China)

Based on the basic calculation formula of the coal consumption of the boiler, the standard coal consumption for electricity generation and the steam turbine heat rate are applied in calculating the coal consumption. In the paper the actual coal consumption for electricity supply is analyzed, the coal consumption values for electricity generation for the large thermal power water-cooled unit and air-cooled unit is presented and the correction approach of coal consumption data under various working conditions is proposed. The two methods for calculating the coal consumption are very simple but reliable. They can be used to calculate the coal consumption capacity of the boiler both at the early stage and design stage of the project.

coal consumption; thermal consumption; standard coal consumption for electricity generation.

TM621

B

1671-9913(2016)06-0042-06

2015-07-09

崔敏(1967- )，女，四川新都人，硕士，高级工程师，主要从事火电厂热机设计。