用煤发热量推导烟气量公式在火电工程的应用

汪 毅，黄 静，朱 杰，汪永祥

(1.东北电力设计院，吉林 长春 130021；2.中国市政工程东北设计研究总院有限公司，吉林 长春 130021)

用煤发热量推导烟气量公式在火电工程的应用

汪 毅1，黄 静2，朱 杰1，汪永祥1

(1.东北电力设计院，吉林 长春 130021；2.中国市政工程东北设计研究总院有限公司，吉林 长春 130021)

火电建设工程计算烟气量、烟气污染物、除尘效率等计算公式,复杂繁琐、计算参数较多，会影响工程项目开展。用煤质低位发热量推导的烟气量计算公式，在火电工程设计应用计算烟气量、除尘效率、脱硫(硝)效率及烟气污染物排放量(浓度)等，其结果准确度及精密度都较好。该推导的公式无约束条件、公式简捷、易操作及误差较小，实用性较强。可供火电建设工程设计、电厂环境保护管理；核算风力发电环境效益、光伏发电环境效益及燃煤工业污染源治理等借鉴。

火电工程；发热量；烟气污染物；烟气量公式。

随着我国经济建设快速发展，国家为防治大气环境污染，低碳排放，保护环境，降低温室效应，对火电工程建设项目，采取燃煤烟气污染物排放总量控制和烟气污染物(烟尘、SO2、NOx)等排放浓度达标排放双重标准严格控制，对排放的烟气污染物需缴纳排污费，若烟气污染物排放浓度超过排放标尚需缴纳超标排污费。电力系统火电建设工程设计常规烟气量计算方法比较成熟，但其缺点是计算公式参数较多，参数计算比较烦琐，要获取这些参数需要较长时间。由于火电工程建设项目前期建设阶段，煤源、煤种及煤质尚不能确定，若确定煤源和煤质，取得煤质检验的工业分析及元素分析资料，需要几个月或相当长的时间，使火电工程设计、核算烟气污染物排污费等滞后进行，给建设工程设计及投资估算等带来困难，会影响建设工程的进展。因此，研究改进、简化火电工程设计燃煤烟气量计算方法很有必要。经研究采用煤质低位发热量推导的烟气量计算公式，无约束条件、公式简捷易操作，可快速计算烟气量、除尘效率、脱硫(硝)效率及烟气污染物排放量(浓度)等。

1 煤发热量推导烟气量计算公式

通常，火电工程设计，计算锅炉排放烟气除尘效率和烟气污染物排放量(浓度)，烟气量是不可缺少的重要参数，而火电工程烟气量计算是根据煤质工业分析和素分析资料，按电力系统火电工程设计规定的公式(以下简称火电工程常规计算公式)计算求得。但火电工程建设前期阶段，煤源、煤种及煤质尚不能确定，给建设工程设计、投资估算等带来困难。

根据搜集国内116种典型煤种的煤质工业分析和元素分析资料，采用火电工程设计常规烟气量计算公式，α选择为1.20、1.30、1.35三档，分别计算其烟气量及α×Qnet,ar值；同理，对上述煤质的发热量采用数理统计内插法推导烟气量计算公式，经统计回归计算，反复选择调试内插系数，计算烟气量结果与误差，剔出疑值，研究归纳分析，发现煤质低位发热量与烟气量之间呈正相关性。因此，采用煤质的发热量推导出烟气量计算公式(以下简称推导的烟气量计算公式)，并分别计算116种煤质的烟气量值并与火电常规烟气量计算公式计算值进行类比。其计算结果较准确、误差较小。此公式无约束条件，可简捷、快速计算火电工程烟气污染物 (烟尘、SO2、NOx)排放量(浓度)及除尘效率等。

1.1 推导的烟气量计算公式

搜集116种典型煤种的煤质有关资料，采用火电设计常规烟气量计算公式计算其烟气量并推导的烟气量计算公式计算结果进行类比，经统计、归纳分析，发现煤质低位发热量与烟气量之间呈正相关性，在标准状态下，燃烧每千克煤产生干烟气量U(Nm3/kg)计算公式，归纳如下：

当Qnet,ar16000 kj/kg 时，

式中：U为标准状态下干烟气量，(Nm3/kg)；α为空气过剩系数，(1.20～1.35)。

当Qnet,ar＞16000～27500(kj/kg)范围之间时，

当Qnet,ar＞27500～29850(kj/kg_范围之间时，

1.2 相对误差

采用火电工程设计常规计算公式和推导的烟气量计算公式，分别计算116种煤质在标准状态下，燃烧每千克煤产生的干烟气量，并与其进行类比，其烟气量相对误差见表1。

表1 烟气量相对误差

从表1可知，煤质低位发热量与烟气量之间呈较好的正相关性，也就是说燃煤产生烟气量随煤质低位发热量增大而成正比例增加。公式(1)、(2)计算烟气量相对误差＜±8.0%的数据分别约占94.2%、91.7%；公式(3)计算烟气量相对误差＜±23.0%的数据约占86.7%。

煤质低位发热量推导的烟气量计算公式，无约束条件、公式简捷易操作，可快速计算燃煤锅炉除尘效率、脱(硫)效率及烟气污染物排放量(浓度)等，其结果准确度较好，相对误差较小；推导的烟气量计算公式在火电工程前期建设阶段设计，监控电厂运行等方面有广泛的实用性。

2 推导的烟气量公式的应用

2.1 类比工程案例

某拟建火电工程2×1000 MW燃煤空冷机组，安装2×2750 t/h煤粉炉，燃煤设计有两方案，其工程煤质基础数据见表2。

表2 工程煤质基础数据

2.2 除尘效率计算

为有可比性，计算公式α值均选取两方案的数值，烟尘排放浓度计算按国家火力发电厂大气污染物排放标准(GB13223－2011)允许排放浓度30 mg/m3计，采用火电工程设计常规计算公式和推导的烟气量计算公式，分别计算四种煤质除尘效率，并与其进行类比、验证推导的烟气量计算公式的准确度和适用性。

(1)推导的烟气量计算公式选择原则

火电工程四种煤质低位发热量Qnet,ar分别为(12570～15410 kj/kg)≤16000 kj/kg及(17920～19870 kj/kg)在16000～27500 kj/kg范围间，因此，设计方案一、二煤质燃烧产生烟气量计算公式，分别选择上述推导的烟气量计算公式(1)及(2)来计算。

(2)除尘效率η计算公式

式中：c1、c2分别为除尘器前、后的烟尘浓度(mg/m3)。

采用上述2种计算方法，分别计算4种煤质锅炉烟气除尘效率，计算结果见表3，计算4种煤质烟气除尘效率其相对误差见表4。

从表4可知，4种煤质锅炉烟气除尘效率相对误差，最大为0.02%，最小为0，准确度及精密度都较好，误差较小，说明推导的烟气量计算公式具有实用性。

3 烟气污染物排放浓度计算

火电建设工程，烟气污染物排放浓度计算按国家火力发电厂大气污染物排放标准(GB13223－2011)允许排放浓度SO2、NOx均为100 mg/m3计，烟尘污染物排放浓度为30 mg/m3计，本工程脱硫(硝)，除尘器后经脱硫塔排出的烟尘浓度按减少50﹪计。为有可比性，计算公式中α值均选取两方案的设计值，采用火电工程设计常规计算公式及推导的烟气量计算公式，分别计算四种煤质烟气除尘、脱硫(硝)效率及烟气污染物排放浓度，并与其进行类比、验证推导的烟气量计算公式的准确度和适用性。

表3 锅炉除尘效率

表4 除尘效率误差

计算4种煤质烟气除尘、脱硫(硝)效率及烟气污染物(烟尘、SO2、NOx)排放浓度，计算结果见表5。

表5 除尘、脱硫(硝)效率及烟气排放浓度

4 验证与分析

两设计方案四种煤质烟气除尘、脱硫(硝)效率及烟气污染物排放浓度相对误差见表6。

表6 除尘、脱硫(硝)效率及烟气排放浓度相对误差

采用推导的烟气量计算公式，计算烟气除尘、脱硫(硝)效率及烟气污染物排放浓度等与火电工程设计常规计算公式其结果进行类比、从上表可知，燃煤烟气污染物(烟尘、SO2、NOx)排放浓度相对误差最大者分别为－10.9%、－7.7%及7.8%，其余计算结果准确度及精密度都较好，相对误差较小；锅炉除尘效率相对误差最大者为0.02%；脱硫(硝)效率相对误差分别为1.1%、0%，计算结果准确度及精密度都较好，相对误差较小。

火电工程设计常规烟气计算量方法比较成熟，其缺点是烟气量计算公式包括多个辅助的计算公式，计算参数多，计算繁琐、复杂。而火电建设工程前期建设阶段，煤源、煤种及煤质尚不能确定，若取得煤质检验的工业分析及元素分析资料，需要相当长的时间，使火电工程设计、核算烟气污染物排污费等滞后进行，影响工程建设的开展。而采用推导的烟气量计算公式，无约束条件、公式简捷易操作，可快速计算燃煤锅炉除尘效率、脱(硫)效率及烟气污染物排放量(浓度)等，计算结果准确度及精密度都较好，相对误差较小，可满足火电工程前期建设阶段设计、投资估算等方面的需要，故推导的烟气量计算公式具有广泛的实用性。

5 结论及建议

(1)火电工程设计常规烟气量计算方法比较成熟，其缺点是烟气量计算公式包括多个辅助的计算公式，计算参数多，要获取这些参数需要相当长时间，并且烟气量计算繁琐、复杂。而采用煤质低位发热量推导的烟气量计算公式，无约束条件、公式简捷易操作，可快速计算燃煤锅炉除尘效率、脱硫(硝)效率及烟气污染物排放量(浓度)等，计算结果准确度都较好，相对误差较小；推导的烟气量计算公式在火电工程前期建设阶段设计，监控电厂运行等有广泛的实用性。可供火电建设工程设计、核算光伏发电环境效益 、风力发电环境效益、监控电厂烟气污染物排放量(浓度)及企业燃煤污染源治理等相关人员借鉴。

(2)由于火电工程前期建设阶段，煤源、煤质尚不能确定，若取得煤质检验的工业分析及元素分析资料，需要相当长的时间，使火电工程环境保护设计核算烟气污染物排放量(浓度)和计算缴纳排污费等工作须滞后进行，给工程设计、投资估算等带来困难。因此，建议有关部门制定简捷、约束条件少、便于操作，切实可行的计算燃煤烟气量、烟气污染物排放量(浓度)及灰渣量等简易的计算公式，为火电工程前期建设阶段设计及电厂运行环保监控等提供工程设计及科学管理依据。

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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，高级工程师，从事电力工程设计咨询、管理工作。