崔 敏，陳 玉

(華北電力設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100120)

大型火電廠燃煤量的簡便計(jì)算

崔 敏，陳 玉

(華北電力設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100120)

本文從鍋爐燃煤量的基本計(jì)算公式出發(fā)，提出用發(fā)電標(biāo)煤耗、汽輪機(jī)熱耗來進(jìn)行鍋爐燃煤量的計(jì)算方法。文中對我國目前火電機(jī)組實(shí)際供電煤耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，提供了大型火電廠濕冷機(jī)組及空冷機(jī)組的發(fā)電煤耗參考數(shù)值，提出了不同工況燃煤量數(shù)據(jù)的修正方法。本文提出的兩種鍋爐燃煤量計(jì)算方法實(shí)用、簡便，可分別用于項(xiàng)目前期鍋爐燃煤量的估算和正式設(shè)計(jì)階段的準(zhǔn)確計(jì)算。

燃煤量；熱耗；發(fā)電標(biāo)煤耗。

1 概述

鍋爐燃煤量是火力發(fā)電廠燃燒系統(tǒng)計(jì)算的重要數(shù)據(jù)，是熱機(jī)、輸煤、除灰等專業(yè)的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選型的依據(jù)和基礎(chǔ)。在工程的可行性研究階段、初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)階段，都需要計(jì)算燃煤量。利用常規(guī)方法計(jì)算燃煤量，由于計(jì)算所依據(jù)的原始數(shù)據(jù)太多，需要汽輪機(jī)廠、鍋爐廠提供的資料，在項(xiàng)目前期沒有主機(jī)廠資料時(shí)，往往不能很快地進(jìn)行，通常參考同類工程的資料來計(jì)算。而利用發(fā)電標(biāo)煤耗、汽輪機(jī)熱耗來計(jì)算燃煤量，依據(jù)數(shù)據(jù)可大大減少，燃煤量的計(jì)算得到了較大地簡化，既可以用于項(xiàng)目前期的初步估算，也可在獲得了主廠家資料后進(jìn)行精確計(jì)算。

2 幾種燃煤量計(jì)算方法

鍋爐的燃煤量一般計(jì)算BMCR工況的燃煤量，即鍋爐最大連續(xù)運(yùn)行時(shí)的燃煤量。根據(jù)機(jī)爐匹配原則，鍋爐BMCR工況與汽輪機(jī)VWO工況的參數(shù)相對應(yīng)，VWO工況是機(jī)組在額定參數(shù)下汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥全開工況。

2.1 燃煤量常規(guī)計(jì)算方法

工程設(shè)計(jì)中通常采用以下公式進(jìn)行燃煤量的計(jì)算。

式中：B為鍋爐燃煤量(t/h)；η為鍋爐效率；Dgr、Dzr、Djw為過熱蒸汽流量、再熱蒸汽流量、過熱器減溫水量(t/h)；hgr、hgs、hjw、hqb為過熱蒸汽焓、給水焓、減溫水焓、汽包水焓(kJ/kg)；hzr'、hzr''為分別為再熱器進(jìn)、出口蒸汽焓(kJ/kg)；Dqb為汽包排污水量(t/h)，直流爐取值為0；Qnet.ar為燃煤收到基低位發(fā)熱量(kJ/kg)。

將汽輪機(jī)組不同工況熱平衡圖中的數(shù)據(jù)代入公式(1)，可以計(jì)算出鍋爐在不同工況下的耗煤量。取汽機(jī)VWO工況(即鍋爐BMCR工況)時(shí)的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算得出鍋爐BMCR工況的燃煤量。

在不同汽輪機(jī)出力、不同進(jìn)汽參數(shù)和不同背壓的條件下，熱平衡圖中的數(shù)據(jù)不同；即使上述外部條件相同，不同汽機(jī)廠家的汽機(jī)結(jié)構(gòu)不盡相同，主蒸汽流量、再熱蒸汽流量、再熱器入口蒸汽參數(shù)會有差異，熱平衡圖中的數(shù)據(jù)也是不同的。

使用熱平衡圖需要注意，熱平衡圖上表示的是汽機(jī)側(cè)的數(shù)據(jù)，鍋爐和汽輪機(jī)之間存在著溫度、壓力損失，還要把汽機(jī)側(cè)的數(shù)據(jù)修正到鍋爐側(cè)數(shù)據(jù)，如主汽溫度加5℃，再熱汽溫加3℃，再根據(jù)鍋爐側(cè)的溫度、壓力查出相應(yīng)的蒸汽、水的焓值，代入公式(1)算出。

由此可知，采用常規(guī)計(jì)算的計(jì)算結(jié)果較為精確，但有一定的局限性，必須要輸入許多原始數(shù)據(jù)。在工程項(xiàng)目前期(如可研設(shè)計(jì)階段)，主設(shè)備尚未定標(biāo)，沒有針對項(xiàng)目的熱平衡數(shù)據(jù)，一般是找參考工程熱平衡進(jìn)行計(jì)算，鍋爐效率也是根據(jù)煤質(zhì)情況按經(jīng)驗(yàn)估計(jì)。所以，準(zhǔn)確的計(jì)算只有在確定了主設(shè)備廠家，有了針對項(xiàng)目的熱平衡圖才能得到真正精確的結(jié)果。

2.2 基于發(fā)電標(biāo)煤耗的耗煤量計(jì)算

發(fā)電標(biāo)煤耗是火力發(fā)電廠的一項(xiàng)重要的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，發(fā)電標(biāo)煤耗由鍋爐效率、汽輪發(fā)電機(jī)組熱耗、管道效率確定，發(fā)電標(biāo)煤耗和廠用電率最終確定了供電標(biāo)煤耗。

雖然每個(gè)火電項(xiàng)目的發(fā)電標(biāo)煤耗都存在差別，但我國制造的大型汽輪發(fā)電機(jī)組一般按序系列化、標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行生產(chǎn)，火電主力機(jī)組已經(jīng)由300 MW、600 MW亞臨界機(jī)組， 350 MW、600 MW超臨界機(jī)組發(fā)展到近年來的660 MW、1000 MW超超臨界機(jī)組。對于同一個(gè)序列(相同出力、相同參數(shù))的發(fā)電機(jī)組，只要是國內(nèi)主要的制造廠家，鍋爐效率和汽輪機(jī)熱耗基本都在一定的水平上，也就是說發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗在一個(gè)基本確定的水平上。

根據(jù)發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗的定義可知：

發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗量＝發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗×發(fā)電量

用實(shí)際燃煤的低位發(fā)熱量進(jìn)行修正，得到鍋爐的耗煤量計(jì)算公式如下：

式中：B為鍋爐燃煤量(t/h)；N為機(jī)組輸出功率(MW)；Qnet.ar為燃煤收到基低位發(fā)熱量(kJ/kg)；29271為標(biāo)煤的低位發(fā)熱量(kJ/kg)；fb為發(fā)電標(biāo)煤耗(g/kWh)。

項(xiàng)目前期階段，建設(shè)規(guī)模即機(jī)組輸出功率N是確定的，燃料來源基本落實(shí)，即燃料低位發(fā)熱量Qnet.ar已知，主機(jī)的參數(shù)和型式(空冷或濕冷)基本確定，也就確定了發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗的水平，此時(shí)，采用基于發(fā)電標(biāo)煤耗的鍋爐燃煤量計(jì)算法(公式(2))，較為方便。

2.3 基于汽輪機(jī)熱耗的耗煤量計(jì)算方法

發(fā)電標(biāo)煤耗與鍋爐效率、汽輪發(fā)電機(jī)組熱耗、管道效率有關(guān)，其計(jì)算公式如下：

式中：Hr為汽輪機(jī)熱耗，汽輪機(jī)每發(fā)(1 kWh)電能耗用的熱量(kJ/kWh)；η為鍋爐效率；0.99為管道效率；fb為發(fā)電標(biāo)煤耗 (g/kWh)；29271為標(biāo)煤的低位發(fā)熱量(kJ/kg)。

把公式(3)代入公式(2)，化簡后得到基于汽輪機(jī)熱耗的燃煤量計(jì)算公式：

式中：B為鍋爐燃煤量(t/h)；Hr為汽輪機(jī)熱耗(kJ/kWh)；Qnet.ar為燃煤收到基低位發(fā)熱量(kJ/kg)；29271為標(biāo)煤的低位發(fā)熱量(kJ/kg)；N為機(jī)組輸出功率(MW)；η為 鍋爐效率。

汽機(jī)熱耗由汽機(jī)廠提供，汽輪機(jī)熱耗、輸出功率采用熱平衡圖中VWO工況時(shí)的數(shù)據(jù)，代入公式(4)即可計(jì)算BMCR工況時(shí)的耗煤量。

公式(4)和公式(1)，在本質(zhì)上是相同的，因?yàn)槠麢C(jī)的輸入熱量來自于鍋爐的輸出熱量，鍋爐的有效輸出熱量減去管道損失后就是汽機(jī)的輸入熱量。有了熱平衡數(shù)據(jù)，采用兩種方法均可行，顯然，基于汽輪機(jī)熱耗的燃煤量計(jì)算法所需要的數(shù)據(jù)更少，只使用了熱平衡圖中的熱耗和輸出功率兩個(gè)數(shù)據(jù)，管道效率0.99代替了汽機(jī)側(cè)和鍋爐側(cè)之間的參數(shù)修正，計(jì)算更為簡便。

3 發(fā)電煤耗參考值和燃煤量工況修正

3.1 發(fā)電標(biāo)煤耗參考值

目前各電廠十分關(guān)注電廠的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，對于實(shí)際的標(biāo)煤耗都有詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。中國電力企業(yè)聯(lián)合會每年都要開展火電機(jī)組能效對標(biāo)及競賽，從對標(biāo)及競賽中獲得的供電煤耗數(shù)據(jù)、廠用電數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出具有代表性的發(fā)電煤耗數(shù)據(jù)。

根據(jù)中電聯(lián)數(shù)據(jù)《2013 年度全國火電600 MW 級機(jī)組能效對標(biāo)及競賽數(shù)據(jù)資料》，匯總各不同系列機(jī)組的供電煤耗見表1。

表1 機(jī)組供電煤耗

其中，前20%平均、前40%平均分別指參與能效對標(biāo)競賽的統(tǒng)計(jì)機(jī)組的前20%名、前40%的供電煤耗平均值。各等級機(jī)組出力系數(shù)在74%～77%之間。各類機(jī)組供電煤耗見圖1。

圖1 機(jī)組供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗

由圖1可知，隨著機(jī)組參數(shù)的提高，機(jī)組的標(biāo)煤耗也隨之減少。其中空冷機(jī)組的煤耗量要高于同等級下的濕冷機(jī)組。

我國火電機(jī)組供電煤耗逐年降低，2010年600 MW機(jī)組供電煤耗333 g/kWh，2013 年，全國火電機(jī)組供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗321 g/kWh，平均每年比上年降低4 g/kWh。2014年，國家發(fā)改委、環(huán)保部和能源局聯(lián)合發(fā)文《煤電節(jié)能減排升級與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年)》，要求全國新建燃煤發(fā)電機(jī)組平均供電標(biāo)煤耗低于300 g/kWh。鑒于此，進(jìn)行發(fā)電煤耗參考值計(jì)算時(shí)取用機(jī)組前40%的供電煤耗進(jìn)行計(jì)算。

表1是在實(shí)際工況下的運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)際熱耗值介于設(shè)計(jì)值和TRL工況值之間，實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷平均在75%左右，汽機(jī)熱耗比設(shè)計(jì)工況高出2%左右，折合到設(shè)計(jì)工況，發(fā)電煤耗將會降低約5 g/kWh，見表2，由表2繪制機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗見圖2。

表2 機(jī)組發(fā)電標(biāo)煤耗(基于前40%平均水平)

圖2 機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗

3.2 參數(shù)變化對發(fā)電標(biāo)煤耗的影響

電廠為了提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，采取了一些節(jié)能措施來優(yōu)化機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，降低發(fā)電煤耗。采取這些措施后，發(fā)電標(biāo)煤耗可在原計(jì)算基礎(chǔ)上進(jìn)行量化。根據(jù)已有工程熱平衡圖和參考文獻(xiàn)，總結(jié)出參數(shù)變化對發(fā)電標(biāo)煤耗的影響數(shù)據(jù)，見表3。

表3 參數(shù)變化對發(fā)電標(biāo)煤耗的影響數(shù)據(jù)

另外，采取其它措施，比如采用余熱利用裝置等，降低了發(fā)電煤耗，可在原基礎(chǔ)上量化計(jì)算后進(jìn)行調(diào)整。

3.3 不同工況燃煤量修正

鍋爐的耗煤量通常按BMCR工況計(jì)算，而汽輪機(jī)在VWO工況時(shí)(對應(yīng)BMCR工況)出力大于設(shè)計(jì)工況(THA工況)的出力，汽輪機(jī)額定出力代入(公式2)計(jì)算的燃煤量為THA工況的燃煤量，小于BMCR工況耗煤量。

設(shè)BMCR工況與THA工況的耗煤量之比為修正系數(shù)為k，BMCR工況鍋爐的耗煤量計(jì)算如下：

VWO工況與設(shè)計(jì)工況(THA工況)，從多個(gè)工程汽機(jī)廠家提供的熱平衡圖看，熱耗之差在5‰以內(nèi)，因此，前期燃煤量估算可以用設(shè)計(jì)工況(THA工況)的發(fā)電煤耗作為VWO工況的發(fā)電煤耗，此時(shí)，VWO工況與設(shè)計(jì)工況(THA工況)的汽輪機(jī)出力之比就是兩工況的耗煤量之比，即k值。

VWO工況與設(shè)計(jì)工況(THA工況)由于進(jìn)汽流量不同，導(dǎo)致汽輪機(jī)出力不同。

設(shè)計(jì)工況(THA工況)條件為額定蒸汽參數(shù)，設(shè)計(jì)背壓，補(bǔ)給水率為0%，汽輪發(fā)電機(jī)組輸出功率等于額定功率。

額定負(fù)荷工況(TRL工況，汽機(jī)名牌工況)條件為額定主蒸汽參數(shù)、夏季高背壓、有一定的補(bǔ)給水率(一般為1%～3%)，對于濕冷機(jī)組，要求汽輪發(fā)電機(jī)組的輸出功率為額定功率；對于空冷機(jī)組，因?yàn)橄募颈硥号c設(shè)計(jì)背壓相差較大，不再統(tǒng)一規(guī)定汽輪發(fā)電機(jī)組的輸出功率為額定功率，也即夏季汽輪機(jī)出力可以不滿發(fā)(此時(shí)的工況也稱為夏季工況)，該工況進(jìn)汽量稱為汽輪機(jī)TRL進(jìn)汽量。

VWO工況流量等于TRL進(jìn)汽量加上一定的通流裕量,該裕量是制造廠為考慮通流部分的制造公差及機(jī)組老化對汽輪機(jī)出力的影響而設(shè)置的裕量，VWO工況流量取值一般約為TRL額定進(jìn)汽量的1.05倍(大機(jī)組常取1.03)。

為了確定修正系數(shù)k的合理值，選取了幾個(gè)有代表性的實(shí)際工程的機(jī)組熱平衡圖，匯總各工況的流量、出力關(guān)系，見表4。

表4 不同工況流量、出力關(guān)系

由表4可以看出，受機(jī)組冷卻方式(濕冷或空冷)、背壓變化幅度、夏季是否要求滿發(fā)的影響等，汽輪機(jī)TRL工況進(jìn)汽量與THA工況進(jìn)汽量之比a1不是一個(gè)常數(shù)，變化規(guī)律如下：

對夏季不要求滿發(fā)的空冷機(jī)組(表中第6、7項(xiàng))，TRL工況進(jìn)汽量與THA工況的進(jìn)汽量增加5‰左右，出力比K(VWO/THA)與主汽流量比a2(VWO/TRL)基本一致。

背壓變化幅度越小(表中第3項(xiàng)，夏季背壓與設(shè)計(jì)背壓值小于2)，主汽流量比a1(TRL/ THA)偏小，導(dǎo)致出力比k(VWO/THA)較小。

主汽流量比a2(VWO/TRL)是個(gè)定值，機(jī)組出力越大，取值越小。

由此，得出不同條件下BMCR工況與THA工況的耗煤量修正系數(shù)k，見表5。

表5 不同條件修正系數(shù)K建議

3.4 鍋爐燃煤量估算過程

對基于發(fā)電標(biāo)煤耗的鍋爐燃煤量估算過程總結(jié)如下：

(1)根據(jù)機(jī)組容量參數(shù)，按表2選取發(fā)電標(biāo)煤耗基準(zhǔn)值。

(2)根據(jù)機(jī)組參數(shù)變化及采取的節(jié)能措施進(jìn)行修正，推算得出設(shè)計(jì)工況(THA工況)發(fā)電標(biāo)煤耗值，最終采用的發(fā)電標(biāo)煤耗值可以根據(jù)項(xiàng)目各方對項(xiàng)目不同的期望值進(jìn)行調(diào)整。

(3)根據(jù)項(xiàng)目不同條件，按表5選取修正系數(shù)k，按公式(5)計(jì)算BMCR鍋爐燃煤量。

4 結(jié)論

(1)鍋爐燃煤量是火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)工作中的重要數(shù)據(jù)，是專業(yè)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選型的依據(jù)和基礎(chǔ)。本文提出了燃煤量計(jì)算的新思路，即基于汽輪機(jī)熱耗或發(fā)電標(biāo)煤耗的計(jì)算方法，實(shí)用、簡便，在工程設(shè)計(jì)的不同階段均可以采用。

(2)在項(xiàng)目正式設(shè)計(jì)階段，取得機(jī)組汽機(jī)熱平衡圖時(shí)，基于汽輪機(jī)熱耗的燃煤量計(jì)算法可以準(zhǔn)確地計(jì)算鍋爐燃煤量，比常規(guī)燃煤量計(jì)算方法輸入的原始數(shù)據(jù)少，僅需要熱耗、輸出功率及燃料低位發(fā)熱量數(shù)據(jù)，兩種方法準(zhǔn)確度相當(dāng)。

(3)在項(xiàng)目前期階段，沒有主機(jī)資料時(shí)，基于發(fā)電標(biāo)煤耗的鍋爐燃煤量計(jì)算法可以簡便地估算鍋爐燃煤量，該計(jì)算法根據(jù)機(jī)組容量和汽輪機(jī)型式(濕冷或空冷)，適當(dāng)選取發(fā)電煤耗，并進(jìn)行工況間必要的修正，可計(jì)算出鍋爐燃煤量。這種計(jì)算方法比常規(guī)燃煤量計(jì)算法簡單, 有較高的準(zhǔn)確性。

[1] DL/T 892－2004，電站汽輪機(jī)技術(shù)條件[S]．

[2] GB50660－2011，大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范 [S]．

[3] DL/T 5240－2010，火力發(fā)電廠燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)程[S]．

[4] 張方煒，等．超臨界火力發(fā)電機(jī)組二次再熱技術(shù)研究[J]．電力勘測設(shè)計(jì)，2013，(2)．

[5] 黃甌，等．我國超超臨界汽輪機(jī)的發(fā)展方向[J]．熱力透平，2004，33(1)．

[6] 黃偉，等．大型機(jī)組典型工況含義、區(qū)別及關(guān)聯(lián)分析[J]．湖南電力，2010，30(3)．

[7] 鄭李坤，等．國產(chǎn)600 MW超臨界汽輪機(jī)組能耗現(xiàn)狀及存在的問題[J]．廣東電力，2011，24(2)．

[8] 閆順林，等．進(jìn)汽參數(shù)變化對汽輪機(jī)熱耗率影響的分析[J]．汽輪機(jī)技術(shù)，2013，55(1)．

[9] 沙偉，等．電廠汽輪機(jī)主要運(yùn)行參數(shù)變化時(shí)的煤耗分析[J]．陜西電力，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，碩士，高級工程師，主要從事火電廠熱機(jī)設(shè)計(jì)。