CN103697946A

CN103697946A - 一种火电厂燃煤锅炉烟气流量的计算方法及污染物排放量的控制方法

Info

Publication number: CN103697946A
Application number: CN201310652624.7A
Authority: CN
Inventors: 李颖杰; 王忠杰; 郭翔; 王智微; 徐威; 李赟
Original assignee: Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd; Electric Power Dispatch Control Center of Guizhou Power Grid Co Ltd
Current assignee: Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd; Electric Power Dispatch Control Center of Guizhou Power Grid Co Ltd
Priority date: 2013-12-05
Filing date: 2013-12-05
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2033-12-05
Also published as: CN103697946B

Abstract

一种火电厂燃煤锅炉烟气流量的计算方法及污染物排放量的控制方法，包括计算火电厂燃煤锅炉中单位质量入炉煤生成的干烟气量、计算入炉煤低位发热量、计算火电厂燃煤锅炉单位时间消耗标准燃煤量、计算火电厂燃煤锅炉单位时间入炉煤的消耗量以及计算燃煤锅炉烟气流量。根据单位时间燃煤锅炉烟气流量得到统计时间段内火电厂发电机组污染物排放量，将其与污染物排放量标准进行比较；若小于污染物排放量标准则进行烟气排放；若大于污染物排放量标准，通过控制污染物排放量，直到小于污染物排放量标准进行烟气排放。该计算方法可以更加精确的计算火电厂燃煤锅炉燃烧过程中产生的烟气量，进而可以更加准确的计算SO₂、NO_x及粉尘的排放量。

Description

一种火电厂燃煤锅炉烟气流量的计算方法及污染物排放量的控制方法

技术领域

本发明属于化工领域，具体涉及一种火电厂燃煤锅炉烟气流量的计算方法及污染物排放量的控制方法。

背景技术

由于燃煤电厂供电负荷变化范围较大，且燃用煤种变化频繁，锅炉烟道截面积大且流场分布不均匀点，随负荷变化较大，现有日常运行过程中流量测点误差过大。实时在线烟气流量测点测量误差过大，而且，目前还没有相关的标准和方法对正常运行时火电厂锅炉实时烟气流量进行计算。因此，需要一种更为准确的确定运行中锅炉烟气流量的方法。

传统污染物排放量在线监测方法一般使用直接测量的烟气流量误差较大（一般可以达到30%），因此，采用传统的方法测量的烟气流量计算出的排放量与减排量与实际值均有较大偏差。同时，传统的离线计算污染物排放量发放需要综合计算电厂耗煤量，煤含硫量及脱硫效率的信息，计算准确与上述指标准确性密切相关，一般也存在较大误差，这直接影响了电厂污染物排放量计算的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种火电厂燃煤锅炉烟气流量的计算方法及污染物排放量的控制方法，本发明能够准确的测量和计算烟气流量，使火电厂污染物排放量的计算及统计工作快捷、准确。

为了达到上述目的，本发明火电厂燃煤锅炉烟气流量的计算方法，包括以下步骤：

1）通过煤质分析获取火电厂燃煤锅炉入炉煤的收到基碳含量Car、收到基硫含量Sar、收到基氢含量Har、收到基氧含量Oar以及收到基氮含量Nar，然后利用收到基碳含量Car、收到基硫含量Sar、收到基氢含量Har、收到基氧含量Oar以及收到基氮含量Nar得到火电厂燃煤锅炉中单位质量入炉煤生成的干烟气量Vyan；

2）利用收到基碳含量Car、收到基硫含量Sar、收到基氢含量Har以及收到基氧含量Oar，采用下式得到入炉煤低位发热量Q_net,ar；

Q_net,ar=336Car+1420Har+94Sar-205Oar；

3）从负荷—煤耗率曲线获取火电厂发电机组的发电煤耗率b_g以及发电功率P，然后采用下式得到火电厂燃煤锅炉单位时间消耗标准燃煤量B_ab；

B_ab=P×b_g；

4）利用入炉煤低位发热量Q_net,ar、火电厂循燃煤锅炉单位时间消耗标准燃煤量B_ab以及标准煤低位发热量Q_ab，得到火电厂燃煤锅炉单位时间入炉煤的消耗量B；

5）利用火电厂燃煤锅炉中单位质量入炉煤生成的干烟气量Vyan以及火电厂燃煤锅炉单位时间入炉煤消耗量B得到单位时间燃煤锅炉烟气流量V_time，单位时间燃煤锅炉烟气流量V_time采用下式得到的：

V_time=0.001×Vyan×B。

所述的步骤1）中火电厂燃煤锅炉中单位质量入炉煤生成的干烟气量Vyan是采用如下方法得到的：

1.1）利用收到基碳含量Car、收到基硫含量Sar、收到基氢含量Har以及收到基氧含量Oar得到入炉煤理论空气量Vair0，入炉煤理论空气量Vair0是采用下式得到的：

Vair0=0.089(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.0333Oar；

1.2）利用燃料理论空气量Vair0、收到基碳含量Car、收到基硫含量Sar以及收到基氮含量Nar得到入炉煤理论干烟量Vyan0，入炉煤理论干烟量Vyan0是采用下式得到的：

Vyan 0 = 1.866 \frac{Car + 0.375 Sar}{100} + 0.79 \times Vair 0 + 0.8 \frac{Nar}{100};

1.3）利用燃料理论空气量Vair0以及理论干烟量Vyan0得到火电厂燃煤锅炉中单位质量入炉煤生成的干烟气量Vyan，且火电厂循燃煤锅炉中单位质量入炉煤生成的干烟气量Vyan是采用下式得到的：

Vyan=Vyan0+(Apy-1)×Vair0；

式中：Apy——过量空气系数，且过量空气系数是采用下式得到的：

Apy = \frac{21}{21 - O_{2_AHOut}};

式中：O_{2_AHOut}——干烟气中氧气的体积含量，%。

所述的步骤1）中单位质量入炉煤生成的干烟中O₂的体积百分比为3-10%。

所述的步骤4）中火电厂燃煤锅炉单位时间入炉煤的消耗量B是采用下式得到的：

B=Q_ab×B_ab/Q_net,ar。

一种基于所述的计算方法的污染物排放量的控制方法，根据单位时间燃煤锅炉烟气流量V_time得到统计时间段内火电厂发电机组污染物排放量，将该统计时间段内火电厂发电机组污染物排放量与污染物允许排放量进行比较；

若统计时间段内火电厂发电机组污染物排放量小于污染物允许排放量，则进行烟气排放；

若统计时间段内火电厂发电机组污染物排放量大于污染物允许排放量，通过控制烟气排放时间和/或环保设施运行参数降低统计时间段内火电厂发电机组污染物排放量，直到统计时间段内火电厂发电机组污染物排放量小于污染物允许排放量进行烟气排放。

所述的统计时间段内火电厂发电机组污染物排放量是采用如下方法得到的：

1）利用单位时间燃煤锅炉烟气流量V_time得到单位时间污染物的排放量HQ，且单位时间污染物的排放量HQ是采用下式得到的：

HQ=0.001×V_time×C

HQ——单位时间污染物的排放量，kg/h；

C——排放烟气污染物浓度，mg/m³；

2）通过单位时间污染物排放量HQ计算出统计时间段内火电厂发电机组污染物排放量，统计时间段内火电厂发电机组污染物排放量是采用下式得到的：

Q_{WRW} = 0.001 \times {&Integral;}_{0}^{t 1} HQdt

t1——统计时间段，h；

Q_WRW——统计时间段内火电厂发电机组污染物排放量，吨；

t——时间。

所述的环保设施运行参数包括脱硫岛—浆液泵运行数量、脱硝装置—喷氨量或电除尘—投入电场数量。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明是一种离线的烟气流量计算方法，它是通过获取煤质信息，利用“负荷—煤耗率”曲线信息计算烟气流量，具有严格的理论基础，所计算出的烟气流量准确性相对较高，与实际测量值误差小于10%，因此利用该烟气流量对火电厂污染物排放量的计算及统计具有快捷、准确的特点。

另外，本发明能够更加精确的24小时不间断的计算火电厂燃煤机组的烟气流量，进而计算SO₂、NO_x及粉尘排放量，为统计和考核火电厂燃煤机组污染物排放量提供了有力工具。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

一、本发明的火电厂燃煤锅炉烟气流量的计算方法包括一个计算火电厂燃煤锅炉中单位质量入炉煤生成的干烟气量Vyan的过程；还包括一个计算入炉煤低位发热量过程，还包括一个计算火电厂燃煤锅炉单位时间消耗标准燃煤量Bab的过程，还包括一个计算火电厂燃煤锅炉单位时间入炉煤的消耗量B；还包括计算燃煤锅炉烟气流量V_time的过程。具体步骤如下：

1）首先，通过煤质分析获取火电厂燃煤锅炉入炉煤煤质数据如入炉煤收到基碳含量Car、收到基硫含量Sar、收到基氢含量Har、收到基氧含量Oar以及收到基氮含量Nar；且入炉煤收到基碳含量Car、收到基硫含量Sar、收到基氢含量Har、收到基氧含量Oar以及收到基氮含量Nar均为质量含量；

其次，利用收到基碳含量Car、收到基硫含量Sar、收到基氢含量Har以及收到基氧含量Oar得到入炉煤理论空气量Vair0，入炉煤理论空气量Vair0是采用式1）得到的：

Vair0=0.089(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.0333Oar 1）

式1）中：Vair0——入炉煤理论空气量，m³/kg燃料；

Car——入炉煤收到基碳含量，%；

Sar——入炉煤收到基硫含量，%；

Har——入炉煤收到基氢含量，%；

Oar——入炉煤收到基氧含量，%；

再次，利用燃料理论空气量Vair0、收到基碳含量Car、收到基硫含量Sar以及收到基氮含量Nar得到入炉煤理论干烟量Vyan0，入炉煤理论干烟量Vyan0是采用式2）得到的：

Vyan 0 = 1.866 \frac{Car + 0.375 Sar}{100} + 0.79 \times Vair 0 + 0.8 \frac{Nar}{100} - - - 2)

式2）中，Vyan0——入炉煤理论干烟量，m³/kg燃料；

Nar——入炉煤收到基氮含量，%；

最后，利用入炉煤理论空气量Vair0以及入炉煤理论干烟量Vyan0得到火电厂燃煤锅炉中单位质量入炉煤生成的干烟气量Vyan，且单位质量入炉煤生成的干烟中O₂的体积百分比为3-10%，火电厂循燃煤锅炉中单位质量入炉煤生成的干烟气量Vyan是采用式3）得到的：

Vyan=Vyan0+(Apy-1)×Vair0 3）

Apy = \frac{21}{21 - O_{2_AHOut}};

式中：O_{2_AHOut}——干烟气中氧气的体积含量，%；

2）利用收到基碳含量Car、收到基硫含量Sar、收到基氢含量Har以及收到基氧含量Oar，采用式4）得到入炉煤低位发热量Q_net,ar；

Q_net,ar=336Car+1420Har+94Sar-205Oar 4）

式4）中，Q_net,ar——收到基煤的低位发热量，kJ/kg；

3）从负荷—煤耗率曲线获取火电厂发电机组的发电煤耗率b_g以及发电功率P，然后采用式5）得到火电厂燃煤锅炉单位时间消耗标准燃煤量B_ab；

B_ab=P×b_g 5）

式5）中，P——机组发电功率，MW；

b_g——机组发电煤耗率，g/kWh；

B_ab——机组单位时间发电标准煤耗量，kg/h；

4）利用入炉煤低位发热量Q_net,ar、火电厂循燃煤锅炉单位时间消耗标准燃煤量B_ab以及标准煤低位发热量Q_ab，采用式6）得到火电厂燃煤锅炉单位时间入炉煤的消耗量B；

B=Q_ab×B_ab/Q_net,ar 6）

式6）中，B——机组单位时间发电原煤煤耗量，kg/h；

Q_ab——标煤低位发热量，kJ(取29307.6kJ)；

5）利用火电厂燃煤锅炉中单位质量入炉煤生成的干烟气量Vyan以及火电厂燃煤锅炉单位时间入炉煤消耗量B，利用式7）得到燃煤锅炉烟气流量V_time：

V_time=0.001×Vyan×B 7）

式7）中：V_time——单位时间烟气流量，km³/h；

二、根据单位时间燃煤锅炉烟气流量V_time得到统计时间段内火电厂发电机组污染物排放量，将该统计时间段内火电厂发电机组污染物排放量与污染物允许排放量进行比较；

若统计时间段内火电厂发电机组污染物排放量小于污染物允许排放量，则进行烟气排放；若统计时间段内火电厂发电机组污染物排放量大于污染物允许排放量，通过控制烟气排放时间和/或环保设施运行参数降低统计时间段内火电厂发电机组污染物排放量，直到统计时间段内火电厂发电机组污染物排放量小于污染物允许排放量进行烟气排放；其中，环保设施运行参数包括脱硫岛—浆液泵运行数量、脱硝装置—喷氨量、电除尘—投入电场数量中的一种或多种。若污染物为SO₂，通过对脱硫岛—浆液泵运行数量进行控制；若污染物为NO_x，通过对脱硝装置—喷氨量进行控制，若污染物为粉尘，通过对电除尘—投入电场数量进行控制。

根据单位时间燃煤锅炉烟气流量V_time得到统计时间段内火电厂发电机组污染物排放量的具体方法如下：

利用本发明计算的单位时间烟气流量V_time及实时监测排放烟气的SO₂，NO_x及粉尘浓度来实时计算单位时间SO₂，NO_x及粉尘排放量，且单位时间SO₂，NO_x及粉尘排放量计算公式如式8）所示：

HQ=0.001×V_time×C 8）

HQ——单位时间SO₂，NO_x或粉尘排放量，kg/h；

C——排放烟气的SO₂，NO_x或粉尘浓度，mg/m³；

通过单位时间SO₂，NO_x及粉尘排放量，可计算统计时间段内火电厂机组SO₂，NO_x或粉尘排放量，统计时间段内机组SO₂，NO_x或粉尘排放量计算公式如式9）所示：

Q_{WRW} = 0.001 \times {&Integral;}_{0}^{t 1} HQdt - - - 9)

t1——统计时间段，h；

Q_WRW——统计时间段内SO₂，NO_x或粉尘排放量，吨；

t——时间。

注1：NO_x（氮氧化物）的排放浓度限值以NO₂计，当NOx浓度以NO计量时，按式10）折算到以NO₂计量：

c_{0} = c^{''} \times \frac{46.006}{30.006} - - - 10)

c″——以NO计量的污染物排放浓度；

c₀——以NO₂计量的污染物排放浓度。

注2：当实际测量的SO₂排放浓度单位为ppm时，折算到mg/Nm³如式11）所示：

C_{{SO}_{2}} = X_{{SO}_{2}, in}^{0} \times \frac{64}{22.4} = 2.857 X_{{SO}_{2}, in}^{0} - - - 11)

——排放烟气的SO₂浓度，mg/Nm³；

——排放烟气的SO₂浓度，ppm。

注3：当实际测量的NOx排放浓度单位为ppm时，折算到mg/Nm³如式12）所示：

C_{{NO}_{x}} = X_{{NO}_{x}, in}^{0} \times \frac{62}{22.4} = 2.768 X_{{NO}_{x}, in}^{0} - - - 12)

——排放烟气的NO_x浓度，mg/m³；

——排放烟气的NO_x浓度，ppm。

三、以某300MW机组及600MW机组各一台进行计算精度对比分析，为方便与一般拟合方法对比，给出常用烟气流量拟合方法（称之为方法一）：

1、方法一：常用烟气流量拟合算法如式13）所示：

Q_y=2.364N+155.93 13）

式13）中，Q_y——计算烟气流量，km³/h；

N——机组发电功率，MW。

2、300MW机组试验资料：

2.1300MW机组煤质资料

表1为300MW机组煤质数据

表1中的百分含量均以质量百分比计。

2.2300MW机组试验“功率—煤耗率”曲线

y=0.0008x²-0.5272x+405.5 14）

式14）中，y—机组煤耗率，g/kWh；x—机组负荷，MW。

3、600MW机组试验资料：

3.1600MW机组煤质资料

表2为600MW机组煤质数据

表2中的百分含量均以质量百分比计。

3.2600MW机组试验“功率—煤耗率”曲线

y=0.0009x²-0.9815x+594.66 15）

式15）中，y—机组煤耗率，g/kWh；x—机组负荷，MW。

表3某电厂300ＭW机组计算对比

对比计算中，选取流量计标定过程中(网格法测量的)烟气测量值为基准（称之为标定烟气流量），理论上其最为接近实际值；从对比计算结果中可以发现：

1）现场实际测点测量值与标定值之间存在偏差很大，选取的两台机组中最大达59.54%，最小为12.09%；

2）采用方法一计算的烟气流量，优点在于方法简单，但精度明显较本发明方法低。

3）本发明提供的计算方法与实际测量值误差小于10%。

Claims

1.一种火电厂燃煤锅炉烟气流量的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

Q_net,ar=336Car+1420Har+94Sar-205Oar；

B_ab=P×b_g；

V_time=0.001×Vyan×B。

2.根据权利要求1所述的火电厂燃煤锅炉烟气流量的计算方法，其特征在于，所述的步骤1）中火电厂燃煤锅炉中单位质量入炉煤生成的干烟气量Vyan是采用如下方法得到的：

Vair0=0.089(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.0333Oar；

Vyan 0 = 1.866 \frac{Car + 0.375 Sar}{100} + 0.79 \times Vair 0 + 0.8 \frac{Nar}{100};

Vyan=Vyan0+(Apy-1)×Vair0；

Apy = \frac{21}{21 - O_{2_AHOut}};

式中：O_{2_AHOut}——干烟气中氧气的体积含量，%。

3.根据权利要求2所述的火电厂燃煤锅炉烟气流量的计算方法，其特征在于：所述的步骤1）中单位质量入炉煤生成的干烟中O₂的体积百分比为3-10%。

4.根据权利要求1所述的火电厂燃煤锅炉烟气流量的计算方法，其特征在于，所述的步骤4）中火电厂燃煤锅炉单位时间入炉煤的消耗量B是采用下式得到的：

B=Q_ab×B_ab/Q_net,ar。

5.一种基于权利要求1～4中任意一项权利要求所述的计算方法的污染物排放量的控制方法，其特征在于：根据单位时间燃煤锅炉烟气流量V_time得到统计时间段内火电厂发电机组污染物排放量，将该统计时间段内火电厂发电机组污染物排放量与污染物允许排放量进行比较；

6.根据权利要求5所述的污染物排放量的控制方法，其特征在于，所述的统计时间段内火电厂发电机组污染物排放量是采用如下方法得到的：

HQ=0.001×V_time×C

HQ——单位时间污染物的排放量，kg/h；

C——排放烟气污染物浓度，mg/m³；

Q_{WRW} = 0.001 \times {&Integral;}_{0}^{t 1} HQdt

t1——统计时间段，h；

Q_WRW——统计时间段内火电厂发电机组污染物排放量，吨；

t——时间。

7.根据权利要求5所述的污染物排放量的控制方法，其特征在于：所述的环保设施运行参数包括脱硫岛—浆液泵运行数量、脱硝装置—喷氨量或电除尘—投入电场数量。