CN113052466A - 一种燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算方法，包括获取燃煤耦合污泥发电机组的锅炉效率；获取所述燃煤耦合污泥发电机组的汽轮机热耗率；获取所述燃煤耦合污泥发电机组的机组厂用电率；根据所述锅炉效率、所述汽轮机热耗率和所述机组厂用电率计算所述燃煤耦合污泥发电机组的燃煤耗率。利用机组的燃煤耗率可直接核算机组掺烧污泥的节煤/耗煤量，明确机组燃料耗率和燃煤耗率之间的联系与区别，其中，机组的燃煤耗率代表机组入炉燃煤的耗率，机组的燃料耗率代表机组入炉燃料的耗率，从而能够真实反映掺烧污泥的节能/耗能效果。本申请还公开了一种燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算装置，具有与上述方法相同的优点。
Description
技术领域
本发明属于污泥焚烧技术领域，特别是涉及一种燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算方法和装置。
背景技术
随着经济的发展和城镇化进程的提速，城镇污水处理水平和规模也在不断的提升，作为污水处理过程中的副产物的城市污泥逐年递增，如何处理城市污泥就成了问题。污泥中含有大量的有毒有机物、致病微生物和重金属等，这些物质如果处理不当，将对社会与环境造成重大危害。现有的污泥处理方式主要有农用堆肥、填埋、建材利用和焚烧等手段。现在行政部门在鼓励电力企业加大资源化利用污泥的升级改造力度，其中，燃煤耦合污泥发电技术是一种实现污泥无害化处置、资源化利用的有效途径，属于污泥焚烧利用方式，具有处理量大、效率高和适应性强等优点。
目前，研究人员针对燃煤机组掺烧污泥后的锅炉效率进行了研究，但没有研究过燃煤机组掺烧污泥后的机组的煤耗率，燃煤机组掺烧污泥后，入炉混合燃料的品质降低，导致锅炉效率下降，厂用电率上升，从而造成机组煤耗率上升，常用的机组煤耗率就代表了机组的“燃料”耗率。然而，由于污泥具有一定的热值，尤其是干污泥，机组“燃料”耗率很难评价机组掺烧污泥是否节煤，为评估燃煤机组掺烧污泥后入炉“燃煤”耗率，有必要获取机组的燃煤耗率。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算方法和装置，能够真实反映掺烧污泥的节能/耗能效果。
本发明提供的一种燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算方法包括：
获取燃煤耦合污泥发电机组的锅炉效率；
获取所述燃煤耦合污泥发电机组的汽轮机热耗率；
获取所述燃煤耦合污泥发电机组的机组厂用电率；
根据所述锅炉效率、所述汽轮机热耗率和所述机组厂用电率计算所述燃煤耦合污泥发电机组的燃煤耗率。
优选的，在上述燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算方法中，所述获取燃煤耦合污泥发电机组的锅炉效率包括：
利用反平衡方法和如下公式获取所述锅炉效率，
η＝1-(q2+q3+q4+q5+q6-qex)，
其中，η为锅炉效率，q2为排烟热损失，q3为气体未完全燃烧热损失，q4为固体未完全燃烧热损失，q5为锅炉散热损失，q6为灰渣物理显热损失，qex为外来热量与燃料热值之比。
优选的，在上述燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算方法中，所述获取所述燃煤耦合污泥发电机组的汽轮机热耗率包括：
利用如下公式获取所述汽轮机热耗率，
其中，HR为汽轮机热耗率，Dms为主蒸汽流量，hms为主蒸汽焓，Dhr为热再热蒸汽流量，hhr为热再热蒸汽焓，Dcr为冷再热蒸汽流量，hcr为冷再热蒸汽焓，Dfw为最终给水流量，hfw为最终给水焓，Drh为再热蒸汽减温水流量，hrh为再热蒸汽减温水焓，P为发电机组的输出功率。
优选的，在上述燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算方法中，所述获取所述燃煤耦合污泥发电机组的机组厂用电率包括：
利用如下公式计算机组厂用电率，
其中，L为机组厂用电率，pc为机组厂用电功率。
优选的，在上述燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算方法中，所述根据所述锅炉效率、所述汽轮机热耗率和所述机组厂用电率计算所述燃煤耦合污泥发电机组的燃煤耗率包括：
利用公式
计算出机组发电燃料耗率bf,f，其中，ηgd为管道效率，Q0为标煤发热量；
利用公式
计算机组供电燃料耗率bg,f，
另外，基于
和
其中，bf为机组燃料耗率，bc为机组燃煤耗率，其中，ma为入炉燃煤量，Qa为入炉燃煤发热量，P为发电机组的输出功率，Q0为标煤发热量，mb为入炉污泥量，Qb为入炉污泥发热量；
利用如下公式计算机组发电燃煤耗率bf,c，
利用如下公式计算机组供电燃煤耗率bg,c，
其中，
φ为污泥掺烧比例。
本发明提供的一种燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算装置包括：
第一获取部件，用于获取燃煤耦合污泥发电机组的锅炉效率；
第二获取部件，用于获取所述燃煤耦合污泥发电机组的汽轮机热耗率；
第三获取部件，用于获取所述燃煤耦合污泥发电机组的机组厂用电率；
计算部件，用于根据所述锅炉效率、所述汽轮机热耗率和所述机组厂用电率计算所述燃煤耦合污泥发电机组的燃煤耗率。
优选的，在上述燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算装置中，所述第一获取部件具体用于：
利用反平衡方法和如下公式获取所述锅炉效率，
η＝1-(q2+q3+q4+q5+q6-qex)，
其中，η为锅炉效率，q2为排烟热损失，q3为气体未完全燃烧热损失，q4为固体未完全燃烧热损失，q5为锅炉散热损失，q6为灰渣物理显热损失，qex为外来热量与燃料热值之比。
优选的，在上述燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算装置中，所述第二获取部件具体用于：
利用如下公式获取所述汽轮机热耗率，
其中，HR为汽轮机热耗率，Dms为主蒸汽流量，hms为主蒸汽焓，Dhr为热再热蒸汽流量，hhr为热再热蒸汽焓，Dcr为冷再热蒸汽流量，hcr为冷再热蒸汽焓，Dfw为最终给水流量，hfw为最终给水焓，Drh为再热蒸汽减温水流量，hrh为再热蒸汽减温水焓，P为发电机组的输出功率。
优选的，在上述燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算装置中，所述第三获取部件具体用于：
利用如下公式计算机组厂用电率，
其中，L为机组厂用电率，pc为机组厂用电功率。
优选的，在上述燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算装置中，所述计算部件具体用于：
利用公式
计算出机组发电燃料耗率bf,f，其中，ηgd为管道效率，Q0为标煤发热量；
利用公式
计算机组供电燃料耗率bg,f，
另外，基于
和
其中，bf为机组燃料耗率，bc为机组燃煤耗率，其中，ma为入炉燃煤量，Qa为入炉燃煤发热量，P为发电机组的输出功率，Q0为标煤发热量，mb为入炉污泥量，Qb为入炉污泥发热量；
利用如下公式计算机组发电燃煤耗率bf,c，
利用如下公式计算机组供电燃煤耗率bg,c，
其中，
φ为污泥掺烧比例。
通过上述描述可知，本发明提供的上述燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算方法，由于包括先获取燃煤耦合污泥发电机组的锅炉效率，然后获取所述燃煤耦合污泥发电机组的汽轮机热耗率，再获取所述燃煤耦合污泥发电机组的机组厂用电率，最后根据所述锅炉效率、所述汽轮机热耗率和所述机组厂用电率计算所述燃煤耦合污泥发电机组的燃煤耗率，因此利用机组燃煤耗率可直接核算机组掺烧污泥的节煤/耗煤量，明确了机组燃料耗率和燃煤耗率之间的联系与区别，其中，机组燃煤耗率代表机组入炉“燃煤”耗率，机组燃料耗率代表机组入炉“燃料”耗率，从而能够真实反映掺烧污泥的节能/耗能效果。本发明提供的上述燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算装置具有与上述方法相同的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算方法的实施例的示意图；
图2为本发明提供的一种燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算装置的实施例的示意图；
图3为燃煤耦合污泥发电机组能量平衡图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算方法和装置，能够真实反映掺烧污泥的节能/耗能效果。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算方法的实施例如图1所示，图1为本发明提供的一种燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算方法的实施例的示意图，该方法可以包括如下步骤：
S1：获取燃煤耦合污泥发电机组的锅炉效率；
具体的，可以利用反平衡方法和如下公式获取锅炉效率，
η＝1-(q2+q3+q4+q5+q6-qex)，
其中，η为锅炉效率，q2为排烟热损失，q3为气体未完全燃烧热损失，q4为固体未完全燃烧热损失，q5为锅炉散热损失，q6为灰渣物理显热损失，qex为外来热量与燃料热值之比。
S2：获取燃煤耦合污泥发电机组的汽轮机热耗率；
具体的，可以利用如下公式获取汽轮机热耗率，
其中，HR为汽轮机热耗率，Dms为主蒸汽流量，hms为主蒸汽焓，Dhr为热再热蒸汽流量，hhr为热再热蒸汽焓，Dcr为冷再热蒸汽流量，hcr为冷再热蒸汽焓，Dfw为最终给水流量，hfw为最终给水焓，Drh为再热蒸汽减温水流量，hrh为再热蒸汽减温水焓，P为发电机组的输出功率。
S3：获取燃煤耦合污泥发电机组的机组厂用电率；
具体的，可以利用如下公式计算机组厂用电率，
其中，L为机组厂用电率，pc为机组厂用电功率。
S4：根据锅炉效率、汽轮机热耗率和机组厂用电率计算燃煤耦合污泥发电机组的燃煤耗率。
具体的，机组掺烧污泥后，造成入炉燃料品质降低，影响锅炉效率和厂用电率，造成机组燃料耗率升高，同时，污泥具有一定的热值，影响机组入炉燃煤量，若污泥热值较高会抵消部分燃煤，若污泥热值偏低会额外多消耗部分燃煤，可以根据机组能量平衡图，采用正平衡方法获取机组燃料耗率和燃煤耗率之间的关系，其中，机组的燃料耗率代表机组每生产一度电能所消耗的“燃料”等效标准煤量，机组的燃煤耗率代表机组每生产一度电能所消耗的“燃煤”等效标准煤量，可以利用公式
计算出机组发电燃料耗率bf,f，其中，ηgd为管道效率，Q0为标煤发热量；
利用公式
计算机组供电燃料耗率bg,f，
另外，基于
和
其中，bf为机组燃料耗率，bc为机组燃煤耗率，其中，ma为入炉燃煤量，Qa为入炉燃煤发热量，P为发电机组的输出功率，Q0为标煤发热量，mb为入炉污泥量，Qb为入炉污泥发热量，当污泥热值Qb＞0时，燃煤耗率bc小于燃料耗率bf；当污泥热值Qb＝0时，燃煤耗率bc等于燃料耗率bf；当污泥热值Qb＜0时，燃煤耗率bc大于燃料耗率bf；
利用如下公式计算机组发电燃煤耗率bf,c，
利用如下公式计算机组供电燃煤耗率bg,c，
其中，
φ为污泥掺烧比例。
通过上述描述可知，本发明提供的上述燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算方法的实施例中，由于包括先获取燃煤耦合污泥发电机组的锅炉效率，然后获取燃煤耦合污泥发电机组的汽轮机热耗率，再获取燃煤耦合污泥发电机组的机组厂用电率，最后根据锅炉效率、汽轮机热耗率和机组厂用电率计算燃煤耦合污泥发电机组的燃煤耗率，因此利用机组燃煤耗率可直接核算机组掺烧污泥的节煤/耗煤量，明确了机组燃料耗率和燃煤耗率之间的联系与区别，其中，机组燃煤耗率代表机组入炉“燃煤”耗率，机组燃料耗率代表机组入炉“燃料”耗率，从而能够真实反映掺烧污泥的节能/耗能效果。
下面以一个具体例子对上述方法进行说明：
以某1000MW超超临界燃煤机组掺烧污泥为例，计算机组的燃料耗率和燃煤耗率。该机组的锅炉为DG-3033/26.15-Ⅱ1型变压直流锅炉，燃烧系统采用低NOx旋流燃烧器前后墙对冲布置，制粉系统为正压直吹式系统，汽轮机为N1008-25/600/600型超超临界纯凝汽式汽轮机。
工况1为机组不掺烧污泥工况，工况2为机组掺烧污泥含水率40％、掺烧比例为4％工况，工况3为机组掺烧污泥含水率60％、掺烧比例为6％工况，得到的结果如表1所示。
经核算，机组掺烧污泥含水率40％、掺烧比例4％后，供电燃料耗率增加1.20g/(kW·h)，供电燃煤耗率降低0.92g/(kW·h)，表明此时机组掺烧污泥后可以节约入炉煤量。机组掺烧污泥含水率60％、掺烧比例6％后，供电燃料耗率增加1.87g/(kW·h)，供电燃煤耗率增加0.41g/(kW·h)，表明此时机组掺烧污泥后需要额外多消耗入炉煤量。
表1不同工况下机组的测试结果表
综上所述，为评估燃煤机组掺烧污泥后入炉“燃煤”耗率，本申请基于现有机组煤耗率算法提出了一种针对燃煤耦合污泥发电机组的燃煤耗率计算方法，该方法明确了机组燃料耗率和燃煤耗率之间的联系与区别，其中，机组燃煤耗率代表机组入炉“燃煤”耗率，机组燃料耗率代表机组入炉“燃料”耗率，利用机组燃煤耗率可直接核算机组掺烧污泥的节煤/耗煤量。
本发明提供的一种燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算装置的实施例如图2所示，图2为本发明提供的一种燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算装置的实施例的示意图，该装置可以包括：
第一获取部件201，用于获取燃煤耦合污泥发电机组的锅炉效率；
第二获取部件202，用于获取燃煤耦合污泥发电机组的汽轮机热耗率；
第三获取部件203，用于获取燃煤耦合污泥发电机组的机组厂用电率；
计算部件204，用于根据锅炉效率、汽轮机热耗率和机组厂用电率计算燃煤耦合污泥发电机组的燃煤耗率。
利用上述燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算装置，能够真实反映掺烧污泥的节能/耗能效果。
其中，第一获取部件可以具体用于：
利用反平衡方法和如下公式获取锅炉效率，
η＝1-(q2+q3+q4+q5+q6-qex)，
其中，η为锅炉效率，q2为排烟热损失，q3为气体未完全燃烧热损失，q4为固体未完全燃烧热损失，q5为锅炉散热损失，q6为灰渣物理显热损失，qex为外来热量与燃料热值之比。
而且，第二获取部件可以具体用于：
利用如下公式获取汽轮机热耗率，
其中，HR为汽轮机热耗率，Dms为主蒸汽流量，hms为主蒸汽焓，Dhr为热再热蒸汽流量，hhr为热再热蒸汽焓，Dcr为冷再热蒸汽流量，hcr为冷再热蒸汽焓，Dfw为最终给水流量，hfw为最终给水焓，Drh为再热蒸汽减温水流量，hrh为再热蒸汽减温水焓，P为发电机组的输出功率。
另外，上述第三获取部件可以具体用于：
利用如下公式计算机组厂用电率，
其中，L为机组厂用电率，pc为机组厂用电功率。
上述计算部件可以具体用于：
利用公式
计算出机组发电燃料耗率bf,f，其中，ηgd为管道效率，Q0为标煤发热量；
利用公式
计算机组供电燃料耗率bg,f，
另外，基于
和
其中，bf为机组燃料耗率，bc为机组燃煤耗率，其中，ma为入炉燃煤量，Qa为入炉燃煤发热量，P为发电机组的输出功率，Q0为标煤发热量，mb为入炉污泥量，Qb为入炉污泥发热量；
利用如下公式计算机组发电燃煤耗率bf,c，
利用如下公式计算机组供电燃煤耗率bg,c，
其中，
φ为污泥掺烧比例。
参考图3，图3为燃煤耦合污泥发电机组能量平衡图，其中maQa为入炉的燃煤的能量，mbQb为入炉的污泥的能量，P为发电量，TD为耗散的能量，从中可以看出燃料耗率和燃煤耗率之间的关系。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算方法，其特征在于，包括：
获取燃煤耦合污泥发电机组的锅炉效率；
获取所述燃煤耦合污泥发电机组的汽轮机热耗率；
获取所述燃煤耦合污泥发电机组的机组厂用电率；
根据所述锅炉效率、所述汽轮机热耗率和所述机组厂用电率计算所述燃煤耦合污泥发电机组的燃煤耗率。
2.根据权利要求1所述的燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算方法，其特征在于，所述获取燃煤耦合污泥发电机组的锅炉效率包括：
利用反平衡方法和如下公式获取所述锅炉效率，
η＝1-(q2+q3+q4+q5+q6-qex)，
其中，η为锅炉效率，q2为排烟热损失，q3为气体未完全燃烧热损失，q4为固体未完全燃烧热损失，q5为锅炉散热损失，q6为灰渣物理显热损失，qex为外来热量与燃料热值之比。
3.根据权利要求2所述的燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算方法，其特征在于，所述获取所述燃煤耦合污泥发电机组的汽轮机热耗率包括：
利用如下公式获取所述汽轮机热耗率，
其中，HR为汽轮机热耗率，Dms为主蒸汽流量，hms为主蒸汽焓，Dhr为热再热蒸汽流量，hhr为热再热蒸汽焓，Dcr为冷再热蒸汽流量，hcr为冷再热蒸汽焓，Dfw为最终给水流量，hfw为最终给水焓，Drh为再热蒸汽减温水流量，hrh为再热蒸汽减温水焓，P为发电机组的输出功率。
4.根据权利要求3所述的燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算方法，其特征在于，所述获取所述燃煤耦合污泥发电机组的机组厂用电率包括：
利用如下公式计算机组厂用电率，
其中，L为机组厂用电率，pc为机组厂用电功率。
5.根据权利要求4所述的燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算方法，其特征在于，所述根据所述锅炉效率、所述汽轮机热耗率和所述机组厂用电率计算所述燃煤耦合污泥发电机组的燃煤耗率包括：
利用公式
计算出机组发电燃料耗率bf,f，其中，ηgd为管道效率，Q0为标煤发热量；
利用公式
计算机组供电燃料耗率bg,f，
另外，基于
和
其中，bf为机组燃料耗率，bc为机组燃煤耗率，其中，ma为入炉燃煤量，Qa为入炉燃煤发热量，P为发电机组的输出功率，Q0为标煤发热量，mb为入炉污泥量，Qb为入炉污泥发热量；
利用如下公式计算机组发电燃煤耗率bf,c，
利用如下公式计算机组供电燃煤耗率bg,c，
其中，
φ为污泥掺烧比例。
6.一种燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算装置，其特征在于，包括：
第一获取部件，用于获取燃煤耦合污泥发电机组的锅炉效率；
第二获取部件，用于获取所述燃煤耦合污泥发电机组的汽轮机热耗率；
第三获取部件，用于获取所述燃煤耦合污泥发电机组的机组厂用电率；
计算部件，用于根据所述锅炉效率、所述汽轮机热耗率和所述机组厂用电率计算所述燃煤耦合污泥发电机组的燃煤耗率。
7.根据权利要求6所述的燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算装置，其特征在于，所述第一获取部件具体用于：
利用反平衡方法和如下公式获取所述锅炉效率，
η＝1-(q2+q3+q4+q5+q6-qex)，
其中，η为锅炉效率，q2为排烟热损失，q3为气体未完全燃烧热损失，q4为固体未完全燃烧热损失，q5为锅炉散热损失，q6为灰渣物理显热损失，qex为外来热量与燃料热值之比。
8.根据权利要求7所述的燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算装置，其特征在于，所述第二获取部件具体用于：
利用如下公式获取所述汽轮机热耗率，
其中，HR为汽轮机热耗率，Dms为主蒸汽流量，hms为主蒸汽焓，Dhr为热再热蒸汽流量，hhr为热再热蒸汽焓，Dcr为冷再热蒸汽流量，hcr为冷再热蒸汽焓，Dfw为最终给水流量，hfw为最终给水焓，Drh为再热蒸汽减温水流量，hrh为再热蒸汽减温水焓，P为发电机组的输出功率。
9.根据权利要求8所述的燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算装置，其特征在于，所述第三获取部件具体用于：
利用如下公式计算机组厂用电率，
其中，L为机组厂用电率，pc为机组厂用电功率。
10.根据权利要求9所述的燃煤耦合污泥发电机组燃煤耗率计算装置，其特征在于，所述计算部件具体用于：
利用公式
计算出机组发电燃料耗率bf,f，其中，ηgd为管道效率，Q0为标煤发热量；
利用公式
计算机组供电燃料耗率bg,f，
另外，基于
和
其中，bf为机组燃料耗率，bc为机组燃煤耗率，其中，ma为入炉燃煤量，Qa为入炉燃煤发热量，P为发电机组的输出功率，Q0为标煤发热量，mb为入炉污泥量，Qb为入炉污泥发热量；
利用如下公式计算机组发电燃煤耗率bf,c，
利用如下公式计算机组供电燃煤耗率bg,c，
其中，
φ为污泥掺烧比例。
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