火电厂燃烧系统设计计算技术规程样本.doc

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5 煤种和煤质资料

5.1 设计煤种和校核煤种
5.1.1 煤质资料依据
新建或扩建的燃煤发电厂, 设计煤种和校核煤种及煤质资料是锅炉和燃烧系统设计的基本依据, 应由主管部门和项目法人在可研阶段经过必要的调查研究和技术分析论证来确定。对煤种的确定应使其能代表长期实际燃用煤种; 所提出的煤质资料应当准确完整, 并由发电厂主体设计部门进行核查确认。
5.1.2 设计煤种的确定原则
1 应该是一种实际煤种。设计煤种的煤质分析资料既要以矿石采样实际的煤质分析为依据, 又要为电厂运行留有适当余地, 按中间偏低数据选用。其代表性煤质的复盖面宜在60%以上, 或使设计低位发热量比加权平均值偏低0.4～2MJ/kg( 视发热量变化幅度大小而定, 一般可取偏低1.26MJ/kg左右) , 相应适当调高灰分和水分, 但不调整干燥无灰基挥发分及空气干燥基水分。
2 对运煤距离较远( 超过1000km) 的发电厂, 宜选用收到基低位发热量高于21.0MJ/kg的动力煤。
3 设计煤种的含硫量是环评工作的主要依据, 也是电厂今后对运行排放控制数值的依据。在确定含硫量设计值及其变化范围时, 应当考虑煤源硫分随煤层开挖深度而变化的趋势, 并与环评工作联系起来。对位于两控区的发电厂, 应当满足环境保护对煤种硫分含量, 硫氧化物排放浓度, 排放量及总量控制的要求。
4 当有几个煤源矿点可供考虑时, 宜进行双向优化选择, 将煤质定值( 主要是挥发分、 硫含量和结渣特性) 与锅炉选型两者联系起来。对无烟煤或易结渣煤种, 宜集中供给某些发电厂燃用。
5.1.3 校核煤种的确定方式
1 指定煤种法;
2 变化范围法, 即为设计煤种的每项分析数据规定其最大值和最小值;
3 列举煤种法, 即列举几种可能使用的煤种。
对校核煤种或设计煤种煤质变化范围的确定既要有利于对电厂运行的适应性, 又要在锅炉厂设计的适应范围之内。国内现行规定中的煤质允许偏离范围见附录C1。
在选择校核煤种的确定方式时, 除了煤的燃烧特性和结渣特性外, 还应同时考虑煤种研磨特性( 煤的可磨性系数及磨损指数) 对燃烧系统所产生的影响。
5.1.4 提供煤样和煤灰分析
对于某些特殊煤种( 难燃、 易结焦、 爆炸等级难以判断、 研磨特性极差) , 或在涉外工程的询价书阶段, 一般要为每个报价厂商提供5kg煤样, 供试验之用。该煤样应与编制询价书阶段进行, 煤、 灰分析报告所用的应为同一批煤样。有这种需要时, 在推荐代表性煤种分析资料的同时, 还应确定能够取到与此相接近煤样的矿点。
5.2 煤质分析项目
5.2.1 燃烧系统设计时应具有下列关于煤质特性的原始数据
1 对常规煤种所必须的煤质分析项目如表5.2.1所示。
2 对非常规煤种, 或对锅炉燃烧/制粉系统设计存在疑点的煤种, 尚需进行煤的非常规特性分析:
1) 对难燃煤种, 或使用由几种挥发分相差很大的煤种组成的混煤时: 煤的着火、 燃烧和燃尽等特性数据[包括煤粉气流着火温度IT(DL/T 831), 燃尽率指数Bp(DL/T 831)等]。
2) 锅炉设计中对煤的结渣倾向敏感时: 煤的结渣特性分析, 包括煤灰粘度——温度特性( 按DL/T 660) , 结渣等级评估报告等。
3) 燃烧系统设计中对煤的粘附倾向敏感时: 煤的成球指数Kc(按DL/T 466), 煤的密度, 煤的内摩擦角。
4) 燃烧系统设计中对煤的爆炸特性敏感时: 煤的爆炸指数, 煤的自燃温度。
5) 锅炉和燃烧系统、 烟气脱硫系统设计中对煤的有害成分敏感时: 煤中含硫量的分项数据,即全硫(St)、 可燃硫(Sc.ar)、 硫铁矿硫( Sp) 、 有机硫( So) 和灰分中的硫酸盐硫( Ss) 等; 煤中氯含量Cl; 煤中氟含量F等数据。
6) 对于页岩类含有大量碳酸盐( >2%) 的燃料: 碳酸盐中二氧化碳的含量(CO2)tsy。
3 编制烟气脱硝装置的招标文件时, 需要补充取得煤中对催化剂工作性能有敏感影响的微量元素分析数据, 如砷As、 钒V、 氟F、 钾K、 钠Na、 氯Cl和灰中的游离氧化钙[CaO]等。
5.2.2 输煤系统综合治理流程中加水作业对设计煤质数据的影响, 一般情况下可不予考虑。
5.2.3 煤质分析项目中的所有数据均须对应于同一煤样, 包括煤分析与灰分析在内的数据, 必须是配套提供的。
5.2.4 对混煤的煤质分析数据, 原则上可按质量加权法来确定, 但下列特性数据除外:
1) 干燥无灰基挥发分Vdaf.m: 根据对各单一煤种及一定比例的混煤所实测的着火温度曲线ITi=f(Vdaf.i), 按混煤的着火温度ITm在曲线图上确定混煤的当量挥发分。见图5.1所示。
2) 灰熔点温度: 须以混煤煤样的实测数据为准。
3) 可磨性: 一般情况下可按质量加权法来确定, 但当两种煤的挥发分、 密度和可磨性都有较大的差异时, 宜以实测为准。

图5.1 混煤的当量挥发分确定方法

5.3 煤质分析数据的核查和确认
5.3.1 煤质分析的原始数据内容应满足其换算到各种基质的需要( 例如工业分析应为收到基; 发热量和元素分析宜为收到基亦允许为其它基, 水分应同时有收到基和空气干燥基) 。各种基质的换算方法, 见附录C2和C3。
5.3.2 对煤质资料中可燃硫数据的核查方法, 参见附录C4。
5.3.3 对煤质资料中工业分析和元素分析数据的核查方法, 参见附录C4。
5.3.4 对煤质资料中发热量数据的核查方法, 参见附录C5。
5.3.5 对煤灰熔融性数据的核查方法, 参见附录C6。
5.3.6 对煤灰成分数据的核查方法, 参见附录C7。
5.3.7 中国几个能源基地代表性煤种分析资料, 参见附录C8。
5.4 石灰石分析资料
5.4.1 对采用循环流化床锅炉和加石灰石脱硫燃烧的发电厂, 在确定煤质资料的同时应经过调查研究和技术分析论证工作, 明确石灰石的来源和特性。对于中、 高硫煤应选用高反应性的石灰石。
5.4.2 石灰石的主要分析数据如下:
主要成分组成: CaCO3含量Kcaco3.%; 或CaO含量KCaO, %; MgCO3含量KMgCO3.%; 水分含量KH2O,%; SiO2含量Ksio2.%;
石灰石颗粒度mm。
石灰石的可磨性[HG1], 或帮德功指数Bond Work Index。
石灰石的活性。

表5.2.1 煤质资料的常规分析项目
序号
项 目
符号
单位
依 据
主 要 用 途
1
工业分析

GB/T211
a、 燃烧系统热力计算( Mt.Aar)
b、 燃煤特性评价( Vdaf, Aar, Mt, FCar)
c、 选择煤粉细度( Vdaf)
d、 制粉系统热力计算( Mad、 Mt)
·
全水分( 收到基)
Mt(Mar)
%
GB/T212
·
固有水分(空气干燥基)
Mad
Minh
%
%

·
灰分( 收到基)
Aar
%

·
挥发分( 收到基)
Var
%

·
挥发分( 干燥无灰基)
Vdaf
%

·
固定碳( 收到基)
FCar
%

2
发热量( 收到基)
Qnet.ar
KJ/kg
GB/T213
a、 燃烧系统热力计算
b、 耗煤量计算
3
元素分析

GB/T476
a、 燃烧系统热力计算
b、 燃烧产物计算
·
碳( 收到基)
Car
%
GB/T214
·
氢( 收到基)
Har
%

·
氧( 收到基)
Oar
%

·
氮( 收到基)
Nar
%

·
全硫
硫( 收到基)
可燃硫
St.ar

Sc.ar1)
%

%

4
研磨特性

a、 磨煤机出力计算
·
哈氏可磨性
HGI
-
GB/T2565
·
VTI可磨性
KVTI
-

5
磨损指数

a、 磨煤机选型
·
冲刷磨损指数
Ke
-
DL465
·
旋转磨损指数
AI
-
GB/T15458
6
灰熔点( 弱还原性及氧化性气氛)

GB/T219
a、 结渣特性评定
b、 锅炉选型及炉内热力计算
·
变形温度
DT
℃

·
软化温度
ST
℃

·
半球温度
HT
℃

·
流动温度
FT
℃

7
灰成分分析

GB/T1574
a、 结渣特性评定辅助参量
b、 除尘器选择辅助参量
c、 磨损特性评定辅助参量
·
二氧化硅
SiO2
%

·
二氧化二铝
Al2O3
%

·
氧化铁
Fe2O3
%

·
氧化钙
CaO
%

·
氧化镁
MgO
%

·
氧化钾
K2O
%

·
氧化钠
Na2O
%

·
氧化钛
TiO2
%

·
三氧化硫
SO3
%

·
氧化锰
MnO2
%

·
五氧化二磷
P2O5
%

·
氧化锂
Li2O
%

·
飞灰可燃物
Cfa
%

8
灰的比电阻2)

a、 静电除尘器选型
·
常温
ρ
Ω-cm

·
100℃
ρ100
Ω-cm

·
120℃
ρ120
Ω-cm

·
140℃
ρ140
Ω-cm

·
150℃
ρ150
Ω-cm

·
160℃
ρ160
Ω-cm

·
180℃
ρ180
Ω-cm

9
煤中游离二氧化硅
[SiO2]
%

劳动安全和职业卫生设计资料
注:
1) 煤中的全硫St为有机硫So、 硫铁矿硫Sp及硫酸盐硫Ss含量总和。其中So和Sp为可燃硫Sc; 因可燃硫一般占煤中全硫的90%左右, 故对一般煤种的可燃硫Sc也可近似地用全硫St来代替。但在精确的计算中, 特别对于高硫煤, 宜按本标准附录C4中的方法来确定可燃硫Sc的含量。( 以国外一种沥青岩煤为例, St=7.37%, Sc=5.02%) 。
2) 飞灰比电阻与烟温关系密切, 一般在150℃左右达到高峰, 故必须测定在设计排烟温度±10℃的飞灰比电阻值。

附录C
( 资料性附录)

C.1 电站锅炉煤质允许偏差变化范围 ( 见表C.1)

表C.1 电站锅炉煤质允许偏差变化范围
煤 质
干燥无灰基挥发分
Vdaf
收到基灰分
Aar
收到基水分
Mar
收到基低位发热量
Qnet.ar
灰熔点
无烟煤
-1%
±4%
±3%
±10%
变形温度DT1)
允许低50℃;
软化温度ST2)
允许-8%
贫煤
-2%
±5%
±3%
±10%
低挥发分烟煤
±5%
±5%
±4%
±10%
高挥发分烟煤
±5%
+5%, -10%
±4%
±10%
褐煤
-
±5%
±5%
±7%
注:
1 表中挥发分、 灰分、 水分及变形温度DT为与设计值的绝对偏差; 发热量、 软化温度ST为与设计值的相对偏差值。
2 除了上述直接影响炉型选择的几种煤质变化范围以外, 对煤的含硫量变化范围、 煤的可磨性变化范围、 煤的磨损指数变化范围等, 也必须加以注意, 对可磨性指数和磨损指数设计数值较高的煤种, 应有两个以上的分析数据。
1) 摘自《谈判指南》。
2) 摘自《加强大型燃煤锅炉燃烧管理的若干规定》。

C.2 煤质分析各种基准的换算方法
C.2.1 不同基的换算公式( 低位发热量及干燥无矿物质基挥发分除外) 。见表C.2-1。

表C.2.1 煤质分析各种基准的换算公式
已知基
所 要 换 算 到 的 基 准
空气干燥基
ad
收到基
ar
干燥基
d
干燥无灰基
daf
干燥无矿物质基
dmmf
空气干燥基
ad
1

收到基
ar

1

干燥基
d

1

干燥无灰基
daf

1

干燥无矿物质基dmmf

1
注:
利用表C.2.1进行换算的方法是将已知基准下的参数乘以与待求的基质栏下相应的换算系数, 即得到所求基准下的参数。例如欲将空气干燥基的元素分析数据换算成收到基状态时, 将Cad、 Had、 Oad、 Nad、 Sad分别乘以换算系数( 100-Mar) /( 100-Mad) 即可。例如: Car=Cad(100-Mar)/(100-Mad)
同理有:

C.2.2 矿物质基的换算
① 矿物质含量MM与灰分A之间的关系较为复杂, 常见派尔( Parr) 公式来估计:
MM=1.08A+0.55S,
或 MM=1.1A+0.1St
② 干燥无矿物质基的挥发分须按下述公式计算( ASTM D388-88) :

式中, FC、 S、 M、 A、 V均以空气干燥基来计算。
C.2.3 不同基准低位发热量之间的换算系数( 见表C.2.3)

表C.2.3 煤的低位发热量不同基准的换算系数
已知
基准
所要换算到的基准
收到基
空气干燥基
干燥基
干燥无灰基
收到基
Qnet.ar
Qnet.ad=(Qnet.ar+25.1Mar)

Qnet.d=(Qnet.ar+25.1Mar)

Qnet.daf=(Qnet.ar+25.1Mar)

空气干燥基
Qnet.ar=(Qnet.ad+25.1Mad)

Qnet.ad
Qnet.d=(Qnet.ad+25.1Mad)

Qnet.daf=(Qnet.ad+25.1Mad)

干燥基
Qnet.ar=Qnet.d×

Qnet.ad=Qnet.d×

Qnet.d
Qnet.daf=Qnet.d

干燥无灰基
Qnet.ar=Qnet.daf×

Qnet.ad=Qnet.daf×

Qnet.d=Qnet.daf×

Qnet.daf

C.3 煤质资料发热量的换算方法
C.3.1 相同基准下高、 低位发热量的换算
相同基准下高、 低位发热量之间的差别主要在于煤中的水分和燃烧时产生的水的汽化潜热这部分数值。
高位发热量( 恒容) 是煤在氧弹热量计内燃烧生成的热量减去硫和氮的修正值后的热值; 低位发热量则是高位发热量扣除煤( 样) 水分和氢燃烧生成水的汽化潜热后的值。其换算公式为:
干燥无灰基
( C.3-1)
干燥基
( C.3-2)
空气干燥基
( C.3-3)
收到基
( C.3-4)
式中:
、 —— 不同基准的低位发热量、 高位发热量, MJ/kg或kJ/kg;
H-、 M- —— 煤在相应基准下的氢含量和水分, %;
a —— 系数, 发热量以MJ/kg为单位时是0.2261, 以kJ/kg为单位时是226.1;
b —— 系数, 发热量以MJ/kg为单位时是0.0251, 以kJ/kg为单位时是25.1。
C.3.2 不同基准下低位发热量的换算参见C.2.3。
[示例]1: 将其它基准换算为收到基
干燥无灰基:
( C.3-5)
干燥基:
( C.3-6)
空气干燥基:
( C.3-7)
[示例]2: 其它不同基准间的换算公式能够从公式( C.3-5) 、 ( C.3-6) 和( C3-7) 推导得到, 以将收到基换算为空气干燥基为例, 由公式( C.3-7) 可得到:
( C.3-8)
式中:
b——系数, 确定方法见C.3.1。
C.3.3 煤水分、 灰分变化时低位发热量的换算
以收到基为例, 可利用公式( C.3-9) , 其它基准上的换算能够从公式( C.3-9) 式及C.3.2的方法得到。
( C.3-9)
式中:
Qnet,ar,1—— 相应于水分、 灰分为Mar.1、 Aar,1时的低位发热量, MJ/kg或kJ/kg;
Qnet,ar —— 相应于水分、 灰分为Mar、 Aar时的低位发热量, MJ/kg或kJ/kg;
水分单独变化时, 也可利用( C.3-9) 式。
C.4 煤质资料工业分析和元素分析数据的核查方法
C.4.1 煤中可燃硫的核查程序
1 先确定煤中空气干燥基全硫, 空气干燥基灰分及煤灰中三氧化硫的质量分数;
2 按下式计算煤灰中的硫含量;
; ( C.4-1a)
3 按下式计算煤中空气干燥基不可燃硫;
; ( C.4-1b)
4 按下式计算煤中空气干燥基可燃硫;
( C.4-1c)
5 按下式计算煤中收到基可燃硫;
( C.4-1d)
C.4.2 挥发分数值应大于同一基准的元素分析H、 O、 N、 S成分之和即
V＞(H+O+N+S)% ( C.4-2)
C.4.3 审核碳元素准确性的回归式: ( C.4-1)
Cd=35.411-0.341Ad-0.199Vd-0.412St.d+1.632Qgr.d ( C.4-3)
上式适用于褐煤、 烟煤、 无烟煤, 如实测Cd值与计算Cd值之差超过1.90%时, 应予以复查。
C.4.4 审核氢元素准确性的回归式:
Hd=0.00117Ad+0.57+0.1362Qgr.daf-2.806 ( C.4-4)
上式适用于褐煤、 烟煤及年轻无烟煤, 如计算值与实测值之差超过0.65%, 应复查纠正。
C.4.5 审核氮元素准确性的回归式:
1) 褐煤: Ndaf=0.0128Vdaf+1.34
2) 侏罗纪煤: Ndaf=0.014Vdaf+0.51 ( C.4-5)
3) 烟煤: Ndaf=0.016Vdaf+0.90
如果计算值与实测值之差超过0.51%, 应复查纠正。
C.4.6 审查煤的空气干燥基水分Mad的数值。
煤的空气干燥基水分Mad与挥发分Vdaf的关系一般如下:
1) Vdaf为25%左右的焦煤Mad为最低, 大多＜0.5%;
2) Vdaf为＞30%的煤, Mad可增高到2%～3%以上, 焦渣特征序号CRC越小的年轻煤, Mad也越高, 最高可达15%;
3) Vdaf＞37%的褐煤, Mad普遍可达10%～15%以上, 对长焰煤, Mad多小于8%;
4) Vdaf＜20%的高质煤, Mad随Vdaf降低而有逐渐增高趋势, 但贫煤的Mad大多不超过2%。
C.5 煤质资料中发热量数据的核查方法
C.5.1 对国产煤干燥无灰基高位发热量Qgr.daf的验算, 可利用元素分析数据为参数的回归式:
对无烟煤和贫煤:
Qgr.daf=334.5Cdaf+1338Hdaf+92(Sdaf-Odaf)-33.5(Ad-10) [J/g] (C.5-1)
对于Cdaf＞95%或Hdaf＜1.5%的老年无烟煤, 第1项Cdaf的系数改用326.6。
对于瘦煤、 焦煤、 肥煤、 气煤类烟煤:
Qgr.daf=334.5Cdaf+1296Hdaf+92Sdaf-104.5Odaf-29(Ad-10) [J/g] (C.5-2)
对于长焰煤、 弱粘煤和不粘煤类烟煤:
Qgr.daf=334.5Cdaf+1296Hdaf+92Sdaf-109Odaf-18(Ad-10) [J/g] (C.5-3)
对于褐煤:
Qgr.daf=334.5Cdaf+1275.5Hdaf+92Sdaf-109Odaf-25(Ad-10) [J/g] (C.5-4)
褐煤、 烟煤及无烟煤亦可共用下列校核式:
Qgr.daf=334.5Cdaf+1296Hdaf+63Sdaf-104.5Odaf-21(Ad-12) [J/g] (C.5-5)
在式( C.5-5) 中, 对Cdaf＞95%或Hdaf≤1.5%的煤, Cdaf项的系数取用326.6; 对Cdaf＜77%的煤, Hdaf项的系数改用1254.5。
公式( C.5-1) ～( C.5-5) 的标准误差σ见下表:

表C.5.1 利用元素分析数据核算Qgr.daf公式的误差
公 式
C.5-1
C.5-2
C.5-3
C.5-4
C.5-5
标准误差 σ
95%置信范围的最大误差(1.96σ)
268J/g
527J/g
218J/g
427J/g
243J/g
477J/g
301J/g
586J/g
较C1～C2误差大30%左右

C.5.2 对收到基发热量的一般验算式如下所示:
Qgr.a r=339Car+1256Har+109(Sar-Oar) J/g; (C.5-6)
Qnet.ar=Qgr.ar-25.12(9Har+Mar)
=339Car+1030Har-109(Oar-Sar)-25.12Mar J/g (C.5-7)
C.6 煤灰熔融性数据的核查方法
利用煤灰成分审核ST和FT准确性的回归式如下所示:
ST(℃)=1804.7-4.63SiO2+0.71Al2O3-11.28Fe2O3+23.4TiO2
-7.09CaO+13.16MgO-26.01SO3-34.2K2O+34.91Na2O (C.6-1)
FT(℃)=1790.2-4.90SiO2+0.68Al2O3-10.14Fe2O3+23.54TiO2
-6.98CaO+0.43MgO-19.40SO3+9.4K2O-20.47Na2O (C.6-2)
若ST计算值与实测值之差超过179℃, 应复查ST值或灰成分值。
若FT计算值与实测值之差超过152℃, 应复查FT值或灰成分值。
C.7 煤灰成分数据的核查方法
C.7.1 根据煤中硫铁矿硫Sp.d含量来审查煤灰中Fe2O3数据的准确性: ( C.7-1)
Fe2O3≮1.2453Sp.d/Ad
C.7.2 根据煤中全硫St.d含量来审查煤灰中SO3数据的准确性:
煤灰中的SO3含量, SO3( %) ＜2.5St.d/Ad ( C.7-2)
C.7.3 根据煤中硫酸盐硫Ss.d含量来审查煤灰中SO3含量的准确性:
煤灰中的SO3含量: SO3( %) ＞2.5Ss.d/Ad ( C.7-3)