主蒸汽锅炉价格压力过高、过低对锅炉运行安全性和经济性有何影响

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煤种变化对锅炉运行经济性影响的分析模型
作者:马志明
发布时间: 下午 04:51:26
浏览次数:1823
【关键词】煤种,锅炉,经济性,分析,模型
【摘要】煤质变化是电厂经常要遇到的一个问题,本文试图通过对煤粉制备、锅炉燃烧和废弃物处理等主要环节的理论分析,建立电厂变煤种运行的经济性分析模型,以适应煤种变化带来的影响,有利于提高机组运行的安全性和经济性。
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众所周知,我国的电厂燃煤长期以来一直变化比较频繁,这给电厂的安全经济运行带来了严重的影响。在当前电力市场化的必然趋势下,充分了解煤种变化对锅炉运行安全性和经济性的影响,也就显得越来越重要。&&& 研究在锅炉燃烧完全性得到保证的前提下,获得煤种变化与锅炉运行经济性的定量关系,无论对电厂综合经济性的提高,还是为旨在变被动接受为主动适应的锅炉改造提出决策依据,都是非常有意义的。
2&&&&& 模型的分析对象
为能定量分析煤种变化对电厂锅炉运行的经济性影响,提出了一种电厂变煤种运行的经济性分析模型。在实际应用时,结合通过试烧分析,比较不同煤的燃烧效率(飞灰含碳量),锅炉主蒸汽、再热蒸汽参数,厂用电率,设备折损等,从而确定煤与炉的经济适应性。&&& 煤中热能转化为电能要经过煤燃烧预处理、锅炉燃烧、汽轮机、发电机等多个环节,主要环节组成见图1。在这些环节中,锅炉及辅机部分是我们最关心的环节。为了量化分析的简单性,把锅炉及辅机作为研究对象,即图1中虚框所包含的对象,对该封闭系统的经济成本进行分析。
煤的价格主要由煤质特性决定,当然还与运输费用,市场供需关系紧张程度等有关,为了排除这些非技术因素的干扰,所以暂时不考虑,输入到模型中的是一定的煤质和价格。尽管模型研究的是电厂运行经济性,但安全性是必须要保证的,所以在分析煤种对电厂各部件的过程中,如果影响到锅炉任何设备的运行安全性则将不作为经济比较对象,如挥发份过高以致于有烧坏喷嘴的煤种就不作为经济分析比较的对象。换言之,电厂运行经济性分析应满足安全运行的潜在条件制约。&&& 由于研究的是经济性,必然要涉及到运行成本等货币量,而它些货币量往往与物质实体间存在时间上的波动,所以模型中凡是货币量都作为可变量单独可以输入,以适应不同时期的价格水平。3& 经济性分析模型的建立&&& 取图1虚框内的封闭系统,可分为三大部分:煤粉制备(磨煤机、输粉设备等)、锅炉燃烧和废弃物处理。这三部分之间具有关联性,如煤粉细度直接影响到煤粉颗粒的燃尽率。经济分析的目的就是要寻找这三个环节能耗及设备的损耗之和最低化。要是能计算出每一个环节的绝对经济成本,则可以直观又方便地比较、选择不同煤种。显然要做到这一点并不容量,诸如设备的折旧,维护人员的工资,检修费用等都不能清晰量化。所以在这里采用“反平衡”的方法,即:详细分析每个环节中随着煤种变化而变化的动力和材料损失,然后把这些损失相加,最小者为最经济。这样做的好处是可以分析比较出不同煤种是由于哪个环节的什么原因使得其运行成本比其他煤种要高。&&& 各个环节中的运行成本以不同的耗材量和耗电量体现出来,为了能统一核算动力损耗等,计算经济成本,必须有一定的基准来比较。考虑到煤种的改变不能影响蒸汽的品质和数量,因此选择最常用的运行负荷时过热蒸汽和再热蒸汽的实际吸热量为基准值,即有:&&& Q=Qgr[(hgr-hgs)+0.01d(hbs-hgs)]+Dzr(hzr″-hzr′)&&& MJ/h
&式中:Dgr,Dzr―过热,再热蒸汽流量,t/h;
hgr,hgs―过热蒸汽焓,kJ/kg;
hbs―饱和蒸汽焓,kJ/kg;
hzr′,hzr″―再热蒸汽进口,出口焓;
d―排污水百分比,%。
燃煤量为:
G=Q/(0.01×Qnet,ar×ηgl)t/h
Qnet,ar―低位发热量,kJ/kg;
ηgl―锅炉热效率,%。
锅炉效率可以用实际的测量值计算得到。用上标“0”表示基准煤种,“’”表示比较煤种。 燃煤量的成本差值为:
Δrm=(G0×P0c-G′×P′c)(元/h)& (1)
&P0 c―基准煤种煤价,元/t;
&P′c―比较煤种煤价,元/t。
下面分析各部分(环节)的经济成本变化,包括动力设备的电能损失和设备的材料损失,这些都要折算成为货币量,这样就可以横向量化比较。
3.1 煤粉制备
煤粉制备主要是为锅炉燃烧提供足够数量和细度的煤粉,众所周知,不管是直吹式还是中间仓储式制粉系统,牵涉到的设备较多,系统管道复杂,特别是仓储式制粉系统。这部分动力消耗包括从煤场输送煤到原煤仓,磨制煤粉以及煤粉的输送。
3.1.1 输煤装置
输煤装置主要是把煤从煤场输送到原煤仓,这部分的动力消耗与燃煤量直接相关,可以简单地认为这些消耗的电能主要是用来提升煤的势能,所以:&&& Δsm=Pe×(G0-G′)×g×h   ÷(0.01×ηsm)(元/h)(2)
式中:Pe―电价,元/kWh;
g―重力加速度,m/s2;
h―从煤场到原煤仓之间的输送带落差,m;
ηsm―电动机到输送皮带传动总效率,%。
3.1.2 磨煤机
磨煤机是煤粉制备中能量消耗最大的部件,这里不仅要考虑动力消耗,钢球损耗等的材耗都会随不同的煤种而有较大的变化,所以要综合分析。制粉系统中,钢球磨中间仓储式制粉系统是最为复杂的,因此先对它进行分析。&&& 当煤的发热量不同时,燃煤量随着改变,从而影响到磨煤机的运行时间,同时煤质指标中可磨性系数,水分等都会影响磨煤机的出力,进而使磨煤机的运行时间变化,所以要用这些指标修正磨煤机的出力,另外不同的煤种,其成粉的细度不同,也会使出力改变,这些都用经验公式加以修正。&&& 煤的磨损系数不同,最直接的变化就是钢球的损耗速度不同,其他如磨的护甲等设备的磨损也不同,很难用货币量加以估算,暂在此忽略不计。&&& 钢球磨煤机的动力主要用于筒体内钢球的提升,运行时间的长短决定了制粉成本的多少,当然磨煤机出力的不同使筒体内的煤流量和煤粉流的循环倍率也不同,也会使磨煤机的电动机功率有一定的变化。有三种方法来估算不同煤种磨煤机的出力:(1)即前面对各个指标用相应的经验公式修正;(2)则直接统计磨煤机的运行时间,这种方法对负荷稳定的机组来讲,比较直观、简单,但是一般电厂在白天和晚上总是要频繁改变负荷,所以实际上磨煤机的出力还是难以确定;(3)在稳定的磨煤机运行工况下,直接计量给煤机的流量,缺点是不能描述历史磨煤机的运行状况。所以在这里采用经验公式的方法。&&& 磨煤机的出力既与被磨制煤的特性有关,又与磨煤机本身的特性有关,
3.1.3 给煤机
给煤机与磨煤机的运行时间一致,而其动力消耗主要与运行时间长短相关,而磨煤机的运行时间与磨煤机的出力和燃煤量相关,所以:&&&
3.1.4 排粉机(直吹式无此项)
不同的送粉方式对排粉风机的运行会有不同的要求,乏气送粉无论磨煤机运行与否,排粉风机都是运行的,而对热风送粉方式,当磨煤机停止时排粉风机也停止运行,因此不同的送粉方式使排粉风机的电耗产生了差异。以下对这两种送粉方式分别进行讨论。
(1)热风送粉
热风送粉方式下,排粉风机的运行时间和磨煤机的时间一致,所以不同煤种的电能损耗与排粉风机的运行时间关系密切。当然,煤种的水分不同,所需的干燥剂量也会不同,由于水分的变化引起的排粉风机电能损耗变化不大,为简单起见,暂且不考虑,所以:&&
(2)乏气送粉
因为乏气送粉在磨煤机停止运行时,还需要继续运行,而且实际运行表明,磨煤机投运与否,排粉风机的电流变化不大,所以同样可以不考虑排粉风机的电能损耗变化。
3.1.5 给粉机
给粉机输送的是干燥以后的煤粉,假定给粉机的功率与给粉量成线性相关,而给粉量实际是燃煤量的分析基,所以成本差值为:&&&
3.2 锅炉燃烧锅炉燃烧环节主要考虑的是热效率,从反平衡的角度来看,热效率则主要与机械不完全燃烧损失、排烟
损失等有关。煤质的变化会影响到燃烧的稳定性、着火特性、燃尽特性,最明显的是飞灰含碳量的变化。排
烟温度因为煤粉着火时间的变化,炉膛火焰中心高度改变从而影响各部分受热面吸热量的分配比例,严重时
甚至还有可能因前屏超温,减温水调节失效等导致锅炉不得不降负荷运行。所以在评估锅炉燃烧的经济性时
还要注意维持锅炉的正常安全运行,不能丢小失大。
q4=32700×Aad÷Qnet.ar×[afh×Cfh/(100-Cfh) +(1-afh)×Chz/(100-Chz)
q2=(Ipy-ilk)/Qnet.ar×(100-q4)
所以锅炉的损失变化经济成本为:
Δgl=0.01×[G0×(q04+q02)×p0c-G′   ×(q′4+q′2)×p′c]元/h(7)
3.3 废弃物处理废弃物的处理包括除尘器的运行费用,脱硫装置的运行费用等,对粉煤灰综合利用的电厂还考虑其回收
价值。粉煤灰的级别直接影响价格的高低,所以粉煤灰的回收价值不但与数量有关,而且还要考虑灰的级别。
Δh=Σ0.9×(G0×A0 ar×η0jd-G′×A′ar×η′jd) ×Ii×Phi+0.1×(G0×A0ar-G′×A′ar) ×Ph元/h(8)
式中:η′jd,η0jd―电除尘器的出尘效率; Ii―不同级别灰的比率;Phi―不同级别的灰价格,元/t。
上式中0.9是指飞灰占总灰量的比率,而其余的0.1作为炉渣排出炉膛。
4&&&&& 结束语
纵观上述整个分析模型[式(1)~式(8)],为我们提供了一套较完整的分析方法,这在杭州半山发电厂已有成功应用的实例,这一模型的建立也为适应电力系统市场化的煤炭市场的实际情况,提高电厂综合经济效益及锅炉改造决策提供了又一新的途径。
采用模型分析方法不仅可以定量分析机组经济性,技术条件成熟时,还可实现在线自动分析,成为电厂运行优化管理系统的一个有机组成部分。
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