用煤发热量推导的烟气量公式计算火电除尘效率

汪 毅，黄 静，汪永祥

(1. 东北电力设计院，长春 130021；2. 中国市政工程东北设计研究院，长春 130021)

国家对火电工程建设项目，防治烟气污染，采取排放总量控制和排放浓度达标排放双重标准严控；若烟气污染物浓度超标排放，需缴纳超标排污费。否则，烟尘排放浓度低于允许排放标准较多时，又会增加建设项目的投资。因此，烟气除尘效率的选取计算很关键，是防治污染，节能减排、低碳排放，保护环境具有重要意义。

1 煤发热量推导烟气量计算公式

火电工程设计，锅炉排放烟气除尘效率计算，烟气量和烟气含尘量是两个重要计算参数；通常，火电工程设计烟气量是根据煤质工业分析和素分析数据资料，按电力系统火电工程设计规定的公式(以下简称火电常规计算公式)计算求得。而在火电工程建设前期阶段，煤源、煤种及煤质尚不能确定，给建设项目投资估算带来困难。作者根据国内90余种典型煤质工业分析和元素分析数据资料，类比火电工程设计，α选择1. 20、1.30、1.35三档，按火电常规计算公式分别计算其烟气量(uo、 ug、udg) ；另外，煤质Qnet,ar按大小排序，分别计算 1/ui、αi×Qnet,ar，i值、分类；对90余种煤质低位发热量采用内插法分别进行计算，其结果与火电常规计算公式计算的烟气量进行类比，计算误差；反复选择、调试内插系数，计算其结果与误差；经统计回归计算，剔出疑值、研究归纳分析，发现煤质低位发热量与烟气量之间呈正相关性。因此，推导出采用煤质低位发热量计算烟气量的公式(以下简称推导的烟气量计算公式)，此公式 无约束条件，可简捷、快速计算火电工程烟气除尘效率等。

1.1 推导的烟气量计算公式

根据90余种典型的煤种、煤质有关数据资料，按火电常规计算公式，计算其烟气量，与推导的烟气量计算公式计算结果进行类比，经统计、归纳分析，发现煤质低位发热量与烟气量之间呈正相关性，在标准状态下，燃烧每千克煤产生的干烟气量(UdgNm3/kg)计算公式[2]归纳如下：

(1)当 Qnet,ar≤ 16000kJ/kg时

式中：U为标准状态下干烟气量(Nm3/kg)；α为空气过剩系数；Qnet,ar为煤低位发热量(kJ/kg )。

(2)当 16000kJ/kg

(3)当 27500kJ/kg

1.2 相对误差

采用火电常规计算公式和推导的烟气量计算公式，分别计算90余种煤质标态下烟气量，进行类比，其相对误差见表1。

表1 相对误差

从表1可知，公式(1) 、(2)相对误差＜±8.0%的数据分别约占93.7%、90.2%；公式(3)相对误差＜±23.0%的数据约占83.3%；说明煤质低位发热量与烟气量之间呈较好的正相关性。

2 烟气除尘效率计算

2.1 类比工程

类比工程案例：某火电工程建设项目，设计有两方案：方案一，建2×300MW燃煤供热机组，配套安装2×1025t/h锅炉；方案二，建2×1000MW燃煤空冷机组，配套安装2×2750t/h锅炉，其工程基础数据见表2。

表2 工程基础数据

2.2 烟气除尘效率计算

通常，火电工程烟气除尘效率计算是根据有关煤质数据资料，采用火电常规计算公式计算求得，该套公式较复杂，计算参数较多；而推导的烟气量计算公式，无约束条件，可简捷、快速计算火电工程烟气除尘效率。为有可比性，烟气量计算公式的空气过剩系数α，分别选取两方案中的α值；烟尘排放浓度按国家最高允许排放标准30mg/m3计(未考虑脱硫后烟尘浓度的变化)，采用火电常规计算公式和推导的烟气量计算公式 分别计算两方案中设计、校核四种煤质工况下除尘效率，验证推导的烟气量计算公式的准确度和适用性。

2.2.1 烟气量计算公式选择

类比火电工程两方案中四种煤质低位发热量 (Qnet,ar在 12570 ～ 15750kJ/kg)≤ 16000kJ/kg，因此，在标准状态下，燃烧每千克煤产生的干烟气量U(Nm3/kg)选用上述计算公式(1) 来计算，即 U=α×Qnet,ar(kJ/kg )/3525，Nm3/kg

2.2.2 除尘效率(η)计算公式

式中：c1为烟尘允许排放浓度(mg/ m3)；c2为除尘器入口烟气含尘浓度(mg /m3)。

采用火电常规计算公式和推导的烟气量计算公式，分别计算两方案中四种煤质工况下烟气除尘效率，其计算结果见表3。

表3 除尘效率

3 误差分析

四种煤质烟气除尘效率与火电工程类比，其相对误差见表4。

表4 除尘效率相对误差

从表4可知，采用推导的烟气量计算公式，计算四种煤质烟气除尘效率相对误差，最大者为0.024%，最小者为0.002%，准确度及精密度都较好，误差较小。

4 推导的烟气量计算公式的应用

风能、太阳能是一种取之不尽的清洁，可再生能源，而风电、光伏发电环境效益，主要反映节能减排效果，与火电工程产生同等电量时，污染物减排公式计算结果应与火电工程烟气污染物排放量相近似，才能体现节能减排显著环境效益。但目前，风电、光伏发电工程计算节能减排环境效益，尚无规范的计算方法及依据。若采用火电工程类比，污染物减排量计算公式，涉及较多计算参数，其参数需根据火电工程的工艺条件，燃料特性等确定；若无火电工程资料，风电、光伏发电工程无法取得上述参数。通常，多采用经验公式或污染物排放系数来推算减排量，但存在诸多问题，其计算结果差异较大，无可比性。

4.1 烟气量计算公式的选择

风电、光伏发电工程污染物减排量，可根据风电、光伏发电工程年上网电量可折算节约标煤量(Qnet,ar＝29270kJ/kg)，而标态下产生的干烟气量选用上述公式(3)来计算，即：

U ＝ α×Qnet,ar(kJ/kg )/3958，Nm3/kg

4.2 SO2、NOx、烟尘污染物减排量计算公式

污染物减排量可采用烟气量分别乘以SO2、NOx、烟尘污染物允许排放浓度的限值，其污染物减排量(Mi)计算公式：

式中：Mi为i种污染物减排量(t)；Ci为第i种污染物最高允许排放浓度值(mg/m3)；U 为标准状态下，干烟气量(Nm3/kg)；G为标煤量(t)。

污染物减排量计算公式(5)无约束条件，公式简捷、可快速地计算SO2、NOx、烟尘污染物减排量，具有适用性。

5 结论

推导的烟气量计算公式，用于计算烟气除尘效率，无约束条件、公式简婕、易操作；计算结果准确度及精密度都较好，误差较小。经验证，可供核算风力发电工程[3]及光伏发电工程节能减排环境效益；防治燃煤工业污染源烟气污染治理设计及强化环境保护管理(快速计算燃煤大气污染源排放量及排放浓度)等借鉴。

[1]DL/T5145—2002，火力发电厂制粉系统设计计算技术规定[S].

[2]汪永祥，王德彬．用煤低位发热量计算烟气量方法的探讨[J]．吉林电力，2008，36(5)．

[3]汪毅，黄静，汪永祥．风电工程环境效益计算方法探讨[J]．吉林电力，2013，41(2)．