汪 毅，黃 靜，汪永祥

(1. 東北電力設(shè)計院，長春 130021；2. 中國市政工程東北設(shè)計研究院，長春 130021)

國家對火電工程建設(shè)項目，防治煙氣污染，采取排放總量控制和排放濃度達標(biāo)排放雙重標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)控；若煙氣污染物濃度超標(biāo)排放，需繳納超標(biāo)排污費。否則，煙塵排放濃度低于允許排放標(biāo)準(zhǔn)較多時，又會增加建設(shè)項目的投資。因此，煙氣除塵效率的選取計算很關(guān)鍵，是防治污染，節(jié)能減排、低碳排放，保護環(huán)境具有重要意義。

1 煤發(fā)熱量推導(dǎo)煙氣量計算公式

火電工程設(shè)計，鍋爐排放煙氣除塵效率計算，煙氣量和煙氣含塵量是兩個重要計算參數(shù)；通常，火電工程設(shè)計煙氣量是根據(jù)煤質(zhì)工業(yè)分析和素分析數(shù)據(jù)資料，按電力系統(tǒng)火電工程設(shè)計規(guī)定的公式(以下簡稱火電常規(guī)計算公式)計算求得。而在火電工程建設(shè)前期階段，煤源、煤種及煤質(zhì)尚不能確定，給建設(shè)項目投資估算帶來困難。作者根據(jù)國內(nèi)90余種典型煤質(zhì)工業(yè)分析和元素分析數(shù)據(jù)資料，類比火電工程設(shè)計，α選擇1. 20、1.30、1.35三檔，按火電常規(guī)計算公式分別計算其煙氣量(uo、 ug、udg) ；另外，煤質(zhì)Qnet,ar按大小排序，分別計算 1/ui、αi×Qnet,ar，i值、分類；對90余種煤質(zhì)低位發(fā)熱量采用內(nèi)插法分別進行計算，其結(jié)果與火電常規(guī)計算公式計算的煙氣量進行類比，計算誤差；反復(fù)選擇、調(diào)試內(nèi)插系數(shù)，計算其結(jié)果與誤差；經(jīng)統(tǒng)計回歸計算，剔出疑值、研究歸納分析，發(fā)現(xiàn)煤質(zhì)低位發(fā)熱量與煙氣量之間呈正相關(guān)性。因此，推導(dǎo)出采用煤質(zhì)低位發(fā)熱量計算煙氣量的公式(以下簡稱推導(dǎo)的煙氣量計算公式)，此公式 無約束條件，可簡捷、快速計算火電工程煙氣除塵效率等。

1.1 推導(dǎo)的煙氣量計算公式

根據(jù)90余種典型的煤種、煤質(zhì)有關(guān)數(shù)據(jù)資料，按火電常規(guī)計算公式，計算其煙氣量，與推導(dǎo)的煙氣量計算公式計算結(jié)果進行類比，經(jīng)統(tǒng)計、歸納分析，發(fā)現(xiàn)煤質(zhì)低位發(fā)熱量與煙氣量之間呈正相關(guān)性，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，燃燒每千克煤產(chǎn)生的干煙氣量(UdgNm3/kg)計算公式[2]歸納如下：

(1)當(dāng) Qnet,ar≤ 16000kJ/kg時

式中：U為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干煙氣量(Nm3/kg)；α為空氣過剩系數(shù)；Qnet,ar為煤低位發(fā)熱量(kJ/kg )。

(2)當(dāng) 16000kJ/kg

(3)當(dāng) 27500kJ/kg

1.2 相對誤差

采用火電常規(guī)計算公式和推導(dǎo)的煙氣量計算公式，分別計算90余種煤質(zhì)標(biāo)態(tài)下煙氣量，進行類比，其相對誤差見表1。

表1 相對誤差

從表1可知，公式(1) 、(2)相對誤差＜±8.0%的數(shù)據(jù)分別約占93.7%、90.2%；公式(3)相對誤差＜±23.0%的數(shù)據(jù)約占83.3%；說明煤質(zhì)低位發(fā)熱量與煙氣量之間呈較好的正相關(guān)性。

2 煙氣除塵效率計算

2.1 類比工程

類比工程案例：某火電工程建設(shè)項目，設(shè)計有兩方案：方案一，建2×300MW燃煤供熱機組，配套安裝2×1025t/h鍋爐；方案二，建2×1000MW燃煤空冷機組，配套安裝2×2750t/h鍋爐，其工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表2。

表2 工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2.2 煙氣除塵效率計算

通常，火電工程煙氣除塵效率計算是根據(jù)有關(guān)煤質(zhì)數(shù)據(jù)資料，采用火電常規(guī)計算公式計算求得，該套公式較復(fù)雜，計算參數(shù)較多；而推導(dǎo)的煙氣量計算公式，無約束條件，可簡捷、快速計算火電工程煙氣除塵效率。為有可比性，煙氣量計算公式的空氣過剩系數(shù)α，分別選取兩方案中的α值；煙塵排放濃度按國家最高允許排放標(biāo)準(zhǔn)30mg/m3計(未考慮脫硫后煙塵濃度的變化)，采用火電常規(guī)計算公式和推導(dǎo)的煙氣量計算公式 分別計算兩方案中設(shè)計、校核四種煤質(zhì)工況下除塵效率，驗證推導(dǎo)的煙氣量計算公式的準(zhǔn)確度和適用性。

2.2.1 煙氣量計算公式選擇

類比火電工程兩方案中四種煤質(zhì)低位發(fā)熱量 (Qnet,ar在 12570 ～ 15750kJ/kg)≤ 16000kJ/kg，因此，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，燃燒每千克煤產(chǎn)生的干煙氣量U(Nm3/kg)選用上述計算公式(1) 來計算，即 U=α×Qnet,ar(kJ/kg )/3525，Nm3/kg

2.2.2 除塵效率(η)計算公式

式中：c1為煙塵允許排放濃度(mg/ m3)；c2為除塵器入口煙氣含塵濃度(mg /m3)。

采用火電常規(guī)計算公式和推導(dǎo)的煙氣量計算公式，分別計算兩方案中四種煤質(zhì)工況下煙氣除塵效率，其計算結(jié)果見表3。

表3 除塵效率

3 誤差分析

四種煤質(zhì)煙氣除塵效率與火電工程類比，其相對誤差見表4。

表4 除塵效率相對誤差

從表4可知，采用推導(dǎo)的煙氣量計算公式，計算四種煤質(zhì)煙氣除塵效率相對誤差，最大者為0.024%，最小者為0.002%，準(zhǔn)確度及精密度都較好，誤差較小。

4 推導(dǎo)的煙氣量計算公式的應(yīng)用

風(fēng)能、太陽能是一種取之不盡的清潔，可再生能源，而風(fēng)電、光伏發(fā)電環(huán)境效益，主要反映節(jié)能減排效果，與火電工程產(chǎn)生同等電量時，污染物減排公式計算結(jié)果應(yīng)與火電工程煙氣污染物排放量相近似，才能體現(xiàn)節(jié)能減排顯著環(huán)境效益。但目前，風(fēng)電、光伏發(fā)電工程計算節(jié)能減排環(huán)境效益，尚無規(guī)范的計算方法及依據(jù)。若采用火電工程類比，污染物減排量計算公式，涉及較多計算參數(shù)，其參數(shù)需根據(jù)火電工程的工藝條件，燃料特性等確定；若無火電工程資料，風(fēng)電、光伏發(fā)電工程無法取得上述參數(shù)。通常，多采用經(jīng)驗公式或污染物排放系數(shù)來推算減排量，但存在諸多問題，其計算結(jié)果差異較大，無可比性。

4.1 煙氣量計算公式的選擇

風(fēng)電、光伏發(fā)電工程污染物減排量，可根據(jù)風(fēng)電、光伏發(fā)電工程年上網(wǎng)電量可折算節(jié)約標(biāo)煤量(Qnet,ar＝29270kJ/kg)，而標(biāo)態(tài)下產(chǎn)生的干煙氣量選用上述公式(3)來計算，即：

U ＝ α×Qnet,ar(kJ/kg )/3958，Nm3/kg

4.2 SO2、NOx、煙塵污染物減排量計算公式

污染物減排量可采用煙氣量分別乘以SO2、NOx、煙塵污染物允許排放濃度的限值，其污染物減排量(Mi)計算公式：

式中：Mi為i種污染物減排量(t)；Ci為第i種污染物最高允許排放濃度值(mg/m3)；U 為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，干煙氣量(Nm3/kg)；G為標(biāo)煤量(t)。

污染物減排量計算公式(5)無約束條件，公式簡捷、可快速地計算SO2、NOx、煙塵污染物減排量，具有適用性。

5 結(jié)論

推導(dǎo)的煙氣量計算公式，用于計算煙氣除塵效率，無約束條件、公式簡婕、易操作；計算結(jié)果準(zhǔn)確度及精密度都較好，誤差較小。經(jīng)驗證，可供核算風(fēng)力發(fā)電工程[3]及光伏發(fā)電工程節(jié)能減排環(huán)境效益；防治燃煤工業(yè)污染源煙氣污染治理設(shè)計及強化環(huán)境保護管理(快速計算燃煤大氣污染源排放量及排放濃度)等借鑒。

[1]DL/T5145—2002，火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計計算技術(shù)規(guī)定[S].

[2]汪永祥，王德彬．用煤低位發(fā)熱量計算煙氣量方法的探討[J]．吉林電力，2008，36(5)．

[3]汪毅，黃靜，汪永祥．風(fēng)電工程環(huán)境效益計算方法探討[J]．吉林電力，2013，41(2)．