捷制500MW亚临界机组实时热值计算方法研究

捷制500MW亚临界机组实时热值计算方法研究

孙礼鹏

山西大唐国际神头发电公司    山西 朔州   036000

摘要：为提高运行人员对煤质变化的敏感性，及时了解煤质情况并进行运行调整，本文以捷制500MW亚临界机组为例，在DCS控制系统的基础上，利用主汽流量、给水流量、减温水流量、给煤量、排烟温度等运行参数实时计算并显示入炉煤低位发热量。

关键词：火电机组；DCS；主汽流量；低位发热量

引言

近年来，煤炭市场价格高企，为控制发电成本，煤电企业入炉煤品质普遍低于设计值，较差的燃煤品质直接导致给煤量增大、磨煤机电流大、机组负荷受限、受热面塌灰等问题，威胁着机组的安全稳定运行。目前我国火电厂煤质检验工作普遍采用入炉煤采样机连续采样方式，结合输煤上煤班次情况每日分多个煤样单独进行制备和化验，于次日出具全天煤质检验报告。煤质检验的滞后性导致运行人员无法实时了解当前的煤质情况，不能提前调整运行方式，在这种情况下，探索一种能够实时计算显示入炉煤热值的方法对发电机组的稳定运行意义重大。

1实时热值计算思路

在火力发电厂的生产过程中，锅炉设备通过燃烧将送入炉膛的煤粉中的化学能转化为热能，通过受热面的热交换加热工质，形成高温高压蒸汽，高温高压蒸汽输送到汽轮机做功，将热能转换成机械能，带动发电机转动发电输出电能。燃煤热值和煤量直接影响着高温高压蒸汽的温度、压力、流量等参数的变化，只要计算出锅炉输出热量，就能够通过锅炉效率计算出燃料燃烧释放的总热量，进而通过给煤机瞬时煤量计算出入炉煤的热值。

2.实时热值计算公式

锅炉热效率指锅炉的有效利用热量占锅炉输入燃料低位发热量的百分比[1]。为了更加准确的计算锅炉热效率，可以采用热损失法即反平衡法。即：

Qar,net=Qsr/ηg/Brm/4.1816×100000×K1-Bry×10000/ Brm + K2            （1）

式中：

Qar,net—每千克燃料的低位发热量，kcal/kg；

Qsr    —燃料的低位发热量的有效利用部分，即输出热量，kj/h；

ηg   —锅炉效率，%；

Brm   —入炉燃煤量，t/h；结合实际情况取用瞬时给煤总量；

Bry   —入炉燃油量，t/h；

K1     —给煤量修正系数，1；

K2     —系统偏差修正系数，1；

Qsr    —燃料的低位发热量的有效利用部分，即输出热量，kj/h；

ηg   —锅炉效率，%。

Qsr =（Dzq×hzq-dgs×hgs+dzr×hzr-dlzr×hlzr-dgj×hgj-dzj×hzj+∑dgi×hg0i）*1000  （2）

ηg =100-(q2+q3+q4+q5+q6+q7)                                          （3）

输出热量、锅炉效率结合发电设备实际情况计算，此处不作详细说明。

3修正系数设定方法和原则

3.1修正系数的确定

给煤量修正系数K1主要以皮带秤为标准值，对给煤量数据进行修正，同时对照正平衡数据修正反平衡锅炉效率计算值。经查阅捷制500MW亚临界机组近两年运行工况数据，可以计算出每一天的入炉煤低位发热量，与近两年入炉煤低位发热量检验值进行对比，确定给煤量修正系数K1使两个数组偏差最小。经过计算，本机组给煤量修正系数K1 取值0.8178。

系统偏差修正系数K2以近期入炉煤低位发热量检验值为标准值，对入炉煤低位发热量检验值进行偏差修正，一般情况下取0，当煤种发生较大变化时可以进行修改[2]。

3.2修正系数的设定原则

给煤量修正系数K1主要用来修正给煤机皮带秤测量数据与输煤皮带秤测量数据的偏差，一般情况下，输煤皮带秤定期校验较为准确，给煤量修正系数K1无需修改；当热控人员进行了给煤机皮带秤校验工作，或者给煤机皮带秤和输煤皮带秤进行大修、技改等影响称量结果的工作，应再次对比、观测公式计算结果，重新计算、修改给煤量修正系数K1。

系统偏差修正系数K2主要用来修正因为煤质煤种大幅度变化、燃油热值影响、采制化环节或者测量装置等原因造成的系统误差，可以根据掺烧煤种变化情况、运行情况进行定期调整，一般情况设置为0即可。

4.计算结果准确性情况

将上述计算公式录入DCS控制系统，并将低位发热量的实时计算值直接显示在监盘画面，以便运行人员监督。如图1。

图1  捷制500MW亚临界机组锅炉总貌（低位发热量计算值在给煤量上方）

汇总07月31日至08月14日低位发热量计算结果，并与检验值进行对比，得到数据表如下：

表1  07月31日至08月14日低位发热量计算值与检验值对比表

08月3日-4日，入炉煤采样机控制系统故障，进行人工采样，采样方式造成检验热值偏高，期间入炉煤低位发热量计算结果相对稳定。

从上表可得结论，剔除08月3日-4日异常数据后的13天中，低位发热量计算值平均值3209千卡/千克，较检验热值平均值3217千卡/千克低8千卡/千克，每日低位发热量计算值与检验热值偏差在-71到66千卡/千克之间，低位发热量计算值能够较好地反映煤质的波动，同时具有较高的准确性。

5.与入炉煤质检验结果偏差原因分析

5.1输煤系统原因导致入炉煤不一致

入炉煤经过输煤皮带、原煤仓，再到给煤机大约需要8小时，这将导致统计期内进行采样化验的入炉煤与统计期实际燃烧的入炉煤不完全一致，同时上煤过程中也会造成水分的损失和煤质变化，形成低位发热量的偏差。

5.2入炉煤采样方式受限

目前大部分火电企业通过入炉煤采样机连续采样，但是由于燃煤粒径、煤质的不均匀性以及采样设备故障率等原因，入炉煤采样装置无法保证采样的绝对代表性。通过运行参数直接计算燃料燃烧发出的热量，进而实时计算入炉煤低位发热量，理论上较常规的取样、制样、化验方法更加准确。

5.3给煤机皮带秤线性差

给煤机皮带秤称量后的燃煤经过制粉系统后，直接进入炉膛燃烧，采用瞬时给煤总量作为公式的入炉燃煤量，低位发热量计算结果的响应更加迅速、及时。但是，给煤机皮带秤称量线性差、瞬时给煤总量波动大将直接造成计算结果波动大甚至失真。

5.4压力、温度测点不稳定

低位发热量的计算采用了主汽流量、主汽压力、主汽温度、再热汽温度、给水温度、燃油流量、排烟温度、锅炉氧量等较多测点，一般情况下，这些测点测量结果较为稳定，不会影响计算结果出现偏差，但是某一个测点出现故障归零或不准将直接导致低位发热量计算出错，运行人员也可以通过加强低位发热量实时计算结果的监视，及时发现以上测点的故障[3]。

5.5负荷波动造成计算结果的波动

燃料燃烧释放热量需要一定的时间，机组负荷波动时，燃料参数的调整和反应必然发生滞后，这将导致低位发热量实时计算结果的变化与负荷波动方向相反；负荷平稳后，低位发热量实时计算结果也恢复平稳，运行人员可以通过调阅曲线查看时段均值避免短时间的数据波动[4]。

5.6 修正系数取值不合理

给煤量修正系数K1、系统偏差修正系数K2对低位发热量的计算有着较大的影响，必须通过严谨地数据统计对比，科学地设定取值，才能确保低位发热量计算准确。

结语

煤质的劣化给锅炉运行人员带来了巨大的操作挑战，本研究实现在线实时计算入炉煤低位发热量，可以让运行人员对煤质有一个更加直观的认识，提前进行运行调整，防范塌灰灭火、燃烧恶化风险；更能让配煤掺烧人员及时看到掺配结果，结合热值情况量化掺配方案及时进行调整。实时计算入炉煤低位发热量对燃料配煤掺烧、运行调整的精细化以及运行工况的分析工作都有着重要的意义。本文工作局限性体现在煤质波动过大以及给煤机皮带秤大修调整后测量不准，需要按照修正方法调整系数，下一步将继续深入研究系数自适应调整的可能性。

参考文献

[1]成艳婷,宋立信,迟锋,马超,景强,王洋.入炉煤质在线软测量技术研究与应用进展[J].洁净煤技术,2021(05)

[2]张勇,赵永利,朱宪磊,张秋瑶,毕有福,许涛.燃煤电厂煤质成分软测量技术研究[J].仪器仪表用户,2022(09)

[3]胡涛,茅大钧,程鹏远,陈思勤.基于煤质预测的多目标优化配煤方法研究[J].热能动力工程,2021(12)

[4]王法,雷俊杰.混煤热解特性及燃烧过程实验研究[J].能源科技,2020(12)