侯德安，蔣蓬勃

（華電國際技術服務中心，濟南 250014）

燃煤硫分對鍋爐及脫硫系統(tǒng)經(jīng)濟性影響的模型研究

侯德安，蔣蓬勃

（華電國際技術服務中心，濟南 250014）

在脫硫系統(tǒng)達標排放的前提下，對燃用貧煤、煙煤的機組進行燃煤硫分變化試驗研究，綜合分析燃煤硫分變化對鍋爐系統(tǒng)高溫腐蝕及脫硫系統(tǒng)運行費用的影響情況，掌握燃煤硫分對燃煤鍋爐及脫硫系統(tǒng)經(jīng)濟性的影響，為企業(yè)提高機組環(huán)保水平與經(jīng)濟效益提供參考依據(jù)。

鍋爐；燃煤硫分；高溫腐蝕；煤耗；判別模型

0 引言

在脫硫系統(tǒng)達標排放的前提下，選擇A電廠燃用貧煤的660MW＃1機組、B電廠燃用煙煤的350 MW＃3機組進行燃煤硫分變化現(xiàn)場試驗，研究燃煤硫分變化對鍋爐設備及脫硫系統(tǒng)經(jīng)濟性的影響，為燃煤采購、摻配摻燒、經(jīng)濟運行提供決策依據(jù)。

1 設備概況

A電廠燃用貧煤的660MW機組鍋爐為東方鍋爐廠制造的超臨界直流爐，鍋爐型號為DG-2100／25.4-Ⅱ1，單爐膛、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型。燃燒系統(tǒng)采用前后墻對沖燃燒方式，前、后墻各布置3層HT-NR3型低NOx旋流煤粉燃燒器，每層4只。每臺鍋爐配備6臺BBD3854型雙進雙出磨煤機。鍋爐風煙系統(tǒng)由一次風、二次風系統(tǒng)和對流煙道組成。對稱布置2臺送風機、2臺引風機、2臺一次風機和2臺三分倉空氣預熱器（以下簡稱空預器）。

B電廠燃用煙煤的350MW機組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠制造的亞臨界汽包爐，鍋爐型號為HG-1065／17.5-YM1，單爐膛、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型。燃燒系統(tǒng)采用四角切圓燃燒方式。每臺鍋爐配備3臺BBD4060型雙進雙出磨煤機。鍋爐風煙系統(tǒng)由一次風、二次風系統(tǒng)和對流煙道組成。對稱布置2臺送風機、2臺引風機、2臺一次風機和2臺三分倉空預器。

鍋爐主要熱力設計參數(shù)見表1（表中：B-MCR工況為鍋爐最大連續(xù)出力工況，BRL工況為鍋爐額定出力工況），燃煤參數(shù)見表2。

2 燃煤硫分變化對脫硫系統(tǒng)及鍋爐經(jīng)濟性的影響

為從理論上推導燃煤硫分變化對脫硫系統(tǒng)及鍋爐系統(tǒng)經(jīng)濟性影響，需設定以下邊界條件：

（1）脫硫系統(tǒng)達標排放，脫硫系統(tǒng)無缺陷，正常運行；

（2）石灰石中CaCO3的含量按設計值，不考慮含量變化的影響；

（3）燃煤硫分按GB／T 15224.2—2010《煤炭質量分級第二部分：硫分》進行界定［1］；

（4）燃煤僅硫分變化。

在“燃煤僅硫分變化”的邊界條件下，燃煤硫分高不僅影響脫硫系統(tǒng)運行費用，導致鍋爐排煙溫度升高（為預防低溫腐蝕所必須付出的代價）及爐內水冷壁的高溫腐蝕，還會影響鍋爐系統(tǒng)運行費用。

2.1 燃煤硫分變化對脫硫系統(tǒng)經(jīng)濟性的影響

由于僅燃煤硫分變化，鍋爐煙氣量不變，煙氣側運行費用不發(fā)生變化，主要為脫硫系統(tǒng)運行費用變化。

A電廠＃1機組試驗結果為：在脫硫系統(tǒng)出口凈煙氣SO2質量濃度基本相同的條件下，燃煤硫分增加0.31%，脫硫系統(tǒng)電耗增加約0.16%，機組煤耗升高約0.5 g／（kW·h），按標準煤650元／t（不含稅單價）計算，在650MW負荷（接近額定負荷）下增加運行費用約215元／h；石灰石耗量增加約2.65 t／h，按32元／t（不含稅）計算，折算約85元／h；脫硫系統(tǒng)耗電和石灰石兩項合計增加運行費用約300元／h。在燃煤僅硫分變化，煤、石灰石價格及凈煙氣出口SO2質量濃度基本相同的條件下，A電廠＃1機組燃煤硫分每增加0.1%，脫硫系統(tǒng)折算運行費用約增加0.00016元／（kW·h）。

表1 鍋爐熱力性能計算數(shù)據(jù)（設計煤種）

表2 燃煤參數(shù)

B電廠＃3機組試驗結果為：在脫硫系統(tǒng)出口凈煙氣SO2質量濃度基本相同的條件下，燃煤硫分增加0.35%，脫硫系統(tǒng)電耗增加約0.16%，影響機組煤耗約0.53 g／（kW·h），按標準煤價格為650元／t計算，在315MW負荷（接近額定負荷）下增加運行費用約115元／h；石灰石耗量增加約1.2 t／h，按37元／t計算，折算為44元／h；脫硫系統(tǒng)耗電和石灰石兩項合計增加運行費用約159元／h。在燃煤僅硫分變化，煤、石灰石價格及出口凈煙氣SO2質量濃度基本相同的條件下，B電廠＃3機組燃煤硫分每增加0.1%，脫硫系統(tǒng)折算運行費用約增加0.00015元／（kW·h）。

由兩個電廠的試驗結果可知：燃煤硫分每增加0.1%，脫硫系統(tǒng)折算運行費用增加 0.000 15～0.00016元／（kW·h）（以下分析均按 0.000 16元／（kW·h）進行計算）。

2.2 燃煤硫分變化對鍋爐經(jīng)濟性的影響

（1）由于爐膛水冷壁高溫腐蝕會隨燃煤硫分的增加而加重，因此在燃用高硫煤時，爐膛水冷壁的高溫腐蝕問題必須解決。在目前技術條件下，采用配風調整或成熟的噴涂防腐技術能有效預防這一問題。按目前鍋爐爐膛腐蝕實際情況，需噴涂的水冷壁面積約400m2，每2年噴涂一次，則需增加投資約40萬元／年。

（2）燃煤硫分增加時，煙氣酸露點隨之升高，為了防止空預器低溫腐蝕，鍋爐排煙溫度或送風溫度需要相應提高，從而提高空預器蓄熱元件金屬溫度，使其高于酸露點。但目前機組運行排煙溫度一般高于酸露點，故本文不考慮低溫腐蝕影響。

3 模型的建立及分析

目前燃料市場情況是燃煤硫分增加，燃煤價格降低。燃煤硫分增加，會導致機組運行費用增加，主要為脫硫系統(tǒng)及鍋爐系統(tǒng)防高、低溫腐蝕費用。

3.1 僅考慮脫硫系統(tǒng)運行費用增加時的判別模型

根據(jù)“燃煤僅硫分變化”的邊界條件，假定燃煤硫分相差0.1%時的實際差價為ΔP0.1（元／t），實際燃煤熱值為Q1（kJ／kg），額定負荷下設計燃煤量為Ms（t／h），其設計熱值為Qs（kJ／kg），則額定負荷下的實際燃煤量

假定燃煤硫分增加0.1%時脫硫系統(tǒng)運行費用增加Pc（元 ／（kW·h）），燃煤硫分增加值為ΔS（0.1%的倍數(shù)），機組滿負荷時每小時發(fā)電量為E，則增加的運行費用Ps（元／h）為

燃用高硫煤時運行費用不發(fā)生變化的條件是：燃煤價格降低所節(jié)約的費用與每小時增加的運行費用相等，即只考慮脫硫系統(tǒng)運行費用增加時的判別模型為

簡化后為

則燃煤硫分增加ΔS時機組運行費用降低的條件是

式中：Pc可作為常數(shù)，取值為0.00016元／（kW·h）。

以A電廠＃1機組為例，假定ΔS＝5，代入式（2）得Ps＝528元 ／h，其含義為：硫分增加0.5%時，機組額定負荷下脫硫系統(tǒng)運行費用增加528元 ／h。代入式（3）和式（4）得ΔP0.1＝0.42元 ／t，ΔP＝2.09元／t，其含義為：硫分每增加0.1%，原煤差價ΔP0.1大于0.42元 ／t（折算標煤差價ΔP0.1b大于0.58元 ／t）時，運行費用降低；硫分增加0.5%，原煤差價ΔP大于2.09元 ／t（折算標煤差價ΔPb大于2.88元／t）時，運行費用降低。

以B電廠＃3機組為例，假定ΔS＝0.5，代入式（2）得 Ps＝280元 ／h；代入式（3）和式（4）得ΔP0.1＝0.35元／t（ΔP0.1b＝0.59元／t），ΔP＝1.76元／t（ΔPb＝2.94元／t）。

3.2 考慮高溫腐蝕運行費用增加時的判別模型

設防高溫腐蝕總投資費用為Pt（元／年），機組年運行時間為t，則考慮全部運行費用的判別模型為

以機組年運行時間為7000 h為例，則預防高溫腐蝕投資費用增加57元／h。

以A電廠＃1機組為例，假定ΔS＝5，代入式（5）得ΔP＝2.32元／t（ΔPb＝3.19元／t），即原煤差價ΔP大于2.32元／t時，運行費用是降低的。

以B電廠＃3機組為例，假定ΔS＝5，代入式（5）得ΔP＝2.12元／t（ΔPb＝3.54元／t）。

增加不同硫分時，機組運行費用增加情況如圖1所示，圖中運行費用按標準煤折算。

圖1 硫分增加后機組運行費用增加情況

4 結論

（1）結合兩個電廠試驗結果及上述分析可得出燃煤硫分每變化0.1%時對脫硫設施運行費用的影響程度：燃煤硫分每增加0.1%，脫硫設施運行費用增加0.00015～0.00016元／（kW·h）。

（2）運行費用變化為脫硫設施運行增加的成本Ps及防高溫腐蝕增加的成本Pt／t之和。當不同硫分燃煤差價ΔP大于上述成本之和時，機組環(huán)保效益與經(jīng)濟性較好。

（3）A電廠燃用貧煤的＃1機組：采購1.0% ～1.5%硫分燃煤時，ΔP＞2.32元 ／t；采購1.0% ～2.0% 硫分燃煤時，ΔP＞4.41元 ／t；采購硫分為1.0% ～2.5% 燃煤時，ΔP＞6.50元 ／t。機組環(huán)保效益與經(jīng)濟性較好。

（4）B電廠燃用煙煤的＃3機組：采購1.0% ～1.5%硫分燃煤時，ΔP＞2.12元 ／t；采購1.0% ～2.0%硫分燃煤時，ΔP＞3.88元 ／t；采購1.0% ～2.5%硫分燃煤時，ΔP＞5.64元 ／t。機組環(huán)保效益與經(jīng)濟性較好。

［1］GB／T 15224.2—2010煤炭質量分級 第二部分：硫分［S］.

（本文責編：劉芳）

X 701.3

：B

：1674-1951（2015）02-0021-03

侯德安（1967—），男，山東濰坊人，高級工程師，從事節(jié)能環(huán)保技術管理工作（E-mail：houdean＠sohu.com）。

2014-07-07；

2014-11-12