在国家政策设 定的燃料热 值范围内.根据当地的烟煤和煤矸石的市场价格 波动 .讨论不同燃料配比方案的经济性 1装置、燃料情况及行业政策介绍 根据 国家发展改革委员会 、环保部 、国家能源 局 印 发 的 《煤 电节 能 减 排 升 级 与 改 造 行 动 计 划 (2014- 2020 年 )》 的通 知 中有序 发展 低 热值煤 发 电的要求 .明确规定 了用于发电的煤矸石热值不 低 于 5 020 kJ/kg、以煤 矸石 为 主要燃 料 的人炉 燃料 收到基热值不高于 14640kJ/kg.为煤矸石能量梯 级利用提供了政策依据。本文在 国家政策允许 的 燃料热值范围内.讨论各燃料配比方案的经济性 本工程所采用的锅炉参数见表 1.具体燃料参 数 见表 2 表 1 A 电厂 拟 建锅 炉 参 数 项 目 CFB 锅炉参数 蒸发量/(t ·h ) 额定蒸汽压力/MPa 额定蒸汽温度/℃ 给水温度/℃ 工作压力/MPa 排烟温度/~C 4 9 0 12 .5 5 4 0 2 15 14 J 4 3 设计效率 .% 92 燃料低位发热量 Q J (kJ ·k ) 燃料收到基碳质量分数 C 燃料 收到基氢质量分数 燃料 收到基氮质量分数 ^ 燃料收 到基氧质量分数 D 燃料 收到基硫质量分数 S 燃料收到基灰分质量分数 A 燃料收到基水分质量分数 2掺 烧煤矸 石对 装置 运行 的影 响 为全 面反 应 烟煤 和煤 矸 石 不 同配 比情 况 下 对 收稿 日期 :2015—02—16:收到修改稿 口期 :2015—05—25。 作者 简介 :汤广 伟 ,男 ,1983 年 3 月出生 ,一1 程师 ,本 科学历 , 2005 年毕业于中 国石油大学 (华东 )热 能与动力T 程专业 ,现 在中 石化 宁波工程有限公 司从事 热力和锅炉发 电方 面的设计。 作 联 系 电话 :0574—87974605;E —mail:tanggw.snec@sinopec.conl。 O 8 3 2 0 伽 啪 .J蛳 : 3 9 0 0 9 ● 第 3 期 汤广伟等 .某电厂 CFB 锅炉不 同煤矸石掺烧率运行经济性 分析 173 装置效率的影 响,设置如下 10 种配 比方案 (烟煤: 煤矸石,下同)加 以比较 ,具体见表 3。 表 3 A 电厂拟定烟煤 和煤矸石 的配煤方案 上述燃料配 比方案中 .燃料 的热值变化较 大 . 其 中烟煤与煤矸石的配 比在(5:5) ( 1:9) 的方案在 国家政策允许使用 的热值范围内.其他方案参数 可做为对比用的参照数据。 2.1掺烧煤矸石对锅炉效率的影响 由于煤矸石热值低 、灰分高.掺烧后 由于不 同 层煤种煤质 、温度等差异影响混合燃烧的均匀性 . 且煤矸石理论燃烧温度低 、燃烧效率低 ,导致炉膛 温度降低 .密相 区放热量少 ,影响蒸发吸热量和锅 炉负荷 :同时飞灰可燃物升高 。炉渣灰量增大 ,排 渣物理热损失变大 .造成化学不完全燃烧损失 q 和机械不完全燃烧损失 口 上升 。因此 ,燃料配烧后 会导致锅炉效率降低 2.1.1燃料低位发热量变化对锅炉效率的影响 根 据 B 锅 炉厂提 出的修正 幅度 ,3 000 kJ/kg 的低位热值差别可导致约 0.6%的锅炉效率变化 。 根据 El本某公司在 国内 C 电厂提 出的修正幅度也 是 3 000 kJ/kg 的发热量差别 .修正约 0.60%的锅 炉效率⋯。 2.1.2燃料灰分变化对锅炉效率影响 根 据 B 锅 炉厂提供 的修正 曲线 .灰分 增加 5%,锅炉效率降低 0.03%;水分增加 5%,锅炉效率 降低 0.03%E” 。通过煤质配 比情 况可以看 出 .配煤 后 的水分含量没有增加 .但燃料灰分含量变化较 大 .因此不考虑水分对锅炉效率的影响 .需要根据 燃料灰分的变化修正锅炉热效率 。 根据燃料配 比方案 .考虑低位发热量 和灰分 变化引起的锅炉效率的修正公式如下: =叼 一( Q - Q~ )xO.006+3 ooo一(A I 广A自)× 0.000 3+ (A ,jx0.05) 式 中 :叼 修 正后 锅炉 热效率 ,kJ/kg ; 一设计锅炉热效率 ,%; Q 一烟煤低位发热量 ,kJ/kg; 广一混 煤低 位发 热量 ,kJ/kg ; A 混煤收到基灰分质量分数 ,%; A 自一 烟煤收到基灰分质量分数 ,%。 根据上式 ,将表 3 中配煤方案数据代入核算 , 得各配煤方案的锅炉热效率见表 4。 表 4通过煤矸石掺烧 比修正后的锅炉热效率 % 掺 o:o 9: 8:2 7:3 6:4 5:5 4:6 3:7 2:8 1:9 2.2掺烧煤矸石对燃料量、石灰石量的影响 煤矸石低位发热量较低 ,配煤后燃料量增多 , 根据表 3 中的各燃料配煤方案数据和表 4 锅炉效 率变化的影响 .计算得各配煤方案下燃料量 的变 化见表 5,石灰石量变化见表 6。 表 5各配煤方 案的燃料耗量t/h 由表 5 可见 .各掺烧 比下燃料量的变化较大 , 在 燃料 掺烧 比在 1:9 工 况下 .燃 料量 是 烟煤 燃烧 工 况燃料量 的近 4 倍 .在 国家允许热值范围内各工 况 的燃料 量 差别 也 达到 了 2 倍 。由于 燃料 量 差别 , 会对锅炉装置输煤系统 的贮煤空间 、输煤设备 的 输送能力和电耗等造成较大影响 表 6各配煤方案的石灰石耗量t/h 燃 料 掺 烧 比 10:0 9:1 8:2 7:3 6:4 5:5 4:6 3:7 2:8 1:9 石 灰 一 1.11 1.19 1.29 1.4 1 1.56 1.74 1.97 2.28 2.7 3.34 台苗 由表 6 可 见 ,由于燃 料 量 的增 加 ,石 灰石 量 随 煤矸石掺烧率的增加增幅 比较大 .在煤矸石掺烧 率达到 1:9 时的石灰石耗量约是烟煤燃烧工况的 3 倍 ,在国家规定的燃料热值范 围内,石灰石耗量 相差约 2 倍。 l 7 4 ,Jf 钼 2015年 第38卷 2.3掺烧 煤 矸石对 锅 炉烟风 系统 的影 响 由于锅炉燃料的变化 .锅炉的供风量和排烟 量也需要相应调整 。根据锅炉配置参数和表 3 中 配煤方案的数据 .计算各配煤方案下的供风量和 烟气 量见 表 7。 由表 7 可见 .煤矸石的掺烧率变化对供风系 统和烟气量影 响较小 。基本在 15%以内,对于一 、 二 次 风 机 、引风 机 的 选 型 和 电耗 影 响不 大 。因 此 , 风机投资和风机 电耗对于装置经济性的影响所 占 比重也 较小 。 表 7各 配煤方案的供风量和烟气量 m3/h 2.4对锅 炉灰 渣量 的影 响 根据表 2 中燃料组分参数 .煤矸石中的灰分 含量约为烟煤中灰分含量 的 6.5 倍。由于煤矸石 中 灰分较大 .锅炉烟煤配烧煤矸石后排渣量和烟气 含灰量将大副增加 。根据锅炉配置参数和表 3 中 配煤方案数据 .计算各方案的灰渣量见表 8。 表 8各配煤 方案 的灰渣量t/h 通过灰渣量核算 .不同煤矸石掺烧率下灰渣量 的增 幅较 大 .如表 8 所 示 .锅 炉排 灰 渣量 最 大差 别 约 18.6 倍 在 国家允许 的燃料热值范围内.锅炉排 灰渣量相差约 3.2 倍。因此 .造成灰渣处理系统 的 设备型号、储藏空间、气力输送的耗气量 、系统的电 耗均 有较 大差别 .且 由于烟气 含尘 量差 别较 大 .对 除尘器的处理能力要求较高 .环保压力也比较大。 2.5掺烧煤矸石对全厂用电的影响 烟煤掺烧煤矸石后 .由于煤质的差异 。锅炉的 燃料消耗量 、灰渣量均有较大的变化。随着煤矸石 掺烧率的增加 ,燃料破碎输送 系统设备 、给煤机 、 冷渣器 、灰渣输送设备的用 电量均相应增加 。经统 计核算 .在国家规定热值范围内的各燃料配 比下 的用 电量 见 表 9 表 9 锅 炉 系统 电 耗统 计 kWh 2.6掺烧煤矸石对锅炉建设投资的影响 根据上述数据分析 .在国家允许 的燃料热值 范围内 ,不 同煤矸石掺烧率下锅炉的燃料 量 、灰 量 、渣量 、石 灰石量等存在 较大差别 ,基本 在 2~3 倍范围,对锅炉主要设备投资( 锅炉 、送风机 、引风 机 、脱硫脱硝 、除尘器 、主要管道等 )和厂房土建投 资影响不大 .但对输煤系统 、灰渣处理系统和石灰 石系统等建设 费用影响较大 本文 以受燃料配 比 直接影响的工程费用做为投资 比较依据 .统计核 算后数据见表 1O 表 l 0锅炉装置工程费用统计 万元 3不 同煤矸 石掺 烧率 下运行 费用估 算 3.1燃料 成本 核算 以 目前 23 400 kJ/kg 的 动 力 煤 市 场 价 格 500 第 3 期 汤广伟等 .某电厂 CFB 锅炉不 同煤矸石掺烧率运行 经济性分析 175 元/t、当地煤矸石市场售价为 50 元/t 为基准核算 , 根据表 5 中计算的烟煤和煤矸石 的燃料量 。在不 同煤矸石掺烧率下燃料成本核算见表 1 1。 煤矸石掺烧率达到 7:3 以上 .燃料成本才能低于燃 用烟煤时的燃料成本 .在国家允许 的燃料热值配 烧范围内 .燃料成本随煤矸石掺烧率的增加而减 由表 l l 可见 ,由于锅炉效率 的影 响 ,只有 当 少 。 表 1l 当前燃料市场价格下各配煤方案的燃料成本 元/h 3.2标煤和煤矸石价格波动对燃料成本的影响 根据当地近两年的动力煤和煤矸石 的市场价 格波动范围.设定烟煤的市场价格范围为 400—700 元/t,煤矸石的市场售价范围为 20~80 元/t。取烟 煤和煤矸石 的价格上下限为计算数据 .核算得各 煤矸石掺烧率下的燃料成本见表 12。 表 12随着燃料市场价格波动各配煤 方案 的燃料成本 元/h 注 :燃料成本 2 是依据燃煤价格 700 元/t,煤矸 石价 格 50 元/t ;燃料成本 3 是依据燃煤价格 400 元/t,煤矸 石价格 50 元/t;燃 料成本 4 是依据燃煤价格 500 元/t ,煤矸石价格 80 元/t;燃料成本 5 是依据燃煤价格 500 元/t ,煤矸石价格 20 元/t。 3.3 锅炉运行费用核算 的燃料成本核算结果 ,锅炉装置 的运行费用核算 根据锅炉 的燃料消耗 、动力消耗 、公用物料 、 结果见表 13。其 中设备维修费用按每增加 100 万 检维修费用和人工费用等统计核算 ,依照表 11 中 吨燃料 ,设备磨损成本增加 530 万元测算[1]。 表 13 当前燃料价格下锅炉的运行 费用 万元 表14燃料价格波动下的锅炉运行费用 万元 代人核算相对应 的锅炉运行费用见表 14。 由于燃料成本随烟煤和煤矸石的市场价格变 化而波动 ,根据表 12 中各燃料成本 的核算结果 , 4 装 置运行 的经 济性 比较 4.1 比较原则和比较方法 1) 锅炉在不同煤矸石掺烧率下 .锅炉 的产汽 量和产汽参数不变 。因此产出效益相 同:在产出效 益相同的情况下 比较各燃料配 比方案的经济性 . 考虑建设投资差异 的时间成本 .采用费用净年值 或费用净现值均可 比较方案的经济性 本文采用 176 镅 . 2015年 第38卷 费用净年值做为 比较依据 ,进行 比较分析。 2) 费用净年值法也称年费用法 .可在 2 种方 案效益相 同或基本相同 .但效益不易计算 比较时 使用 .年费用(A C )较低的方案为较优方案。 A C=Ix( /P ,i, )+C—Sx (A /F ,i ,t) 式 中: /P, , )一为资金 回收公式 ,即由初期一次 投资现值 P .预期在 ta 内回收 。在利率为 i 的情况 下 .计算每年等额 回收年金 A 的算法 .计算公式 为 :(A /P ; /F ,i , )一为偿债基金公式 ;即已知终值 F 、利率 i 、期数 ,求每年年金 A ,计算公式为 :(A / F ￡) 口 ; 卜 工程建 设 费用 .万元 : 一基 准收 益率 ,% : 一使用寿命 ,a: C一年 经 营费用 .万元 : S一期末回收固定资产余值 .万元。 根据 GB 50049- 2011 《小型火力发电厂设计 规范》 规定 ,热电装置的设计寿命 30a;行业基准 收益率按 l3%选取 4.2费用净 年值 核算结 果 按照燃料成本 1~5 核算费用净年值 .结果分 别见 表 l5~l9 表 15以燃料成本 1 为核算依据的锅炉经济性参数 万元 燃料掺烧 比 5:5 4:6 3:7 2:8 1:9 丁 程 建 设 费 用 , 32 630 34 455 36 240 38 975 4 1 800 年经营费用 C 38418 38257 37993 37504 36476 固定资产余值 S 979 1034 1087 1 169 1254 费用净年值 A C 42768 42850 42 824 42699 42048 表 16以燃料成本 2 为核算依据的锅炉经济性参数 万元 表 17以燃料成本 3 为核算依据的锅炉经济性参数 万元 燃料掺烧 比 5:5 4"6 3:7 2:8 1:9 。 程建设费用 , 32630 34455 36240 38975 41 800 年经 营费用 C 34400 34563 34744 34894 34 841 固定 资产余值 S 979 1034 1087 1 169 1 254 费用净年值 』4C 38749 39 155 39575 40089 40413 表 18以燃料成本 4 为核算依据的锅炉经济性参数 万元 燃料掺烧 比 5:5 4:6 3:7 2:8 1:9 T 程建设 费用 1 32630 34455 36240 38975 41 8oo 年经营费用 C 39624 39919 40267 40636 40l892 固定资产余值 S 979 1034 l 087 1 169 l 254 费用净年值 A C 43973 4 5l2 45098 45 831 46463 表 19以燃料成本 5 为核算依据的锅炉经济性参数 万元 燃料掺烧 比 5:5 4:6 3:7 2:8 1:9 工程建设费用 , 32630 34455 36240 38975 41 8oo 年经营费用 C 37213 36595 35719 34372 32061 固定资产余值 JS 979 1 034 l 087 1 169 l 254 费用净年值 A C 41 562 41 187 40549 39567 37633 锅炉产出效益相同情况下 .费用净年值核算...